2.1.4. Втрати водню з віддувом

На установку гідроочищення зазвичай подається воденьвмісний газ (ВВГ) з установок каталітичного риформінгу, в якому концентрація водню коливається від 70 до 85 % (об.). Нижче наведено склад воденьвмісного газу, що отримується на установці каталітичного риформінгу 35-11-1000 при виробництві компонента автомобільного бензину з октановим числом за моторним методом, рівним 85 :

Вміст компонента	H2	CH4	C2H6	C3H8	ΣC4H10	C5+
% (об.)	85,0	7,0	5,0	2,0	1,0	-
% (мас.)	29,4	19,4	26,0	15,2	10,0	-

Для нормальної експлуатації установок гідроочищення вміст водню в циркулюючому газі має бути не нижче 70 % (об.). Зменшення концентрації водню сприяють такі чинники:

1) хімічне споживання водню на реакції гідрування і гідрогенолізу ;

2) розчинення водню в рідкому гідрогенізаті, виведеному з установки;

3) утворення газів гідрокрекінгу, які, накопичуючись в циркулюючому ВВГ, розбавляє водень.

Концентрація водню в системі підвищується за рахунок розчинення вуглеводневих газів в рідкому гідрогенізате і збільшення концентрації в воденьвмісного газі, що надходить з установок риформінгу. Для підтримки

постійного тиску в системі об’єм вступника і газу, що утворюється, мають дорівнювати об’єму газу, що відходить з системи, і поглиненому в ході хімічної реакції.

Об'ємний баланс за воднем і вуглеводневим газам записують у наступному вигляді:

V₀y₀’ =V_p+V_отдy', (2.13)

V₀(1- y₀’) + V_г.к. = V_a + V_отд (1 – y’) (2.14)

де V₀, V_P, V_отд, V_г.к, V_a – об’ми свіжого ВВГ, що хімічно реагує, і водню, що сорбується гідрогенізатом, віддуву, газів гідрокрекінгу і газів, що абсорбуються рідким гідрогенізатом, відповідно, м³/год;

y₀’, у' - об'ємні концентрації водню в свіжому і циркулюючому ВВГ.

Найбільш економічний по витраті водню режим без віддуву ВВГ можна підтримувати, якщо гази, що утворюються при гідрокрекінгу, і гази, які поступають у систему зі свіжим ВВГ, повністю сорбуються в газосепараторі в рідкому гідрогенізаті, тобто :

(2.15

Реалізації цієї умови сприяє збільшення концентрації водню в свіжому ВВГ, зменшення реакцій гідрокрекінгу і підвищення тиску в системі. Якщо балансові вуглеводневі гази повністю не сорбуються, то частина їх виводиться з віддуву. Рішенням системи рівнянь (2.13) і (2.14) отримуємо об'єм газів віддуву

(2.16)

Об’єм водню в газі, що віддувається, дорівнює V_отдy''. Тоді загальна витрата водню при гідроочищенні з урахуванням газу віддуву складе

(2.17)

Розрахунок проводимо на 100 кг вихідної сировини, оскільки при цьому абсолютні значення витратних показників (у % мас.) можна використовувати з розмірністю кг

:

V_p = 0,387×22,4/2 = 4,34 м³ ,

V_г.к. = 0,54×22,4/М_г.к. = 0,54×22,4/37 =0,33 м³

де М_г.к - середня молекулярна маса газів гідрокрекінгу ; при однаковому мольном змісті газів С₁, С₂, С₃ і С₄ вона дорівнює :

М_г.к. =(16+ 30+44+58) /4=37.

Кількість вуглеводневих газів, що абсорбуються рідким гідрогенізатом, можна визначити, якщо допустити, що воденьвмісний газ прийнятого складу, який циркулює, знаходиться в рівновазі з рідким гідрогенізатом. Вміст окремих компонентів в циркулюючому газі і константи фазової рівноваги в умовах газосепаратора високого тиску (40 ° С і 4,0 МПа) наведено нижче

Вміст компонента yi ', мол. частки	0,20	0,05	0,02	0,01
Константа фазової рівноваги, Kpt	3,85	1,2	0,47	0,18

Кількість абсорбованого компонента i в кг на 100 кг гідрогепізата дорівнює:

g_i=x_i'M_i×100/M_г. (2.18)

Кількість абсорбованого компонента i (v_i, м³ на 100 кг гідрогенізату) складає

v_i = g_г×22,4/M_i = х’_i ×100×22,4/М_г. (2.19)

Підставляючи у вираз (2.19) відповідні значення x'_i=y'_i/K_pi

отримаємо об’єм кожного компонента, розчиненого в гідрогенізаті

м³,

м³,

м³,

м³.

Сумарний об’єм абсорбованих газів буде дорівнює Σv_i = 2,052 м³.

Балансовий об’єм вуглеводневих газів, що надходять в газосепаратор (гази гідрокрекінгу і ті, що вносяться зі свіжим ВВГ), за формулою (2.15) становить:

4,34 (1 - 0,85) + 0,33 = 0,98 < v_а.

Оскільки виконується вимога рівняння (2.15), можлива робота без віддуву частини циркулюючого ВВГ. Таким чином, загальна витрата водню в процесі гідроочищення буде складатися з водню, що поглинається при хімічній реакції, того , який абсорбується в сепараторі високого тиску і того, який механічно губиться:

 G_H2 = G₁ + G₂ +G₃ + G₄ = 0,275 + 0,086 + 0,026 + 0,042 = 0,429% (мас.). (2.20)

Витрата свіжого ВВГ на гідроочистку дорівнює

G°_H2 = G_H2/0,29 = 0,429/0,29 = 1,48% (масс), (2.21)

де 0,29 - вміст водню в свіжому воденьвмісному газі, % (мас).

Отримані значення витрати водню і свіжого ВВГ далі будуть використані при складанні матеріального балансу установки і реактора гідроочищення.