2 Технологические расчеты

2.1 Необходимые расчетные данные

• производительность установки по сырью G_c=2200000 т/г;

• продолжительность работы установки τ_р = 340 суток в год;

• продолжительность контакта сырья с катализатором τ = 5 с;

• температура в реакторе t₁ = 500 °С;

• температура в регенераторе t₂ = 640 °С;

• давление в реакторе Р_рк = 0,19 МПа;

• давление в регенераторе Р_рг = 0,25 МПа.

Реакторно-регенераторный блок установки каталитического крекинга с микросферическим катализатором типа Г-43-107 состоит из реактора и регенератора, причем в отличие от установок каталитического крекинга с движущимся или псевдоожиженным слоем катализатора в регенераторе установки данного типа нет системы отвода тепла, то есть процесс крекинга, протекающий в данных аппаратах, относится к числу теплоуравновешенных. Поэтому расчеты, за исключением материального баланса реактора, начинаются с регенератора.

2.2 Материальный баланс реактора

Таблица 2.1 – Материальный баланс установки каталитического крекинга

Наименование сырья и нефтепродуктов			Количество			%масс
			тыс.т. в год		кг/ч
1			2		3	4
1. Взято:
	вакуумный газойль с АВТ	2200,00		269608,00		100,0
	ИТОГО:	2200,00		269608,00		100,0
2. Получено:
	а) бензин нестабильный	931,04		114098,03		42,32
	б) газ жирный	509,52		62441,18		23,16
	в) лёгкий каталитический газойль	457,6		56078,43		20,80
	г) тяжелый каталитический газойль	178,2		21838,24		8,10
	д) кокс	107,8		13210,78		4,90
	Потери	15,84		1941,18		0,72
	ИТОГО:	2200,00		269608,00		100,0

2.3 Расчет процесса сжигания кокса при регенерации катализатора

Суть данного расчета сводится к определению общей массы и объема воздуха, который требуется непрерывно подавать в регенератор для выжигания отлагающегося на катализаторе кокса. Эти данные нужны для тепловых и гидродинамических расчетов, а также для расчета размеров регенератора.

Принимаются следующие исходные данные:

- состав кокса, % масс.: С - 89; Н₂ - 8,5; S - 2,5;

- объемное соотношение оксидов углерода: СО₂ / СО = 1,75;

- коэффициент избытка воздуха: а = 1,25;

Определяется массовый состав углерода, сгорающего до СО и СО₂. Так как мольные и объемные компоненты в газовой фазе равны, а из одного моля углерода образуется один моль СО или СО₂. В таком случае на один атом углерода, сгорающего до СО будет приходиться соответственно 1,75 атома, сгорающего до СО₂. Тогда, всего сгорают 2,75 атома углерода.

Массовые доли углерода кокса, идущие на образование оксидов

СО = 1 / 2,75 = 0,364; СО₂ = 1,75 / 2,75 = 0,636.

Сера и водород сгорают практически до SО₂ и Н₂О.

Массовые доли кокса, сгорающие до:

СО₂ = 0,89 ·0,636 = 0,566

СО = 0,89· 0,364 = 0,324

SО₂ = 0,025· 1= 0,025

Н₂О = 0,085 ·1= 0,085

Итого: 1,00.

О пределяется удельный расход кислорода, необходимый для сжигания кокса, согласно стехиометрическим уравнениям:

Удельные расходы кислорода для сгорания одного кг кокса до СО₂, СО, SО₂, Н₂О рассчитываются из соотношения: 1 г элемента - г атомов элемента кислорода весовая доля кокса - X весовых долей кислорода.

Тогда, для сгорания до СО₂: 0,566 · 32 / 12 = 1,509 кг/кг;

для сгорания до СО: 0,324 · 16 / 12 = 0,432 кг/кг;

для сгорания до SО₂: 0,025 · 32 / 32 = 0,025 кг/кг;

для сгорания до Н₂О: 0,085 · 16 / 2 = 0,68 кг/кг.

Теоретический расход кислорода

g_О2Т = 1,509 + 0,432 + 0,025 + 0,68 = 2,646 кг/кг.

Рассчитанные значения приведены в таблице 3.2

Таблица 2.2 – Результаты расчета элементного состава кокса

Компонент	Образующийся оксид	Массовая доля в коксе	Расход О2, кг/кг
С	СО2	0,566	1,509
С	СО	0,324	0,432
S	SО2	0,025	0,025
Н	Н2О	0,085	0,68
Сумма		1,000	2,646

Определяется теоретическое количество воздуха, необходимое для выжига кокса при содержании в воздухе 23 % масс. кислорода

g_возд.Т. = g_О2Т / 0,23

g_возд.Т. = 2,646 / 0,23 = 11,50 кг/кг.

Фактический удельный расход воздуха (объем при нормальных условиях (н.у.))

g_возд.ф. = g_возд.Т. · а

g_возд.ф. = 11,50 · 1,25 = 14,38 кг/кг

V_возд.ф. = (g_возд.ф. / М) · 22,4

V_возд.ф. = (14,38 / 28,9) · 22,4 = 11,15 м³/кг.

Общий расход и объем воздуха, подаваемого в регенератор

G_возд. = G_кокса · g_возд.ф.

где G_кокса ‒ количество кокса, кг/ч.

G_возд. = 13210,78· 14,38 = 189971,01 кг/ч

V_возд. = G_кокса · V_возд.ф.

V_возд. = 13210,78 · 11,15 = 147300,19 м³/ч.

Общая масса дымовых газов на 1 кг кокса

g_д.г. = g_возд.ф. + g_кокса

g_д.г. = 14,38 + 1,0 = 15,38 кг/кг.

Массы продуктов сгорания, избыточного кислорода и азота, входящих в состав дымовых газов

g_CO2 = 1,509 + 0,566 = 2,075 кг/кг

g_CO = 0,432 +0,324 =0,756 кг/кг

g_SO2 = 0,025 + 0,025 = 0,05 кг/кг

g_Н2О = 0,68 + 0,085 = 0,77 кг/кг

g_О2(изб) = 2,646 · (1,25 - 1,0) = 0,662 кг/кг

g_N2 = 14,38 · (1 – 0,23) = 11,07 кг/кг

Итого: 15,38 кг/кг.

Общая масса компонентов дымовых газов совпала с массой дымовых газов. Следовательно, баланс по ним составлен правильно.

Число молей компонентов дымовых газов определяется по формуле

Число молей компонентов дымовых газов

N_СO2 = 2,075 / 44 = 0,047

N_CO = 0,756 / 28 = 0,027

N_SO2 = 0,05 / 64 = 0,0008

N_Н2О = 0,77 / 18 = 0,043

N_О2 = 0,662 / 32 = 0,021

N_N2 =11,07 / 28 = 0,395

Итого: 0,534.

Рассчитанные мольные и массовые доли компонентов дымовых газов приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3 – Результаты расчета состава дымовых газов

Продукт	Масса, кг/кг	Мi, г/моль	Ni, моль	хi масс.	xi мольн.
СО2	2,075	44	0,047	0,135	0,088
СО	0,756	28	0,027	0,049	0,051
SО2	0,050	64	0,0008	0,003	0,001
Н2О	0,770	18	0,043	0,050	0,081
О2 (изб.)	0,662	32	0,021	0,043	0,039
N2	11,07	28	0,395	0,720	0,740
Сумма	15,38		0,534	1,000	1,000

Объем влажных дымовых газов при нормальных условиях

V_д.г. = Σ N_i ·22,4

V_д.г. = 0,534 ·22,4 = 11,96 м³/кг.

Средняя молекулярная масса влажных дымовых газов

М_д.г. = g_д.г. / Σ N_i

М_д.г. = 15,38 / 0,534 = 28,80 кг/кмоль.

Средняя плотность влажных дымовых газов при нормальных условиях

γ _д.г. = g_д.г. / V_д.г.

γ _д.г. = 15,38 / 11,96 = 1,29 кг/ м³.

Таким образом, при регенерации катализатора на каждый килограмм сгорающего кокса будет получаться 15,38 кг или 11,96 м³ (н.у.) влажных дымовых газов со средней молекулярной массой 28,80 кг/кмоль и плотностью 1,29 кг/м³.

Аналогично общему количеству воздуха определяем общее количество дымовых газов.

Общая масса и объем влажных дымовых газов, образующихся при сгорании балансового количества кокса

G_д.г. = 13210,78· 15,38 = 203181,91 кг/ч

V_д.г. = 13210,78 · 11,96 = 158000,92 м³/ч.

Выполняется проверка

G_д.г. = G_возд. + G_кокса

G_д.г. = 188871,01 + 13210,78= 203181,79 кг/ч.

Таким образом, общее количество воздуха, подаваемого в регенератор, и образовавшихся дымовых газов найдены верно.