Введение
Для осуществления современных технологических процессов в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности требуются высокоэффективные аппараты, к которым предъявляются высокие требования по экономичности, надежности, технологичности и эргономичности. Одним из этапов, реализующих данные требования в части обеспечения их надежной работы, является этап, связанный с конструированием аппаратов и машин.
Основная цель выпускной квалификационной работы заключалась в изучении оборудований, входящих в блок стабилизации установки каталитического риформинга бензиновых фракций, а именно колонного аппарата и теплообменного аппарата.
Объектом проектирования явились стабилизационная колонна и теплообменный аппарат блока стабилизации установки каталитического риформинга бензиновых фракций.
При выполнении данной работы были использованы правила, методы выбора и расчета на прочность элементов теплообменных и колонных аппаратов. Были определены конструктивные размеры колонного и теплообменного аппарата.
1 Литературный обзор
1.1 Назначение процесса каталитического риформинга и его сущность
Бензиновые фракции, получаемые прямой перегонкой нефти на установках АВТ, а также бензиновые фракции, образующиеся при коксовании нефтяных остатков, при термическом крекинге и пиролизе, характеризуются малой детонационной стойкостью ‒ имеют низкие октановые числа (40-66 пунктов по моторному методу). Такие бензиновые фракции необходимо подвергать риформированию ‒ преобразованию с целью увеличения октанового числа, или смешению с высокооктановыми фракциями.
Антидетонационные свойства бензинов обусловливаются в основном их химическим составом. Как известно, нефтяные бензиновые фракции состоят из трех основных групп углеводородов: парафиновых и изопарафиновых, нафтеновых и ароматических. Наименьшим октановым числом обладают парафиновые углеводороды нормального строения, наибольшим ‒ изопарафиновые и ароматические, а нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение.
Каталитический риформинг предназначен для превращения низкооктановых бензиновых фракций в высокооктановые, которые используют в качестве компонента при приготовлении товарных бензинов. Сущность каталитического риформинга заключается в ароматизации бензиновых фракций, протекающей в результате реакций каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов, в связи с чем октановое число значительно возрастает.
1.2 Химические основы процесса
В результате реакций, протекающих на бифункциональных катализаторах риформинга, происходит глубокое изменение углеводородного состава бензиновых фракций. Основным и важнейшим направлением процесса каталитического риформинга является ароматизация нафтеновых углеводородов. В процессе риформирования на катализаторе протекают следующие реакции углеводородов:
- гидрокрекинг;
- гидрогенолиз;
- изомеризация;
- дегидрирование нафтеновых углеводородов;
- дегидроциклизация.
Гидрокрекингу подвергаются парафиновые и в меньшей степени нафтеновые углеводороды. Гидрокрекинг парафинов идёт в несколько стадий через образование и распад карбоний-ионов. Среди продуктов реакции преобладают пропан и более высокомолекулярные парафиновые углеводороды.
Гидрокрекинг протекает на кислотных центрах катализатора, однако, начальная и конечная стадии процесса образование олефинов и гидрирования продуктов распада протекают на металлических участках катализатора, которым свойственна дегидрирующая функция.
В некоторых случаях, например при пуске установки на неосерненном катализаторе, заметное значение приобретает реакция гидрогенолиза парафиновых углеводородов, приводящая, в отличие от гидрокрекинга, к преимущественному образованию лёгких парафиновых углеводородов, особенно метана.
Гидрогенолиз протекает на металлических центрах катализатора. Разрыв углерод - углеродных связей при гидрогенолизе метилциклопентана, и в меньшей степени его гомологов, приводит к образованию парафиновых углеводородов.
Изомеризация парафиновых углеводородов на катализаторах риформинга протекает через промежуточную стадию образования карбоний-ионов. В условиях риформинга изомеризация приводит к образованию малоразветвлённых изомеров.
Дегидрирование алкилциклогексанов является конечной стадией образования ароматических углеводородов.
Дегидроциклизация парафиновых углеводородов протекает через промежуточную стадию образования алкилциклопентанов и алкилциклогексанов с последующим дегидрированием алкилциклогексанов:
В условиях риформинга протекают также реакции, практически не влияющие на выход основных продуктов реакции, но оказывающие существенное воздействие на активность и стабильность работы катализатора. К ним относятся реакции распада сернистых, азотистых, хлорсодержащих соединений, а также реакции, приводящие к образованию кокса на катализаторе.