1.2.1.2 Витрати водню на гідроочистку

Водень в процесі гідроочистки витрачається на: 1) гідрогеноліз сіркоорганічних сполук, 2) гідрування ненасичених сполук 3) втрати водню з відхідними потоками.

Витрати водню на гідрогеноліз сіркоорганічних сполук можна знайти по формулі:

G₁=m·ΔS (2)

де G₁ – витрати 100%-го водню, % (мас);

ΔS – кількість сірки видаляємої при гідроочистці, %(мас);

m – коефіцієнт, залежний від характеру сірчистих сполук.

Оскільки в сировині присутні різні сірчисті сполуки, визначається витрата на гідрогеноліз кожного з них, та отримані результати сумуються.

Значення m для вільної сірки рівним 0,0625, для меркаптанів – 0,062, циклічних та аліфатичних сульфідів – 0,125, дисульфідів – 0,0938, тіофенів – 0,250 та бензотіофен – 0,187.

Найбільш стабільні при гідроочистки тіофенові сполуки, тому при розрахунку приймаємо, що вся залишкова сірка (0,005% мас) в гідрогенізаті – тіофенова.

G₁=0,01225·0,062+0,1225·0,125+0,0245·0,0938+(0,08575- 0,005)·0,25=0,045% (мас).

Витрати водню на гідрування ненасичених вуглеводнів дорівнює

G₂=2ΔC₂/M (3)

Де G₂ – витрати 100%-го водню, %мас;

ΔC₂ – різниця вмісту ненасичених ВВ в сировині та гідрогенізаті, %мас;

М – середня молекулярна маса сировини.

Середня молекулярна маса сировини дорівнює:

кг/кмоль (4)

Приймаючи, що ступінь гідрування ненасичених ВВ та гідрогенолізу однакові, тоді

% мас

Мольну долю водню, розчиненого в гідрогенізаті, можна розрахувати з умови фазової рівноваги в газосепараторі високого тиску

(5)

де - мольна частка водню в паровій фазі

- мольні частка водню рідинній фазі;

К_р=30 – константа фазової рівноваги (для даних умов газосепаратору при 40 ^оС та 4 МПа).

Витрати водню на розчинення в гідрогенізату G₃ (мас) на сировину складе

(6)

% (мас)

Механічні втрати водню складають 1% від загального об’єму ЦВВГ:

(7)

% (мас)

де к=300 нм³/м³ – кратність циркуляції воденьвмісного газу;

d=850 кг/м³ – густина сировини.

1.2.1.3 Втрати водню з віддухом

Втраті водню з віддувом сприяють такі фактори: 1) хімічне забезпечення реакції гідрогенолізу; 2) розчинення водню в рідкому гідрогенізаті; 3) утворення газів, які розбавляють ВВГ.

Об’ємний баланс по водню та вуглеводневим газам записують таким чином:

де , , , , - об’єми свіжого ВВГ, хімічно регулюючого та сорбуючого гідрогенізатом водню, віддува, газів гідрокрекінгу та газів, що абсорбуються рідким гідрогенізатом відповідно, м³/год;

, - об’ємні концентрації водню в свіжому та циркулюючому ВВГ.

Найбільш економічний по витраті водню режим без віддува ВВГ можна підтримувати, якщо гази, що утворюються при гідрокрекінгу, та гази які поступають в систему зі свіжим ВВГ, повністю сорбуються в газосепараторі в рідкому гідрогенізаті, тобто:

(10)

Рішенням системи рівнянь (8) та (9) отримуємо об’єм газів віддува:

(11)

Об’єм водню в газі, що віддувається дорівнює . Тоді загальна витрата водню при гідроочистки складе:

(12)

Розрахунок ведемо на 100 кг вихідної сировини, так як при цьому абсолютні значення витратних показників (в %мас) можна використовувати з розмірністю кг:

м³, (13)

м³

де =2,04 м³ – об’єм хімічно реагуючого водню.

м³, (14)

м³,

де =0,04 м³ – гази гідрокрекінгу;

=(16+30+44+58)/4=37 кг/кмоль – середня молекулярна маса газів гідрокрекінгу.

Кількість вуглеводневих газів, які абсорбуються рідким гідрогенізатом, можна визначити, якщо допустити що ЦВВГ прийнятого складу знаходиться в рівновазі з рідким гідрогенізатом.

Вміст окремих компонентів в ЦВВГ і константи фазової рівноваги в умовах газосепаратора високого тиску (4,0 МПа) наведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1- Вміст окремих компонентів в ЦВВГ і константи фазової рівноваги

Показники	Компоненти
	CH4	C2H6	C3H8	C4H10
Вміст компоненту мол. частки	0,20	0,05	0,02	0,01
Константа фазової рівноваги Крі	3,85	1,2	0,47	0,18

Кількість абсорбованого компоненту i в кг на 100 кг гідрогенізату дорівнює

, (15)

Кількість абсорбованого компоненту і (υ_і, м³ на 100 кг гідрогенізату) складає

(16)

Підставляючи в рівняння (16) відповідні значення отримуємо об’єм кожного компоненту, розчиненого в гідрогенізаті

м³,

м³,

м³,

м³,

Сумарний об’єм абсорбованих газів дорівнює Συ_і = υ_а = 2,051 м³.

Балансовий об’єм вуглеводневих газів, які поступають в газосепаратор складає

2,04·(1-0,85)+0,04=0,31<υ_а

Оскільки виконується вимога рівняння , можлива робота без віддува частини ЦВВГ. Таким чином, загальна витрата водню в процесі складається з водню, який поглинається при хімічній реакції, який абсорбується в сепараторі високого тиску та механічно втрачає мого:

=G₁+G₂+G₃+G₄=0,045+0,093+0,022+0,031=0,191% (мас)

Витрати свіжого ВВГ на гідроочистку дорівнює:

% (мас), (17)

% (мас),

де =0,65 - витрати свіжого ВВГ на гідроочистку;

0,29 – вміст водню в свіжому ВВГ, % (мас).