2.1. Розрахунок реакторна блоку установки гідроочищення дизельного палива [18-20 ]

У схеми перспективних нафтопереробних заводів обов'язково включають процеси гідроочищення дизельних фракцій, отриманих при прямій перегонці нафти і в деструктивних термічних і каталітичних процесах. Гідроочищення або входить до складу комбінованої установки (наприклад, ЛК- 6У), або включається в схему заводу у вигляді окремої установки. Річна потужність по сировині типових установок гідроочищення, що вводяться в дію, становить 2 млн.т на рік.

Проведемо розрахунок гідроочищення дизельної фракції, яка представляє собою суміш прямогонної дизельної фракції і дизельної фракції, що виділена з продуктів термічного крекінгу - гудрону. При графо-аналітичному розрахунку реактора гідроочищення приймемо модель адіабатичного реактора ідельного витиснення.

2.1.1 Вихідні дані.

1. Продуктивність установки по сировині G = 2 млн.т / рік.

2. Характеристика сировини : фракційний склад 200-350 ° С; густина ρ_о = 850 кг/м³; вміст сірки S_o == 2 % (мас), в тому числі меркаптанової S_M = 0,1 %

(мас), сульфідноїS_c = 1,0 % (мас), дисульфідній S_д = 0,2 % (мас.) і тіофеповой S_T = 0,7 % (мас) ; вміст ненасичених вуглеводнів 10 % (мас.) на сировину.

3. Залишковий вміст сірки в очищеному дизельному паливі S_K < 0,2 % (мас), тобто ступінь, або глибина гідрообессеривания повинна бути 90 %.

4. Гідроочищення проводиться на алюмокобальтмолібденовому каталізаторі при тиску Р = 4 МПа, кратності циркуляції воденьвмісного газу до сировини χ = 200 нм³/м³.

5. Кінетичні константи процесу : k₀ = 4,62106, Е == 67040 кДж / моль, n = 2.

2.1.2. Вихід гідроочищеного палива

Вихід гідроочищеного дизельного палива B_д.т. % (мас.) на вихідну сировину дорівнює

B_д.т = 100 - В_б - В_т - ΔS (2.4)

де В_б, В_т, ΔS - виходи бензину, газу і кількість вилученої з сировини сірки відповідно на сировину, % (мас).

Бензин і газ утворюються переважно при гідрогенолізі сірчистих сполук. При середній молекулярній масі 209 в 100 кг сировини міститься 100:209 = 0,48 кмоль, 2 кг сірки містять 2:32 = 0,06 кмоль сірки, тобто сірковмісні молекули складають 13 % загального числа молекул. Якщо прийняти рівномірний розподіл атомів сірки по довжині вуглеводневого ланцюжка, то при гідрогенолізі сіркоорганічних сполук з розривом у атома сірки вихід бензину і газу складе:

В_б = ΔS = 1,8% (масс.); (2.5)

В_г = 0,3 ΔS = 0,54% (масс). (2.6)

Тоді вихід дизельного палива буде дорівнює B_{д.т т}=100 -1,8 - 0,54 - 1,8 = 95,86% (мас).

Отримана величина в подальших розрахунках уточнюється після визначення кількості водню, що увійшов до складу дизельного палива при

гідрогенолізі сірчистих сполук і гідруванні ненасичених вуглеводнів. Отримані значення виходу газу, бензину та дизельного палива далі будуть використані при складанні матеріального балансу установки і реактора гідроочищення.

2.1.3. Витрата водню на гідроочищення

Водень у процесі гідроочищення витрачається на :

1) гідрогеноліз сіркоорганічних сполук,

2) гідрування ненасичених вуглеводнів,

3) втрати водню з потоками, що відходять (віддувка і з рідким гідрогенізатом).

Витрата водню на гідрогеноліз сіркоорганічних сполук можна знайти за формулою

G₁ = m ΔS, (2.7)

де G₁- витрата 100 % -го водню, % (мас.) на сировину ;

ΔS - кількість сірки, що видаляється при гідроочищенні, % (мас.) на сировину ;

m - коефіцієнт, що залежить від характеру сірчистих сполук.

Оскільки в нафтовій сировині присутні різні сірчисті сполуки, визначається витрата водню на гідрогеноліз кожного з них, і отримані результати сумуються.

Значення т для вільної сірки дорівнює 0,0625, для меркаптанів - 0,062, циклічних і аліфатичних сульфідів - 0,125, дисульфідів - 0,0938, тіофенів - 0,250 і беізотіофенів -0,187.

Найбільш стабільні при гідроочищенні тіофенові сполуки, тому при розрахунку приймаємо, що вся залишкова сірка (0,2 % мас, на сировину) в гідрогенізаті - тіофенова, а решта сіркоорганічні сполуки розкладаються повністю.

При цьому отримуємо

G₁=0,l×0,062+1,0×0,125 + 0,2×0,0938+ (0,7—0,2) ×0,25=0,275.

Витрата водню на гідрування ненасичених вуглеводнів дорівнює -

G₂ = 2ΔG_H/M, (2.8)

де G₂ - витрата 100 % -го водню, % (мас.) на сировину ; ΔС, - різниця вмісту ненасичених вуглеводнів в сировині і гідрогенізаті, % (мас.) на сировину, вважаючи на моноолефіни ; М - середня молекулярна маса сировини.

Середню молекулярну масу сировини розраховуємо за такою емпіричною формулою: (2.9)

Приймаючи, що ступінь гідрування ненасичених вуглеводнів і гідрогенолізу сірчистих сполук однакова, знаходимо

G₂ = 2×10×0,9/209,16 = 0,086.

Мольна частку водню, що розчинений в гідрогенізаті, можна розрахувати з умов фазової рівноваги в газосепараторі високого тиску

x'_H2 = y'_H2/K_p = 0,8/30 = 0,027 (2.10)

де y'_H2, x'_H2y' - молярна частка водню в паровій і рідкій фазах (в нашому прикладі y'_H2 дорівнює мольній або об'ємній концентрації водню в циркулюючому газі) ; K_p - константа фазової рівноваги (для умов газосепаратора високого тиску при 40 ° С і 4 МПа K_p = 30).

Втрати водню від розчинення в гідрогенізаті G₃ (% мас.) на сировину становлять

(масс.) (2.11)

Крім цих втрат мають місце втрати водню за рахунок дифузії водню через стінки апаратів і витоку через нещільності, так звані механічні втрати. З практичних даними, ці втрати становлять близько 1 % від загального об’єму циркулюючого газу. Механічні втрати G₄ (% мас.) На сировину дорівнюють

(2.12)

де χ - кратність циркуляції воденьвмісного газу, нм³/м³ ;

ρ - густина сировини, кг/м³.

Таким чином G₄ = 400 × 0,01 × 2 × 100 / (850 × 22,4) = 0,042 % (мас.)