2. Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов равен:

G₂ = ∆C_н / М (18)

где G₂ - расход 100%-го водорода, % (масс.) на сырьё;

∆C_н - разность содержания непредельных углеводородов в сы­рье и гидрогенизате, % (масс.) на сырьё;

Молекулярная масса определяется по следующей эмпирической формуле:

M = 7 · K - 21,5 + (0,76 - 0,04 · K) · t_ср+(0,0003 · K - 0,00245) · t_ср, (19)

где ρ¹⁵₁₅ - плотность нефтепродукта при 15 °С.

ρ¹⁵₁₅ = 0,994 · ρ²⁰₄ + 0,0093, (20)

где ρ²⁰₄ - плотность нефтепродукта при 20 °С;

Плотность дизельной фракции:

ρ¹⁵₁₅ = 0,994 · 0,8350 + 0,0093 = 0,83929;

t_ср = (180+350 ) / 2 = 265 °С;

К = (1,216* ) / ρ¹⁵₁₅ = (1,216 · ) / 0,83929 = 11,78;

М = 7 · 11,78 - 21,5 + (0,76 - 0,04 · 11,78) · 265+(0,0003 · 11,78 - 0,00245) · ∙265=137,78 кг/кмоль

Принимается глубину гидрирования непредельных углеводородов = 100 %

G₂ = 2 · (100 / 100) / 137,78 =0,0145 % (масс.)

3. Расход водорода на гидрирование ароматических углеводородов

Мольная доля ароматических углеводородов (N_A), подлежащих превраще­нию, рассчитывается по формуле:

(21)

M_A - средняя молекулярная масса ароматических углеводородов, M_A = 136 кг/кмоль ;

M - средняя молекулярная масса сырья, кг/кмоль;

A₀ и A_K - соответственно начальное и конечное содержание ароматиче­ских углеводородов в сырье в % (масс.)

N_A = 137,78 · (22 - 9 ) / (136 · 100) = 0,1317

Количество молей ароматических углеводородов, подвергающихся гидрированию:

ν_A = (m / M) · N_A, (22)

где m - производительность установки по сырью, кг/ год.

ν_A = (1000000000 / 137,78) · 0,1317= 955,871 · 10³ кмоль

Так как при гидрировании ароматических углеводородов на один моль этих углеводородов тратится три моля водорода, то мольный расход водорода мо­жет быть найден следующим образом:

Ν_H2 =3 · 955,871 · 10³ = 2867,615 · 10³ кмоль

Соответственно масса этого водорода равна:

m_H2 = 2 · 2867,615 · 10³ = 5735230 кг.

G₃ = (5735,23/ 1000000) · 100 = 0,5735 % (масс.)

4. Потери водорода от растворения в гидрогенизате

Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенизате, можно рассчи­тать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления:

(23)

где y’_H2, x’_H2 - мольные доли водорода в паровой и жидкой фазах (в рас­сматриваемом примере y’_H2 равняется мольной или объемной концентрации водорода в циркулирующем газе).

К_р - константа фазового равновесия (для условий газосепаратора вы­сокого давления при 40 °С и 4 МПа К_р = 30) [6].

Потери водорода от растворения в гидрогенизате (% масс.) на сырье со­ставляют:

(24)

G₄ = 0,03568 %масс.

5. Механические потери водорода

Потери водорода за счёт диффузии через стенки аппаратов и утечки через неплотности рассчитываются следующим образом:

G₅ = χ · 0,01 · M_H2 · 100 / (ρ⁴₂₀ · 22,4) , (25)

где χ - кратность циркуляции водородсодержащего газа, нм³/м³;

ρ⁴₂₀ - плотность сырья.

G₅ = (400 · 0,01 · 2· 100) / (835 · 22,4) = 0,04277 % (масс.)

6. Потери водорода с отдувом

Для нормальной эксплуатации установок гидроочистки содержание водорода в циркулирующем газе должно быть не ниже 70% (об.). Уменьшению концентрации водорода способствуют следующие факторы:

1. Химическое потребление водорода на реакции гидрирования и гидрогенолиза.

2 Растворение водорода в жидком гидрогенизате, выводимом с установ­ки.

3 Образование газов гидрокрекинга, которые, накапливаясь в циркули­рующем водородсодержащем газе, разбавляют водород.

Концентрация водорода в системе повышается за счет растворения угле­водородных газов в жидком гидрогенизате и увеличения концентрации водоро­да в водородсодержащем газе, поступающем с установки риформинга. Для поддержания постоянного давления в системе объём поступающего и образую­щегося газа должен быть равен объёму газа, отходящего из системы и погло­щенного в ходе химической реакции [27, с.146].

В зависимости от требуемой степени очистки сырья определяется опти­мальное нормальное давление водорода. Расход водорода на отдув появляется в связи с тем, что для поддержания оптимального его парциального давления приходится непрерывно выводить (отдувать) из системы небольшую часть циркулируемого водородсодержащего газа и заменять его свежим водородом. Можно принимать 0,1% (масс.) на сырьё.

Таким образом, общий расход водорода в процессе гидроочистки бу­дет складываться из водорода, поглощаемого при химической реакции, абсор­бируемого в сепараторе высокого давления, механически теряемого и расхо­дуемого на отдув:

G_Н2 = G₁+G₂+G₃+G₄+G₅+G_отд=0,1311+0,0145+0,5735+0,03568+0,04277+

+0,1=0,8796% (масс.)

Расход свежего водородсодержащего газа на гидроочистку:

G⁰_H2 = G_H2/ 0,294, (26)

где 0,294 - содержание водорода в свежем водородсодержащем га­зе, % (масс.).

G⁰_H2 = 0,8796 / 0,294 = 2,99 %масс.

Полученные значения расхода водорода и свежего ВСГ используются при составлении материального баланса установки и реактора гидроочистки.