Диплом / 1 Материальный баланс производства

5 ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

5.1 Материальный баланс производства

Производительность установки 550000 т/год по сырью, эффективный фонд рабочего времени – 334 дней, в реактор поступает сырье с содержанием серы – 0,36% масс, в том числе меркаптановая Sm = 0,28 %масс, сульфидная Sc = 0,08 %масс. содержание серы в гидроочищенном бензине – 0,004% масс, плотность бензина – 758 кг/м³.

Часовая производительность определяется по формуле:

П=G×1000/24×n, [4, c.145] (5.1)

где G – производительность установки, т/год;

n – календарное время работы, дни.

П = (550000 × 1000) / 24×334 = 68612,8 кг/ч

Схема материальных потоков представлена на рисунке 5.1

1, 2 – реактора; 3 – сепаратор высокого давления; 4-колонна стабилизации, 5- рефлюксная емкость

I – каталитический бензин; II – водородосодержащий газ; III – бензин с водородосодержащим газом ; IV – водородосодержащий газ на очистку; V – гидроочищенный бензин на стабилизацию; VI – сухой газ; VII – гидроочищенный бензин; VIII – фракция С₃÷С₄

Рисунок 5.1 – Схема материальных потоков гидроочистки бензина

Кратность циркуляции ВСГ и минимально допустимое содержание в нем водорода и сероводорода:

• Кцвсг = 200 нм³/м³;

• Н₂ = 82,7 % об.;

• Н₂S = 0,003 % об.

  • Характеристика катализатора:

• массовая доля активных компонентов, % масс.:

• оксид кобальта – 4,5

• триоксид молибдена – 13,5

• массовая доля вредных примесей (оксид натрия), % масс.: 0,05

• диаметр гранул, мм: 2

• массовая доля влаги после прокаливания, % масс.: 1,5

• индекс прочности, кг/мм: 4

• насыпная плотность, кг/м³: 670

• кажущаяся плотность, кг/м³: 1100

• температура в реакторе, ^оС: 240-340

• давление в реакторе, МПа: 3,5

Определим содержание серы в сырье

G_s=G_б×S_б/100, [4, c.145] (5.2)

где G_б- количество бензиновой фракции, кг/ч;

S-количество серы в бензиновой фракции, % масс.

G_s= 68612,8×0,36/100= 247 кг/ч

Определим глубину обессеривания:

(S₀-S_k)/S₀×100=(036-0,004)/0,36×100=98,89 %

Определение средней молекулярной массы бензиновой фракции:

ММ=60+0,3t+0,001t² [ 4, с.145 ] ( 5.3 )

Где t-средняя температура кипения фракции

ММ_б=60+0,3×((60+210)/2)+0,001×((60+210)²/2) =118,73

Определение содержания непредельных углеводородов в бензиновой фракции:

НУВ_бф=ИЧ_б*ММ_б/254 [ 4, с.145 ] ( 5.4 )

Где ИЧ_б –йодное число бензиновой фракции;

ММ_б –молекулярная масса бензиновой фракции

НУВ_бф=10*118,73/254= 4,67 % масс.

G_нбф=G_бф*НУВ_бф/100 [ 4, с.145 ] ( 5.5 )

Где G_бф-производительность бензиновой фракции, кг/ч

G_нбф=68612,8*4,67/100=3204,2

С_н= G_нбф*100/G_бф [ 4, с.145 ] ( 5.6 )

С_н= 3204,2*100/68612,8=4,67 % масс.

5.1.1 Материальный баланс реакторного блока

Исходные данные:

• производительность установки – 68612,8 кг/ч;

• кратность циркуляции водородсодержащего газа К_ц= 200 нм³/м³;

• давление в реакторе – 3,5 МПа;

• Алюмокобальтмолибденовый катализатор

Выход гидроочищенной бензиновой фракции В_б (% масс.) на исходное сырье равен:

В_б=100- В_г- ∆S, [ 4, с.145 ] ( 5.7 )

В_г=0,3×∆S= 0,3×0,356=0,11 % масс.

В_б= 100- 0,11-0,356=99,53 % масс.

Расход водорода в промышленных условиях складывается из следующих составляющих:

1) расход водорода на химическую реакцию (гидрогенолиз сероорганических соединений и гидрирование непредельных углеводородов);

2) отдув циркуляционного ВСГ для поддерживания заданной концентрации водорода;

3) расход на растворение в гидрогенизате;

4) потери из - за механических не плотностей в аппаратуре и коммуникациях.

1) Расход водорода на реакции

Расход водорода на химическую реакцию зависит от содержания серы, азота, непредельных углеводородов. Расход водорода на гидрогенолиз сернистых соединений (G₁) можно рассчитать по формуле (5.58):

G₁ = m × S [4, c.145] (5.8)

где G₁ – расход 100 %-ного водорода, % масс. на сырье;

S – количество серы, удаляемой при гидроочистке, % масс. на сырье;

m – коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений : сероводород – 0, свободная сера – 0,0625; меркаптаны – 0,062; сульфиды – 0,125; дисульфиды – 0,0938; тиофены – 0,25; бензтиофены – 0,187; тиофаны – 0,125.

G₁ = 0,28 × 0,0625 + (0,08-0,004) × 0,125 = 0,027 % масс.

2) Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов:

G₂ =2∆С_н /М, [4, c.145] (5.9)

где G₂ –расход 100%-ного водорода % (масс.) на сырье

∆С_н- разность содержания непредельных углеводородов в сырье и гидрогенизате, % (масс.) на сырье, считая на моноолефины;

М- средняя молекулярная масса сырья

G₂ =2*13,1/118,73 =0,08 % масс.

3) Расход водорода на отдув и потери через неплотности

Расход водорода на отдув появляется в связи с тем, что для поддержания оптимального его парциального давления приходится непрерывно выводить (отдувать) из системы небольшую часть циркулирующего ВСГ (ЦВСГ) и заменять его свежим. При отсутствии данных на предприятии можно принять расход 100% -ного водорода на отдув при гидроочистке бензина 0,03 - 0,04% масс. на сырье.

Принимаем расход водорода на отдув: G₃ = 0,03 % масс. на сырье.

Потери водорода через неплотности (Gнепл) можно определить по формуле:

G₄ = (Кцвсг×0,01×М_Н2 × 100) / (22,4 × ρ) [4, с.146] (5.10)

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

ρ - плотность сырья, кг/м³;

М_H2- молекулярная масса водорода.

G₃ = (200 ×0,01 × 2 × 100) / (22,4 ×758) = 0,024 % масс.

4) Расход водорода на растворение

Для приближенных расчетов общего расхода водорода можно использовать ориентировочные данные по расходу водорода на растворение бензина по справочным данным:

G₅ = 0,058% масс. [3, c.21] (5.11)

Общий расход водорода в процессе гидроочистки будет складываться из водорода, поглощаемого при химической реакции G₁,расхода водорода на гидрирование непредельных углеводородов G₂ расход водорода на отдув G₃, потери водорода через неплотности G₄ и расход водорода на растворение G₅ :

G_общ = G₁ + G₂ + G₃ + G₄+G₅ [4, c. 146] (5.12)

G_общ = 0,027 + 0,08 +0,03+ 0,024 + 0,058 = 0,22 % масс.

Расход ЦВСГ на 100 кг сырья находим по формуле:

G_Ц = (100 × Кцвсг ×М_Ц)/(ρ × 22,4) [4, c. 150] (5.13)

где К_ЦВСГ- кратность циркуляции водородсодержащего газа, м³/м³;

М_ц- молекулярная масса водородсодержащего газа, кг/кмоль.

М_Ц =7,7 кг/кмоль

G_ц= (100 × 200 ×7,7)/(758 ×22,4) = 9,07 кг.

Общий расход ЦВСГ составит:

G_ц = (68612,8/100)×9,07 = 6223,2 кг.

Рассчитываем выход сероводорода по формуле:

В_Н2S =∆S  34/32 [4, c. 152] (5.14)

В_Н2S =0,356×34/32 = 0,38 % масс.

Таким образом балансовым сероводородом поглощается 0,024 % масс. водорода

0,38- 0,356 = 0,024 % масс.

Количество водорода вошедшего на гидрирование в состав:

G₁+G₂ -0,024= (0,027+0,08)-0,024=0,083 % масс.

Уточненный выход гидроочищенной бензиновой фракции:

99,53+0,083= 99,61 % масс.

Состав и количество ЦВСГ приведен в таблице 5.1

Таблица 5.1 – Состав и количество циркуляционного ВСГ

Компонент	масс. д.	мольн. (об.) д.	кг/ч
Водород	0,215	82,7	1337,99
Метан	0,123	5,86	765,45
Этан	0,175	4,47	1089,06
Пропан	0,211	3,74	1313,09
Бутан	0,136	1,75	846,35
Пентан	0,140	1,48	871,25
Сероводород	0	0	0
Всего:	1,000	100,00	6223,2

Материальный баланс реакторов Р-7,6 приведен в таблице 5.2

Таблица 5.2 - Материальный баланс реакторов Р-7,6

Приход	кг/ч	% масс.	Расход	кг/ч	% масс.
1. Сырье 2.Циркулирующий ВСГ	68612,8 6223,2	100 9,07	1.Газопродуктовая смесь: - бензин - сероводород - ВСГ - сухой газ - кислая вода	68441,28 260,73 5976,18 91,94 65,87	99,61 0,38 8,71 0,134 0,096
Итого	74836,0	109,07	Итого	74836,0	109,07