3.2 Назначение технологического процесса. Продукция установки и ее применение

В процессе каталитического риформинга образуются газы и жидкие продукты — катализат (риформат). Последний можно использовать как высокооктановый компонент автомобильных и авиационных бензинов или выделять из него ароматические углеводороды, а газы риформинга подвергать разделению. Высвобождаемый при этом водород частично используют для восполнения потерь циркулирующего водородсодержащего газа и гидроочистки исходного сырья, но большую его часть выводят с установки. Кроме того, из газов каталитического риформинга выделяют сухой газ (C₁—С₂) и сжиженные газы (Сз—С₄).

В ряде случаев в стабилизационной секции установки получают стабильный бензин с заданным давлением насыщенных паров. Это имеет значение для производства высокооктановых компонентов автомобильного или авиационного бензина. Для получения товарных автомобильных бензинов риформинг-бензин смешивают с другими компонентами (компаундируют), так как бензины каталитического риформинга содержат 60—70% ароматических углеводородов и имеют утяжеленный фракционный состав, поэтому в чистом виде непригодны для использования. В качестве компаундирующих компонентов применяют легкие бензиновые фракции (н. к. — 62 °С) прямой перегонки нефти, бензины каталитического крекинга и гидрокрекинга (легкие), изомеризаты и алкилаты. Поэтому для увеличения производства высокооктановых топлив на основе бензинов риформинга необходимо расширять производство высокооктановых изопарафиновых компонентов.

Для получения автомобильных бензинов типа АИ-93 и АИ-98 без добавления ТЭС риформинг-бензин (катализат) должен иметь октановое число на 2—3 пункта больше (95—96 и 100—101 соответственно). Это компенсирует уменьшение октанового числа бен­зина при разбавлении его другими, в том числе изопарафиновыми компонентами.

3.3 Описание технологической схемы и оборудования

Блок разделения продуктов гидроочистки входит в секцию предварительной гидроочистки установки каталитического риформинга (секцию 100). Принципиальная технологическая схема блока разделения продуктов гидроочистки показана на рисунке 3.1.

I – бензин из товарного парка; II – водородсодержащий газ; III – нестабильный гидрогенизат; IV – углеводородный газ; V – рефлюкс; VI – стабильный гидрогенизат; VII – фракция НК 80 °С; VIII – фракция 80-180 °С в блок каталитического риформинга

Рисунок 3.1 – Технологическая схема блока разделения продуктов гидроочистки установки каталитического риформинга

Сырьем секции предварительной гидроочистки (секции 100) является смесь прямогонных бензиновых фракций и бензиновых фракций вторичных процессов.

Сырье подается двумя потоками через фильтры Ф-101/1 и Ф-101/2 в буферную емкость Е-113.

Из буферной емкости Е-113, бензиновая фракция забирается насосами Н-101/1,2,3 и двумя потоками подается на смешение с циркулирующим водородсодержащим газом поступающим от компрессора ПК-101/1,2.

Циркулирующий водородсодержащий газ с выкида компрессора ПК-101/1,2 делится на два потока и подается на смешение с сырьем.

После смешения бензина с циркулирующим ВСГ, два потока газосырьевой смеси объединяются и общим потоком направляются в теплообменники Т-101/2 и Т-101/1, где нагреваются за счет тепла газопродуктовой смеси из реакторов Р-101, Р-102, поступающей последовательно в трубный пучок теплообменников.

Далее газосырьевая смесь поступает в печь П-101, где нагревается до температуры 320÷350 ºC.

Из печи П-101 газосырьевая смесь поступает двумя параллельными потоками в реакторы Р-101 и Р-102, где она проходит сверху вниз слой катализатора, на котором при давлении 28÷34 кгс/см² и температуре 315÷380 °С идут реакции гидрогенолиза (очистки от соединений, отравляющих катализатор риформинга: сернистые, азот- и кислород- содержащие соединения, металлы).

Газопродуктовая смесь после реакторов Р-101 и Р-102 последовательно проходит через трубные пучки теплообменников Т-101/1, Т-101/2 где охлаждается до температуры 100 ÷ 120ºС.

После теплообменников Т-101/1,2 газопродуктовая смесь охлаждается в воздушных холодильниках ХВ-101/1,2,3 до температуры 40÷60ºС, затем в водяном сдвоенном холодильнике Х-101 и далее поступает на разделение в сепаратор С-101.

В сепараторе С-101 происходит разделение циркулирующего водородсодержащего газа (ВСГ) от жидкой фазы - нестабильного гидрогенизата.

Водородсодержащий газ из сепаратора С-101 направляется на очистку от сероводорода на блок моноэтаноламиновой очистки через электрозадвижку. Очистка газа осуществляется в абсорбере К-103 раствором моноэтаноламина. Очищенный водородсодержащий газ из К-103 поступает через электрозадвижку в сепаратор С-102, и далее возвращается на прием циркуляционного компрессора ПК-101/1,2.

Газовый конденсат с низа сепаратора С-102 через клапан-регулятор поступает в трубопровод нестабильного гидрогенизата направляющегося после сепаратора С-101 через теплообменники Т-102/1,2 в колонну К-101.

Нестабильный гидрогенизат с низа сепаратора С-101, направляется в колонну К-101, предварительно нагреваясь в теплообменниках Т-102/1,2 за счет тепла фракции 80-180ºС уходящей с низа колонны К-102. После чего нестабильный гидрогенизат поступает в среднюю часть колонны К-101.

В колонне К-101 происходит стабилизация бензина и отдув растворенных газов (водорода, сероводорода и аммиака) от гидроочищенного бензина.

Верхний продукт колонны К-101 после конденсации и охлаждения в воздушных холодильниках ХВ-102/1,2 и водяном холодильнике Х-102 поступает в емкость орошения Е-101.

Жидкая фаза – нестабильная головка (рефлюкс) из емкости Е-101 забирается насосом Н-102/1,2 и подается в колонну К-101 в качестве орошения, а избыток сбрасывается по линии откачки нестабильной головки на установку «Сероочистки» в емкости Е-18, Е-19.

Необходимое для отпарки количество тепла подводится в низ в колонны К-101 циркуляцией стабильного гидрогенизата с низа колонны через трубчатые двухпоточные печи П-102/1, П-102/2 насосами Н-103/1,2 двумя параллельными потоками.

Стабильный гидрогенизат (гидроочищенная фракция НК-180ºС) с низа колонны К-101 поступает под собственным давлением в ректификационную колонну К-102.

В ректификационной колонне К-102 происходит разделение широкой фракции НК-180ºС на две узкие фракции НК-80ºС и 80-180ºС служащие сырьем блока изомеризации (секция 300) и сырьем блока каталитического риформинга (секции 200, 500), соответственно.

Верхний продукт колонны К-102 после охлаждения в воздушных холодильниках ХВ-103/1,2,3,4 поступает в емкость орошения Е-102.

Жидкая фаза из емкости Е-102 забирается насосом Н-104/1,2 и подается в колонну К-102 в качестве орошения. Балансовое количество гидроочищенной фракции НК-80ºС с низа емкости Е-102 направляется в качестве сырья на блок изомеризации бензина (секцию 300).

Подвод тепла в низ колонны К-102 осуществляется путем циркуляции нижнего продукта насосом Н-105/1,2 через печь П-103 четырьмя потоками.

Балансовое количество нижнего продукта колонны К-102 (фракции 80-180ºС) после охлаждения в теплообменниках Т-102/1,2 направляется в качестве сырья на блок каталитического риформинга (секцию 200) [3].

Основным оборудованием блока разделения продуктов гидроочистки являются: колонна разделения продуктов гидроочистки К-101, теплообменники Т-102.

Название и назначение колонного аппарата приведено в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Основные характеристики установки и колонного аппарата

Параметр	Значение
Название установки	Установка каталитического риформинга
Название аппарата	Колонна разделения продуктов гидроочистки
Назначение аппарата	Стабилизация бензина и отдув растворенных газов
Сырье, проступающее в колонну (название)	Нестабильный гидрогенизат
Продукт, получаемый в колонне (название)	Стабильный гидрогенизат

В данном колонном аппарате применяется тарелки желобчатого типа (рисунок 3.2).

Желобчатые тарелки имеют простую конструкцию и весьма легко

монтируются. Тарелка представляет собой прямоугольник или квадрат, вписанный в поперечное сечение колонны. Один из сегментов, отделяемых этим прямоугольником, служит сливным устройством данной тарелки, другой — сливным устройством вышележащей. Два сегмента тарелки — глухие.

Тарелка состоит из нескольких желобов, прикрепленных к опорным уголкам. Над желобами располагаются колпачки, монтируемые на нужной высоте. Жидкость движется по тарелке вдоль колпачков. Основной недостаток желобчатых тарелок заключается в малой площади барботажа (до 30% от площади тарелки), что способствует увеличению скорости паров и уносу флегмы [15].

Рисунок 3.2 – Тарелки желобчатого типа

Для подогрева сырья, поступающего в колонну К-101 используется последовательно 2 теплообменных аппарата с U-образными трубками 1400 ТУ-4,0-М1/20Г-9-К-2-Г-У по ТУ 3612-023-00220302-01, с диаметром кожуха D = 1400 мм, на условное давление в кожухе и трубах P_у = 4,0 МПа, материального исполнения М1, с трубами диаметром d = 20 мм и длиной L = 9 м, двухходовой по трубному пространству, у которого поверхность теплообмена составляет F = 1160 м², площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,161 м², площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,332 м².

3.4 Технологический расчет колонного аппарата. Проектировочный расчет теплообменного аппарата

3.4.1 Технологический расчет колонного аппарата.

Диаметры колонн выбирается по величине рабочей площади тарелки, рассчитываемой по формуле (3.1)

, (3.1)

где V_п - объемный расход пара в колонне, м³/с, вычисляем по формуле (3.2)

, (3.2)

где С - коэффициент определяемый по графику на рисунке 3.3;

ω_р - скорость пара в рабочем сечении колонны, м/с, который определяется по формуле (3.3)

, (3.3)

где φ - фактор вспениваемости жидкости, φ = 0,9;

ρ_п - плотность пара, кг/м³;

ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³.

Рисунок 3.3 - Значения коэффициента С в уравнении (3.3). Расстояние между тарелками Н_Т:

1- 0,7 м; 2- 0,6 м; 3- 0,5; 4-0,4 м; 5 - 0,3 м.

Подставим значения и найдем значение скорости пара в рабочем сечении

м/с.

Объемный расход пара равен

м³/с.

Определим рабочую площадь тарелки по формуле (3.1)

м².

Выберем тарелку желобчатого типа для колонны диаметром D=2200 мм.

Высота колонного аппарата определяется по формуле (3.4)

, (3.4)

где H_оп - высота опорной обечайки, мм;

h_отб -высота отбортовки, мм;

Н_куб - высота кубовой части, мм;

H_Т - высота между тарелками, мм;

n_гр - число групп тарелок;

n_Т.гр - число тарелок в одной группе;

h_л - расстояние между тарелками в месте установки люка, мм;

n_л - количество люков;

H_сеп - высота сепарационной части, мм;

H_дн - высота днища, мм.

Подставив исходные данные, получим:

мм.

На рисунке 3.4 приведен эскиз колонного аппарата.

Рисунок 3.4 - Эскиз колонного аппарата

Результаты расчета колонного аппарата приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Результаты расчета колонного аппарата

Наименование показателя	Величина
Давление в колонне, МПа	1,4
Температура в колонне, ºС	270
Высота колонного аппарата, мм	25250
Диаметр колонного аппарата, мм	2200
Высота опорной обечайки, мм	4000
Высота кубовой части, мм	2500
Высота сепарационной зоны, мм	1000
Общее количество тарелок, шт	21
Число групп тарелок, шт	3
Число тарелок в группах, шт	7
Расстояние между тарелками в группах, мм	800
Количество люков, шт	3
Диаметр люка, мм	600

В результате проведенных расчетов был определен диаметр колонного аппарата D=2200 мм, высота колонны H=25250 мм, был выбран тип массообменного устройства - желобчатые тарелки.