3.2 Расчет теплового баланса реактора

Основная реакция риформинга протекают с поглощением тепла. Перепад температуры в реакторах зависит от группового углеводородного состава сырья

и от температуры реакции.

Уравнение теплового баланса реактора в общем виде:

Q₁= Q₂+Q₃+Q₄, (3.38)

где Q₁ – приход тепла с сырьем и циркулирующим газом;

Q₂ – расход тепла на реакции риформинга;

Q₃ – расход тепла с продуктами реакций и циркулирующим газом;

Q₄ – потери тепла в окружающую среду.

Рассчитывается энтальпия газового потока на входе в аппарат. Ввиду не очень высокого давления поправки энтальпии на повышенное давление не требуется. Состав потока в мольных долях пересчитывается в массовые доли. Значение энтальпий компонентов водородсодержащего газа при температуре Т_вх определяется по уравнению:

q_Tвх = A+B·T_вх+C·Т_вх², (3.39)

где А, В и С – коэффициенты уравнения, которые определяются по экспериментальным данным значений энтальпий газов при различных температурах.

Значения энтальпий при различных температурах для водорода, метана, этана, пропана, бутана и пентана приведены в таблице 3.10 [4].

Таблица 3.10 – Значение энтальпий компонентов водородсодержащего газа при различных температурах

Компоненты	Энтальпия углеводородов при различных температурах, кДж/кг
	q773Г	q723Г	q698Г
Водород	7166	6437	6072
Метан	2016	1865	1722
Этан	1848	1667	1575
Пропан	1739	1562	1487
Бутан	1663	1516	1399
Пентан	1580	1407	1340

По данным таблицы 3.10 рассчитаны значения коэффициентов в уравнении для компонентов циркулирующего газа, результаты приведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11 – Значения коэффициентов в уравнении для расчета энтальпии

Компоненты	Значения коэффициентов
	А	В	С
Водород	-4253,37	14,9789	-0,00027
Метан	-20438,10	56,8760	-0,03600
Этан	-1397,36	4,8168	-0,00080
Пропан	3026,509	-7,2312	0,00720
Бутан	-13575,61	37,6472	-0,02320
Пентан	4717,762	-12,0984	0,01040

Для ароматических, нафтеновых и парафиновых углеводородов сырья значения энтальпии определяются по уравнению Уэйра и Итона [16]:

, (3.40)

где - относительная плотность углеводородов при 15⁰С, определяемая по формуле Крэга:

, (3.41)

где М_i – средняя молекулярная масса углеводородов, кг/кмоль.

Приход тепла с сырьем и циркулирующим газом рассчитывается по формуле:

Q₁ = q_ср·(G_c+G_Г), (3.42)

где q_ср – средняя энтальпия питающей смеси, кДж/кг.

Тепловой эффект реакции с помощью закона Гесса определить нельзя из-за незнания детального химического состава сырья и продуктов реакции, поэтому используется формула:

q_p = - 335·b, (3.43)

где q_p – суммарный тепловой эффект реакций риформинга, кДж/кг;

b – выход водорода в расчете на исходное сырье, % масс.:

(3.44)

Величина расхода тепла на реакции риформинга составит:

Q₂ = q_p· G_C. (3.45)

После преобразований получим:

Q₂ = - 33500·G_H2 . (3.46)

Величина теплопотерь в окружающую среду принимается равной 1% от общего количества тепла, поступающего в реактор с сырьем и циркулирующим газом:

Q₄ = Q₁·0,01. (3.47)

Величина Q₃ равна:

Q₃ = (G_вых+ G_Гвых)·q_Твых^Г, (3.48)

где q_Твых^Г – энтальпия смеси, кДж/кг, рассчитывается по формуле:

q_Твых^Г= q_Твых^Г _i ·y_i . (3.49)

Из теплового баланса реактора величина Q₃ равна:

Q₃ = Q₁ - Q₂ - Q₄ . (3.50)

Таким образом, величина энтальпии потока на выходе из реактора определяется по уравнению:

(3.51)

Температуры на выходе из реактора определяется по формуле, основанной на зависимости энтальпии от температуры:

. (3.52)

Перепад температуры в реакторе определяется по формуле:

Т = Т_вх. -