установки гидроочистки вакуумного газойля
.pdfСероводород и водяные пары с верха десорбера К-5 поступают в АВО-4 и водяной холодильник ВХ-4.
Охлажденная газожидкостная смесь направляется в сепаратор С-5, где происходит разделение газожидкостной смеси на сероводород и воду.
Сероводород с верха сепаратора С-5 выводится с установки. 2.4 Технологический расчет основного оборудования
2.4.1 Исходные данные для расчета Технологические параметры процесса гидрообессеривания вакуумного газойля приведены в таблице 2.11.
Таблица 2.11
Технологические параметры процесса.
Показатели |
Единицы |
Величина |
|
измерения |
показателя |
||
|
|||
Годовая производительность |
тыс. т/год |
1600 |
|
Рабочее давление на входе в реактор |
МПа |
7,5 |
|
Температура ГСС на входе в реактор |
0С |
370 |
|
Кратность циркуляции ВСГ, не менее |
нм3/м3 сырья |
340 |
|
Концентрация водорода в СВСГ |
% масс. |
99,9 |
|
Объемная скорость подачи сырья |
Ч-1 |
0,75 |
|
Расход водорода |
% масс. |
1,0 |
|
Продолжительность работы установки |
сутки |
355 |
|
Тип катализатора |
|
HR-504 |
2.4.2 Материальные балансы установки и реакторов.
Расчет часовой производительности установки Объемную часовую производительность определяем по формуле:
39 |
консорциум « Н е д р а». |
|
W = |
|
|
G |
год |
, |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
Р |
|
с |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Wc - объемная часовая производительность, м3/ч;
Gгод- годовая производительность установки, т/год, Gгод=1600000 т/год; τр - продолжительность работы установки, суток, τр= 355 суток; ρс - плотность сырья, кг/м3, ρс = 0,925 кг/м3.
WС |
= |
1600000 |
= 203,0 |
м3/ч. |
||
355 |
0,925 |
|||||
|
|
24 |
|
|||
(2.1)
Массовую часовую производительность определяем по формуле:
G |
|
=W |
|
, |
|
С |
С |
с |
|
|
|
где Gс - массовая часовая производительность, кг/ч;
Wc- объемная массовая производительность, м3/ч; ρс - плотность сырья, кг/м3.
Gс = 203,0·925 = 187775 кг/ч.
(2.2)
Расчет расхода СВСГ Состав СВСГ представлен в таблице 2.12.
Определение расхода водорода на промышленных установках складывается из расхода на реакцию, отдув ВСГ для поддержания необходимой концентрации и расхода на растворение. Расход водорода на процесс принимаем равным 1,0 % масс. в расчете на сырье.
40 |
консорциум « Н е д р а». |
|
Таблица 2.12
Состав СВСГ
Компоненты |
yi |
Mi |
yiMi |
_ |
|
y |
i |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2 |
0,99 |
2 |
2,0 |
0,925 |
|
СН4 |
0,01 |
16 |
0,2 |
0,075 |
|
Итого |
1,000 |
- |
2,2 |
1,000 |
|
Массовый расход водорода определяем по формуле:
G H |
|
= |
G |
C |
C |
H |
2 |
, |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
100 |
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
||
где GH - массовый расход водорода; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH - расход водорода, % масс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GH |
|
= |
187775 1 |
=1878 |
кг/ч. |
|
|
|
|
|
2 |
100 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовый расход СВСГ определяем по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
G |
|
= |
G H |
2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
СВСГ |
yH |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
где GСВСГ - массовый расход СВСГ, кг/ч;
GH - массовый расход водорода, GH = 1878 кг/ч;
YH- массовая концентрация водорода в СВСГ, YH= 0,925.
GСВСГ = 1878/0,925 = 2030 кг/ч.
Расход СВСГ в расчете на сырье определяем из соотношения: 41
(2.3)
(2.4)
консорциум « Н е д р а».
ССВСГ = |
G |
СВСГ |
100 |
, |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
G |
С |
|
|
|
|
|
где ССВСГ – расход СВСГ в расчете на сырье, % масс.; Gc - массовая часовая производительность, кг/ч; GСВСГ - массовый расход СВСГ, кг/ч.
ССВСГ = |
2030 100 |
=1,1% масс. |
|
187775 |
|||
|
|
Расчет расхода ЦВСГ Состав ЦВСГ представлен в таблице 2.13.
Объем ЦВСГ определяем по формуле:
|
|
|
|
|
|
|
V |
=W К |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
ЦВСГ |
С |
Ч |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где VЦВСГ |
- объем ЦВСГ, нм3/ч; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Кц - кратность циркуляции ВСГ, нм3/м3 сырья, Кц = 340 нм3/м3 сырья. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
VЦВСГ = 203,0·340 = 69020 нм3/ч. |
|
|
|
|||
Таблица 2.13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Состав ЦВСГ |
|
|
|
||
Компоненты |
|
yi |
|
Mi |
|
yiMi |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
yi |
|
|
|
|
||||
Н2 |
|
0,900 |
|
2 |
|
1,8 |
0,429 |
|
|
|
|
СН4 |
|
0,067 |
|
16 |
|
1,1 |
0,261 |
|
|
|
|
С2Н6 |
|
0,023 |
|
30 |
|
0,7 |
0,167 |
|
|
|
|
С3Н8 |
|
0,008 |
|
44 |
|
0,4 |
0,095 |
|
|
|
|
Изо-С4Н10 |
|
0,001 |
|
58 |
|
0,1 |
0,024 |
|
|
|
|
(2.5)
(2.6)
42 |
консорциум « Н е д р а». |
|
Н-С4Н10 |
0,001 |
58 |
0,1 |
0,024 |
Итого |
1,000 |
- |
4,2 |
1,000 |
Массовый расход ЦВСГ находим по формуле:
|
|
V |
M |
ЦВСГ |
|
G ЦВСГ |
= |
ЦВСГ |
|
, |
|
22,4 |
|
||||
|
|
|
|
||
где GЦВСГ - массовый расход ЦВСГ, кг/ч;
МЦВСГ - молярная масса ЦВСГ, кг/кмоль, МЦВСГ = 4,2 кг/кмоль.
GЦВСГ = |
69020 4,2 |
=12941 |
кг/ч. |
|
22,4 |
||||
|
|
|
Определяем расход ЦВСГ в расчете на сырье по формуле:
СЦВСГ = |
G |
ЦВСГ |
100 |
, |
|
|
|||
|
G |
|
||
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
где СЦВСГ - расход ЦВСГ в расчете на сырье, % масс.;
GЦВСГ - массовый расход ЦВСГ, кг/ч, GЦВСГ = 24156 кг/ч;
Gс - массовая часовая производительность, кг/ч, Gс =187775 кг/ч.
СЦВСГ = |
12941 100 |
= 6,9% масс. |
|
187775 |
|||
|
|
Расчет выхода сероводорода Выход сероводорода определяем по формуле:
43
(2.7)
(2.8)
консорциум « Н е д р а».
|
|
|
|
|
|
СH 2S = |
(S |
0 |
− (S |
ОСТ |
x |
ОСТ |
+ S |
ДТ |
x |
ДТ |
+ S |
Б |
x |
Б |
)) 34 |
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где CH |
S - выход сероводорода, %масс.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S0 - содержание серы в сырье, % масс., S0 = 2,5 %масс.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Sост - содержание серы в остатке, % масс., Sост = 0,04 %масс.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Sдт - содержание серы в дизельном топливе, % масс.,Sдт=0,01 % масс.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
SБ - содержание серы в бензине, % масс., SБ=0,002 %масс.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
хост - выход остатка, доли единицы, хост = 0,823; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
хдт - выход дизельного топлива, доли единицы, хдт = 0,139; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
хБ - выход бензина, доли единицы, хБ = 0,008; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
34 - молярная масса сероводорода, кг/кмоль; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
32 - атомная масса серы, кг/кмоль. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
СH2S = 2,6 |
% масс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Материальный баланс установки гидроочистки вакуумного газойля представлен в таблице 2.14. |
|
||||||||||||||||||||||||
Таблица 2.14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материальный баланс установки гидроочистки вакуумного газойля |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
Статьи баланса |
|
|
|
|
Расход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
%масс. |
|
кг/ч |
|
|
|
|
тыс.т/год |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Взято: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сырье |
|
|
|
100 |
|
187775 |
|
|
|
|
1600,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
СВСГ |
|
|
|
1,1 |
|
2030 |
|
|
|
|
|
16,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в том числе 100%-ный водород |
|
1,1 |
|
2030 |
|
|
|
|
|
16,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(2.9)
44 |
консорциум « Н е д р а». |
|
Итого |
101,1 |
189805 |
1616,3 |
Получено: |
|
|
|
Остаток |
82,3 |
154510 |
1315,7 |
Дизельное топливо |
13,9 |
26096 |
222,2 |
Бензин |
0,8 |
1502 |
12,8 |
Углеводородные газы |
0,7 |
1314 |
11,2 |
Сероводород |
2,6 |
4881 |
41,6 |
Потери |
0,8 |
1502 |
12,8 |
Итого |
101,1 |
189805 |
1616,3 |
Материальный баланс реактора представлен в таблице 2.15.
Таблица 2.15
Материальный баланс реактора
Статьи баланса |
|
Расход |
|
%масс. |
|
кг/ч |
|
|
|
||
Взято: |
|
|
|
Сырье |
100,0 |
|
187775 |
СВСГ |
1,1 |
|
2030 |
ЦВСГ |
6,9 |
|
12941 |
Итого |
108,0 |
|
202746 |
Получено: |
|
|
|
Остаток |
82,8 |
|
156012 |
Дизельное топливо |
14,2 |
|
26096 |
Бензин |
0,8 |
|
1502 |
Углеводородные газы |
0,7 |
|
1314 |
Сероводород |
2,6 |
|
4881 |
ЦВСГ |
6,9 |
|
12941 |
45 |
консорциум « Н е д р а». |
|
Итого |
108,0 |
202746 |
Определение размеров реактора Объем реакционной зоны в каталитических процессах со стационарным слоем катализатора определяем по
формуле:
|
V |
|
= |
W |
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
РЗ |
|
V |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
где VРЗ – объем реакционной зоны, м3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VО – объемная скорость подачи сырья, ч-1, Vо=0,75 ч-1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WС – производительность установки, м3/ч, Wс= 203,0 м3/ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vрз=203,0/0,75=270,7 м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общую высоту слоя катализатора – высоту реакционной зоны определяем: |
|
|
|
|
|
||||
H |
|
= |
V |
|
= |
V |
|
|
|
|
К |
К |
|
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
К |
|
F |
|
|
|
2 |
k |
|
|
|
|
|
|
|
0,785 d |
|
||
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
где Нк– высота слоя катализатора, м;
Vк – объем катализатора, м3, Vк = 270,7 м3 ; dк – диаметр слоя катализатора в реакторе, м.
Принимаем диаметр слоя катализатора в реакторе равным 4,4 м.
(2.10)
(2.11)
HК |
= |
270,7 |
=17,8 |
м. |
||
|
|
|||||
0,785 |
4,42 |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
46 |
|
консорциум « Н е д р а». |
|
|
|
|
|
|
||
Эскиз реактора представлен на рисунке 2.2. 2.4.3 Тепловой баланс реактора Расчет парциальных давлений ГСС и ГПС
Рассчитываем молярную массу сырья по формуле Крэга:
МС
где |
15,6 |
= 4 |
+ 5α = 0,925 + 5 · 0,000607 = 0,928, |
|
15,6 |
20,4 |
|
= |
44,29 15,615,6 |
(2.12) |
1,03 − 15,615,6 , |
М |
|
= |
44,29 0,928 |
= 403 |
|
кг/кмоль |
||
С |
1,03 |
− 0,928 |
. |
|||||
|
|
|
||||||
Рассчитываем молярную массу гидроочищенного остатка по формуле 2.12:
15,6 |
= 4 |
|
+ 5α = 0,896 + 5 · 0,000647 = 0,899, |
15,6 |
20, |
4 |
|
М |
|
= |
44,29 |
0,899 |
= 304 |
||
ГО |
1,03 |
− 0,899 |
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
кг/кмоль.
Рассчитываем молярную массу дизельного
15,6 |
= |
|
20,4 |
15,6 |
|
4 |
Рассчитываем молярную массу бензина по
1515,,66 = 204 ,4
топлива по формуле 2.12:
+ 5α = 0,870 + 5 · 0,000673 = 0,873,
М |
= 246 |
кг/кмоль. |
ДЕ |
|
формуле 2.12:
+ 5α = 0,729 + 5 · 0,000870 = 0,733,
47 |
консорциум « Н е д р а». |
|
М |
Б |
= 109 |
кг/кмоль. |
|
|
Расчеты парциальных давлений ГСС и ГПС представлены в таблице 2.16 и 2.18.
Таблица 2.16
Расчет парциальных давлений компонентов ГСС на входе в реактор Р-1
Компоненты |
кг/ч |
Mi |
Ni |
_ |
Pi |
yi |
|||||
Сырьё |
187775 |
403 |
465,9 |
0,105 |
0,8 |
СВСГ |
2030 |
2,2 |
922,7 |
0,206 |
1,5 |
ЦВСГ |
12941 |
4,2 |
3081,2 |
0,689 |
5,2 |
Итого |
202746 |
- |
4469,8 |
1,000 |
7,5 |
Рисунок 2.2 Эскиз реактора
Таблица 2.17
Состав углеводородных газов
Компоненты |
yi |
Mi |
yiMi |
_ |
кг/ч |
yi |
48 |
консорциум « Н е д р а». |
|