ПРОЕКТ УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА ШБФ

Осуществлено проектирование установки каталитического риформинга широкой бензиновой фракции. обоснован выбор установки и условий процесса. Дано описание схемы технологического процесса.Осуществлен технологический расчет. ...

ВВЕДЕНИЕ
1 Характеристика сырья, получаемых продуктов, катализатора и ЦВСГ
2 Выбор и обоснование схемы установки и условий процесса
3 Технологическая схема установки и ее краткое описание
4 Характеристика основного оборудования и условия его эксплуатации
5 Технологический расчет
5.1 Исходные данные для расчета
5.2 Материальный баланс установки и реакторного блока
5.3 Материальные и тепловые балансы реакторов
5.3.1 Определение энтальпии паров гидрогенизата, катализата, ЦВСГ, газа реакции
5.3.2 Расчет тепловых эффектов реакции по ступеням процесса
5.3.3 Размеры реакторов
5.3.4 Расчет потерь тепла реакторов в окружающую среду
5.3.5 Материальные и тепловые балансы реакторов
5.3.6 Гидравлический расчет реактора
5.4 Расчет сепарации ГПС
5.5 Технологический расчет теплообменника «ГСС-ГПС»
5.6 Расчет печи
5.7 Расчет холодильников ГПС (АВО и водяного)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 62

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность, сосредотачивая в своем составе переработку нефти и сланцев, выпуск моторных топлив и продуктов нефтехимии различного ассортимента, относится к числу отраслей, оказывающих существенное влияние на технологический прогресс 1. Увеличение объема производства, расширение ассортимента и улучшение качества  основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ) топливно-химического профиля. Решение их в условиях непрерывно возрастающей доли переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки.

706,2
Итого
100,0
600
70617
Таблица 5.4
Материальный баланс блока гидроочистки
Статьи баланса
Расход
%мас.
кг/ч
Взято:
Сырье фр 85 – 180°С
100,0
70617
Итого
100,0
70617
Получено:
Гидрогенизат
Легкий бензин
Газы реакции
97,3
0,6
2,1
68710
423
1483
Итого
100,0
70617
Таблица 5.5
Материальный баланс блока риформинга
Статьи баланса
Расход
%мас.
кг/ч
Взято:
Гидроочищенное сырье
100,0
68710
Итого
100,0
68710
Получено:
Риформат стабильный
Н2
СН4
С2Н6
С3Н8
i – C4H10
n – C4H10
i-C5H12
n-C5H12
87,00
2,5
1,58
2,04
1,89
0,52
0,46
0,22
0,07
59778
1717
1086
1402
1299
357
316
151
49
Итого
100,0
68710
Таблица 5.6
Материальный баланс блока риформинга
Статьи баланса
Расход
%мас.
кг/ч
Взято:
Гидроочищенное сырье
ЦВСГ
100,0
75,2
68710
51647
Итого
175,2
120379
Получено:
Риформат
87,0
59778
Газы реакции
ЦВСГ
12,2
75,2
8382
51647
Итого
175,2
120379
Таблица 5.7
Материальный баланс реактора Р-2
Статьи баланса
Расход
%мас.
кг/ч
Взято:
Гидроочищенное сырье
ЦВСГ
100,0
75,2
68710
51647
Итого
175,2
120379
Получено:
Риформат I ст.
Газы реакции
ЦВСГ
98,1
1,9
75,2
67473
1360
51647
Итого
175,2
120379
Таблица 5.8
Материальный баланс реактора Р-3
Статьи баланса
Расход
%мас.
кг/ч
Взято:
Риформат I ст.
Газы реакции
ЦВСГ
98,1
1,9
75,2
67473
1360
51647
Итого
175,2
120379
Получено:
Риформат II ст.
Газы реакции
ЦВСГ
94,4
5,2
75,2
63694
3508
51647
Итого
175,2
120379
Таблица 5.9
Материальный баланс реактора Р-4
Статьи баланса
Расход
%мас.
кг/ч
Взято:
Риформат II ст.
Газы реакции
ЦВСГ
94,4
5,2
75,2
63694
3508
51647
Итого
175,2
120379
Получено:
Риформат III ст.
Газы реакции
ЦВСГ
87,0
12,2
75,2
55413
7770
51647
Итого
175,2
120379
5.3 Материальные и тепловые балансы реакторов
Для составления материальных и тепловых балансов реакторов необходимо знать выход катализата и его химический состав на выходе из каждого реактора [1].
5.3.1 Определение энтальпии паров гидрогенизата, катализата, ЦВСГ, газа реакции
Ввиду того, что процесс каталитического риформинга осуществляется под давлением, то в расчеты тепловых эффектов необходимо вводить поправку на изменение энтальпии паров и газов от давления. Искомую энтальпию при повышенном давлении рассчитаем по уравнению
,
где - энтальпия при повышенном давлении, кДж/кг;
- энтальпия при нормальном давлении, кДж/кг;
- поправка к энтальпии, кДж/кг.
Для определения энтальпии нефтяных паров под давлением определим характеризующий фактор гидрогенизата и катализата по формуле
где - средняя молярная температура кипения нефтепродукта,;
- плотность нефтепродукта.
Среднюю молекулярную температуру кипения нефтепродукта находят по формуле
,
где - средняя объемная температура кипения нефтепродукта,;
-поправка,.
Средняя объемная температура кипения определяется по данным разгонки по ГОСТ
,
где-температуры отгона соответственно 10%, 50%, 90% по ГОСТ в .
tГГср.об. = (103+125+157)/3=128°С для гидрогенизата
tкср.об. = (66+114+163)/3=114°С для катализата
Определим поправку в зависимости от тангенса угла наклона кривой разгонки фракции по ГОСТ. Тангенс угла наклона определяют как отношение:
для гидрогенизата (157-103)/80=0,675°С/%;
для катализата (163-66)/80=1,212°С/%
Далее по графику, представленному на рисунке 7.1 руководства [7] находим поправку:
=4; =7 , тогда
128-4 = 124;
114-7 = 107.
Для пересчета на пользуемся уравнением
,
где α – средняя температурная поправка на 1 [9].
Для гидрогенизата:
Для катализата:
Рассчитаем характеризующие факторы гидрогенизата и катализата:
12,9
0,744
11,42
0,778
Молярную массу нефтепродукта найдем по формуле Крэга
,
Для гидрогенизата: (44,29×0,744)/(1,03-0,744)=115,21 кг/кмоль
Для катализата: (44,29×0,778)/(1,03-0,778)=136,74 кг/кмоль
Расчет парциальных давлений сведем в таблицу 5.7.
Таблица 5.10
Определение парциальных давлений компонентов на входе в первый реактор
Компоненты
кг/ч
Мi
ni
yi
Pi=yi·π*
Гидрогенизат
Циркулирующий газ
68710
51647
115
8,32
597,5
6207,6
0,0878
0,9121
0,1317
1,3681
Итого
120357
-
6805,1
1,0000
1,5000
* - давление на входе в реактор  = 1,5МПа.
Аналогично находим парциальные давления компонентов на выходе из реактора.
Таблица 5.11
Определение парциальных давлений компонентов на выходе из последнего реактора
Компоненты
кг/ч
Мi
ni
yi
Pi=yi·π*
Катализат
Циркулирующий газ
Газ реакции
55413
51647
7770
137,00
8,32
8,49
404,5
6207,6
915,2
0,0537
0,8247
0,1215
0,0698
1,0721
0,1579
Итого
210568
-
7527,3
1,0000
1,3000
* - давление на выходе из реактора = 1,3Мпа;
** - молярная масса газов реакции рассчитана в таблице 5.9
Таблица 5.12
Расчет состава газов реакции
Компоненты
yi
Мi
yi*Мi
Водород
0,769
2
1,54
0,185
Метан
0,099
16
1,58
0,189
Этан
0,068
30
2,04
0,245
Пропан
0,043
44
1,89
0,227
Изобутан
0,009
58
0,52
0,062
Н-бутан
0,008
58
0,46
0,055
Изопентан
0,003
72
0,22
0,026
Н-пентан
0,001
72
0,07
0,008
Итого:
12,2
-
8,32
1,000
В зависимости от К и М найдем псевдокритические параметры нефтяной фракции
Найдем приведенную температуру и приведенное давление по формулам
; ,
где Рн.п. – парциальное давление нефтепродукта, МПа.
; 0,1317/2,9=0,045МПа
; 0,0698/2,5=0,0279
Так как приведенное давление нефтепродуктов ниже 0,4 МПа, поправкой к энтальпии на давление можно пренебречь.
По таблице Приложения 2 [7] найдем энтальпии паров нефтепродуктов при нормальном давлении и температурах 300°С, 400°С, 500°С и 550
;
;
;
;
;
;
;
.
Полученные при расчете результаты представим в виде таблицы.
Таблица 5.13
Определение энтальпии паров гидрогенизата при атмосферном давлении
Температура, °С
150
300
400
450
500
Температура, °К
523
573
673
723
773
Энтальпия при нормальном давлении Н0, кДж/кг
632,6
980,5
1259,8
1576,9
1749,5
Таблица 5.14
Определение энтальпии паров катализата при атмосферном давлении
Температура,
150
300
400
450
500
Температура,
523
573
673
723
773
Энтальпия при нормальном давлении Н0, кДж/кг
626,7
972,5
1250,1
1565,2
1736,9
Поскольку энтальпия водорода, как идеального газа, не зависит от давления, то можно определить по теплоемкости:
,
где - энтальпия водорода, кДж/кг;
- теплоемкость водорода, кДж/кг;
=14,2 кДж/кг,°С
t – температура,°С.
Н100Н2 = 14,2 * 100 = 1420 кДж/кг
Энтальпии остальных компонентов газа можно определить по графикам, приведенным в Приложении 3 [7].
Так как состав циркулирующего водородсодержащего газа принят в объемных процентах, то состав его в массовых долях найдем по форме, приведенной в таблице 5.2.
Состав газов реакции представлен в табл. 5.9.
Расчет энтальпии газов приведены в таблицах 5.12 – 5.13.
Таблица 5.15
Расчет энтальпии ЦВСГ под давлением
Компоненты
200
400
450
500
кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
Н2
СН4
С2Н6
С3Н8
i-С4Н10
n-С4Н10
0,185
0,189
0,245
0,227
0,062
0,055
2840
945
861
825
768
768
583,3
89,9
139,4
189
98,2
138,7
5680
1586
1439
1376
1310
1310
1166,7
150,8
233
315,2
167,6
236,6
6390
1785
1620
1535
1460
1460
1312,5
169,8
262,3
351,7
186,7
263,7
7100
1975
1803
1708
1618
1618
1458,3
187,8
291,9
391,3
206,9
292,2
Итого
1,0000
-
1238,5
-
2269,9
-
2546,7
-
2828,4
Таблица 5.16
Расчет энтальпии газов реакции под давлением
Компоненты
200
400
450
500
,
кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
Н2
СН4
0,1922
0,0892
2840
945
545,8
84,3
5680
1586
1091,7
141,5
6390
1785
1228,2
159,2
7100
1975
1364,6
176,2
С2Н6
С3Н8
i-С4Н10
n-С4Н10
0,1537
0,2259
0,1367
0,2023
861
825
768
768
132,3
186,4
105,0
155,4
1439
1376
1310
1310
221,2
310,8
179,1
265,0
1620
1535
1460
1460
249,0
346,8
199,6
295,4
1803
1708
1618
1618
277,1