3.6.3 Расчет колонны регенерации вытесняющего агента

Примем скорость подачи гексана равной скорости подачи жидкого парафина. Тогда объем подаваемого гексана найдем из соотношения:

(26)

Массовый расход гексана вычислим по формуле:

(27)

В результате процесса десорбции образуется смесь гексана с ароматическими углеводородами. В результате встает задача регенерации десорбента с получением чистого гексана. В настоящее время на заводе в Кириши нормальные углеводороды C₆ и выше направляют через линию 11/114 в третий цех на приготовление низкооктановых бензинов. В дальнейшем, планируется направлять на комплекс производства высокооктановых компонентов бензина. Основной составляющей будет являться комбинированная установка ЛК-2Б, состоящая из секций гидроочистки и подготовки сырья, секции изомеризации, секции риформинга с непрерывной регенерацией катализатора и секции вспомогательных систем. Реализация данного проекта позволит ООО «КИНЕФ» в полном объеме выпускать автомобильные бензины соответствующие требованиям ЕВРО-5.

Для разделения полученной смеси было принято решение о применении ректификационного способа разделения, который в данном случае наиболее удобен и прост, так как температура кипения гексана (68 °С) много меньше, чем температура кипения выделенных ароматических углеводородов (диапазон кипения – 240 – 315 °С).

Для установления состава смеси, воспользовались результатами работы Фоминых Л. Ф. и др [47]. В статье авторами описывается исследование группового состава ароматических углеводородов, содержащихся в н-парафинах полученных из фракции 190 – 260 °С нефти типа ромашкинской адсорбцией в стационарном слое цеолитов (процесс Парекс).

Ароматические углеводороды выделяли из жидких парафинов с помощью флюорисцентно-индикаторной адсорбции. По результатам обработки спектрограмм определен состав ароматических углеводородов жидких парафинов (таблица 20).

Таблица 20 - Состав ароматических углеводородов жидких парафинов

Углеводороды	Содержание ароматических углеводородов в исходных жидких парафинах, % масс.
Ароматические	1,5
алкилбензольные…………	0,967
алкилнафталиновые	0,371
алкилфенантреновые	0,157
алкилантраценовые	0,005

Из таблицы видно, что в групповой состав ароматических углеводородов, выделенных из образца жидких парафинов комплекса Парекс Новокуйбышевского НПЗ, входят в основном алкилбензольные ароматические углеводороды, присутствует значительное количество алкилнафталиновых и фенантреновых, а также алкилантраценовые ароматические углеводороды.

Моделирование колонны разделения проводилось с использованием программного продукта Aspen HYSYS. Массовый расход был рассчитан на основании непрерывной работы колонны регенерации. Поскольку на промывку отработанного за два дня цеолита массой 12,2 т понадобится 32,4 т гексана, то необходимо подавать смесь гексана и ароматических углеводородов с раходом 675,5 кг/ч для осуществления непрерывного режима колонны.

Схема разделения приведена на рисунке 33.

Рисунок 33 - Ректификационная колонна разделения гексана и ароматических углеводородов

Для определения оптимальных параметров колонны были проведены исследования основных параметров. На рисунке 34 приведена зависимость функционирования колонны от числа тарелок.

Рисунок 34 - Зависимость содержания гексана в кубовом продукте и суммарной нагрузки колонны от числа тарелок.

На рисунке видно, что оптимальное число тарелок, без критичного изменения качества продукта составляет 5. При меньшем числе содержание гексана в кубе колонны увеличивается. При большем значении числа тарелок нагрузка колоны возрастает сильнее, чем степень очистки.

На рисунке 35 показана степень влияния тарелки питания на качество продуктов и величину суммарной нагрузки.

Рисунок 35 - Влияние номера тарелки питания на содержание гексана в кубе колонны и суммарную нагрузку

Как видно по рисунку 35, тарелка питания под номером три, позволяет осуществлять отбор продуктов с наивысшим качеством при меньших нагрузках. Что соответствует наилучшему разделению компонентов.

На рисунке 36 показана зависимость давления на работу ректификационной колонны.

Рисунок 36 -Влияние давления на содержание гексана в кубе колонны и суммарную нагрузку

График на рисунке 36 демонстрирует, что давление 70-80 кПа позволяет отбирать наиболее качественные продукты. Снижение давления с целью снижения суммарной нагрузки нецелесообразно, т.к. последующее увеличение гексана в кубе колонны имеет слишком крутой рост.

Было проведено исследование на степень влияния флегмового числа на качество продуктов и суммарную нагрузку (рисунок 37).

Рисунок 37 - Определение оптимального флегмового числа

Оптимальное флегмовое число было определено 0,015. При большем значении возрастают сильно нагрузки, при меньшей величине флегмового числа, качество продуктов резко снижается.

В результате были определены следующие параметры колонны (таблица 21) и состава потоков (таблица 22).

Таблица 21 - Конструктивные и режимные параметры колонны разделения

Параметр	Значение
Количество тарелок	5
Давление в колонне, КПа	76-80
Температура дистиллята, °C	60,08
Температура на верхней тарелке, °C	60,1
Температура питания, °C	60
Температура на нижней тарелке, °C	127,3
Температура в кубового продукта, °C	243,4
Загрузка, кг/ч	675,7
Отбор дистилята, кг/ч	639,4
Отбор кубового продукта, кг/ч	19,28
Расход орошения, кг/ч	46,8
Флегмовое число	0,015
Нагрузка конденсатора, МДж/ч	112
Нагрузка куба, МДж/ч	189

Таблица 22 – Состав потоков

Компонент	Сырье	Mх, кг	Дистиллят	Mх, кг	Кубовый продукт	Mх, кг
Гексан	94,66	639,4	100	639,4	0,12	0,044
Антрацен	0,62	4,1881	0	0	11,6	4,18
Фенантрен	0,62	4,1881	0	0	11,6	4,18
1-метилнафталин	0,82	5,5391	0	0	15,34	5,53
2-метилнафталин	0,82	5,5391	0	0	15,34	5,53
н-октилбензол	0,82	5,5391	0	0	15,34	5,53
н-гептилбензол	0,82	5,5391	0	0	15,34	5,53
н-декилбензол	0,82	5,5391	0	0	15,34	5,53

Таким образом, разделение в ректификационной колонне позволит нам получить чистый гексан.

На рисунке 38 приведен объемный расход гексана и компонетов выше C₆ на установке газофракционирования.

Рисунок 38 -Зависимость объемного расхода гексана во времени

Данный график показывает, что минимальный расход С₆ и выше составляет 11 м³/ч, что полностью удовлетворяет нуждам адсорбционно-десорбционной установки по очистке нормальных парафинов от ароматических углеводородов.

Как уже было описано выше, гексан затем планируется направлять на комплекс производства высокооктановых компонентов бензина. А полученные ароматические углеводороды можно использовать в качестве растворителя на нужды завода, как товарную продукцию или как компонент дизельного топлива, поскольку в данном продукте не содержится полициклоаренов, которые является нежелательным компонентов дизельного топлива.

Расчет высоты колонны

Высота колонны рассчитывается по формуле:

, (28)

где N – число реальных тарелок, h – расстояние между тарелками, h_up – высота верхней части колонны, h_down – высота нижней части колонны.

Величина h была найдена с помощью утилиты Tray Sizing программного продукта Aspen HYSYS и составила 0,6096 м.

Высоту верхней и нижней части колонны примем равными 1,5 м.

Таким образом, высотка колонны составит:

Примем высоту колонны равной 5,5 м.

Расчет диаметра колонны

Диаметр колонны рассчитывается по формуле [43, 48]:

, (29)

где w_{max –} максимально допустимая фиктивная скорость пара по колонне, V_y – расход пара.

Рассчитаем w_max по формуле:

, (30)

здесь С – величина гидродинамического подпора жидкости, принимается в диапазоне от 300 до 700, примем ее равной 600, r_ж= 625,8 и r_п =2,26– плотности жидкости и пара соответственно.

Тогда диаметр колонны составит:

м

Примем диаметр колонны равным 2м