Реакторный блок установки каталитического крекинга

консорциум н е д р а

При кратности циркуляции катализатора R=7:1 количество циркулирующего катализатора

GK=R GC= 7 260= 1820 т/ч (2.4)

Определим расход водяного пара.

Для регулирования плотности смеси паров сырья с катализатором в транспортную линию подается водяной пар в количестве 2-6 масс. %, считая на загрузку реактора 1, с.149,95,96 . На отпарку продуктов крекинга с закоксованного катализатора в зону отпарки подается 5-10 кг пара на 1т катализатора 1, с.152 .

Принимаем расход водяного пара для регулирования плотности смеси равным 4 масс. % на сырье или

GП1= 260 0.04 = 10.4 т/ч = 10400 кг/ч (2.5)

На катализаторе после регенерации остается кокс в количестве 0.2-0.5 масс. %, считая на свежий катализатор.

Примем содержание остаточного кокса на регенерированном катализаторе равным 0.4 масс.%, что составит

GО.К = (0.4 1820) / 100 = 7.28 т/ч (2.6)

Количество закоксованного катализатора на выходе из реактора

GЗ.К = GК+GО.К+21.75 = 1820+7.28+21.75 = 1848.78 т/ч (2.7)

Приняв расход водяного пара на отпарку 1 т закоксованного катализатора раным 7 кг, найдем часовой расход водяного пара

Gg1= 7 1848.78 = 12941.46 кг/ч (2.8)

2.4 Тепловой баланс реактора

консорциум н е д р а

Уравнение теплового баланса реактора в общем виде

QС+QЦ1+QК1+QП1+QД1+QО.К= QГ+Qб+QЛ.Г+QТ.Г+

+QК2+QК+QЦ2+QД2+QП2+Qр+QП (2.9)

Левая часть уравнения отвечает приходу тепла (в кВт):

QС - с сырьем;

QЦ1 - с рециркулирующим каталитическим газойлем;

QК1 - с циркулирующим катализатором;

QП1 - с водяным паром, подаваемым в транспортную линию;

QД1 - с водяным паром, подаваемым на отпарку углеводородов с Катализатора;

QО.К - с остаточным коксом.

Правая часть отвечает расходу тепла (в кВт):

QГ - с образовавшимися газами крекинга;

Qб - с парами бензина;

QЛ.Г - с парами легкого газойля;

QТ.Г - с парами тяжелого газойля;

QК2 - с циркулирующим катализатором;

QК - с образовавшимся при крекинге коксом;

QЦ2 - с рециркулирующим газойлем;

консорциум н е д р а

QД2 - с водяным паром, подаваемым на отпарку углеводородов с катализатора

QП2 - с водяным паром, подаваемым в транспортную линию;

Qр - на реакции каталитического крекинга;

QП - потери тепла в окружающую среду.

Из теплового баланса реактора определим температуру сырья при подаче его в узел смешения с катализатором.

По литературным и промышленным данным принимаем следующие температуры потоков на входе в реактор:

ТЦ1=561 К - температура рециркулирующего каталитического газойля;

ТК1=873 К - температура катализатора 1, с.266 ;

ТП1=873 К - температура водяного пара, подаваемого в транспортную линию (с давлением =0.46 106 Па) 5, с.107 ;

ТД1=783 К - температура водяного пара 6 , подаваемого в отпарную зону реактора при давлении 0.46 106 Па

Рассчитаем энтальпию потоков. Предварительно определим состав крекинг-газа.

При проектировании промышленных установок каталитического крекинга пользуются данными хроматографического анализа газа, полученного при крекинге сырья в лаборатории. При отсутствии лабораторных данных можно пользоваться литературными 1, с.210; 7, с.121; 8, с.125 .

В табл.2.4.1 приведен примерный состав крекинг-газа.

консорциум н е д р а

Таблица 2.4.1 Состав крекинг-газа

Ввиду низкого давления в реакторе влияние давления на энтальпию не учитывается. Зная состав крекинг-газа,

можно найти энтальпию компонентов и затем подсчитать энтальпию смеси правилу смешения. В табл.2.4.2 приведены энтальпии компонентов газа в интервале температур 673-773 К. Например, энтальпия сероводорода при 673 К равна произведению удельной энтальпии, определяемой по справочникам, на массовую долю последнего в крекинг-газе: 432.2

0.048 = 20.74 кДж/кг Сумма энтальпий компонентов равна энтальпии крекинг газа при данной температуре. Путем интерполяции

можно определить энтальпию газа при промежуточных температурах.

Таблица 2.4.2 Энтальпии компонентов

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

консорциум н е д р а

Энтальпию углеводородных паров (в кДж/кг) определяется по таблицам, приведенным в приложении, или по формуле 9, с.18 :

qT=209.2 - 130.25 288 + (0.543 - 0.134 288)T + + (0.00234 - 0.00059 288)T2 (2.10)

Для определения энтальпии жидких углеводородов (в кДж/кг) также можно воспользоваться таблицами или формулой 9, с.18 :

qT= 1 / ( 288) (0.0017T2 + 0.762T - 334.3) (2.11)

где 288 - относительная плотность жидкого углеводорода;

Т - температура потока, К.

Энтальпии углеводородных паров и жидкостей, а также катализатора и кокса подсчитаны и приведены в табл.2.4.3.

Энтальпия катализатора и кокса подсчитана по формуле: q T = cT (2.12)

консорциум н е д р а

где q T - энтальпия катализатора или кокса, кДж/кг;

с - теплоемкость катализатора или кокса, кДж/(кг К);

Т - температура катализатора или кокса, К.

Теплоемкость катализатора равна 1.05-1.13 кДж/(кг К) 10, с.99 , теплоемкость кокса 1.65-2,51 кДж/(кг К) 12, с.36; 13, с.252 .

Теплоемкость катализатора и кокса принята соответственно равной 1.13 и 2.51 кДж/(кг К).

Таблица 2.4.3 Энтальпии углеводородных паров, жидкостей, катализатора и кокса

консорциум н е д р а

Энтальпия водяного пара определяется по диаграмме i - S 12 для водяного пара по таблицам ВТИ в зависимости температуры и давления. Температуру пара принимают исходя из диапазона изменения температур в реакторе и охлаждающих змеевиках регенератора.

Реакция каталитического крекинга сопровождается поглощением тепла. На рис. 3 14, с.170 приведены примерные данные о тепловом эффекте реакции каталитического крекинга в зависимости от глубины превращения в массовых процентах.

Глубина превращения определяется по таблице 1:

- (16.2 + 13.15) = 70.65 масс. %

При глубине превращения 70.7 масс. % величина теплового эффекта составит 207 кДж на 1 кг сырья.

Из теплового баланса (табл.2.4.3) имеем:

QC = 409140 - 367550 = 41590 кВт Энтальпия сырья:

qC = (3600QC ) / GC =

= (3600 41590) / 260000 = 576 кДж/кг (2.13)

Чтобы по найденной энтальпии определить температуру сырья, необходимо знать его фазовое состояние.

Интервал температуры, в котором сырье будет испаряться в низу реактора:

Т = ТР - ТС (2.14)

консорциум н е д р а

Величину интервала температуры Т можно определить из формулы 15 : - e = 104 (140 Т - 0.33 Т2) (2.15)

где 1 - e - массовая доля жидкого остатка при однократном испарении сырья.

Предположим, что сырье подается в узел смешения в жидком виде, тогда доля отгона е = 0 и из двух действительных квадратного относительно Т уравнения во внимание примем наименьшее числовое значение, равное

Т = 91 К. При этом предельное значение температуры, при которой сырье практически находится еще в жидком состоянии, окажется равным:

Тпр.с = 763 - 91 = 672 К (2.16)

Если температура сырья будет выше 672 К, то произойдет частичное его испарение.

В соответствии с энтальпией сырья температура ТС=540 К. (приложение 2). Следовательно сырье подается в узел смешения в жидком состоянии.

Температура сырья в промышленных установках находится в пределах 473 - 633 К 1, с.153 . 2.5 Технологический расчёт реакторного блока Размеры реактора Площадь поперечного сечения реактора равна:

S = V / 3600 (2.17)

где V - объем паров, проходящих через свободное сечение реактора, м3/ч;

- допустимая скорость паров в свободном сечении реактора, м/с.

Величину V определим по формуле: