166631 (Синтез и анализ ХТС в производстве бензина), страница 3

— облагораживание бензина – получение бензина с высоким содержанием ароматических углеводородов и высоким ОЧ.

Технологическая схема установки со стационарным слоем катализатора АП-64 производительностью один миллион тонн в год бензина АИ-95 приведена на рис. 3.

Рис. 3. Технологическая схема облагораживания бензина:

1, 8 – теплообменники, 2 – печь двухсекционная, 3 – реактор гидроочистки, 4,10, 14 – холодильники, 5 – сепаратор гидроочистки, 6 – этаноламинный абсорбер, 7 – отпарная колонна, 9 – реактор платформинга, 11 – сепаратор платформинга высокого давления, 12 – сепаратор платформинга низкого давления, 13 – колонна стабилизации

Исходное сырье, пройдя теплообменник 1, смешивается с циркулирующим газом гидроочистки и избыточным водородсодержащим газом риформинга и нагревается в первой секции печи 2. Образовавшаяся газосырьевая смесь поступает в реактор гидроочистки 3, где очищается от соединений серы, азота и кислорода. Очищенная парогазовая смесь охлаждается в теплообменнике 1 и холодильнике 4 и поступает в сепаратор гидроочистки высокого давления 5, где разделяется на циркуляционный газ и жидкий гидркэгенизат (очищенный бензин). Газ, 1 содержащий водород и сероводород, подается в абсорбер 6, где очищается от сероводорода раствором этаноламина, после чего в виде циркуляционного газа смешивается с сырьем, поступающим на гидроочистку. Гидрогеыизат из сепаратора 5 поступа­ет в отпарную колонну 7, где из него удаляют остатки сероводо­рода, водяные пары и газообразные углеводороды. Стабильный гидрогенизат выводится из нижней части колонны, проходит теплообменник 8, смешивается с водородсодержащим газом риформинга и, пройдя вторую секцию печи 2, поступает в батарею из трех реакторов платформинга 9. Из последнего реактора батареи газопродуктовая смесь проходит теплообменник 8 и холодильник 10 и охлажденная до 30°С поступает в сепара­тор высокого давления 11 для отделения циркуляционного газа от жидкого катализата. Циркуляционный газ возвращается в систему платформинга и гидроочистки, а нестабильный катализат (бензин) поступает в сепаратор низкого давления 12. Из сепаратора катализат направляется в колонну стабилизации 13, где из него отделяются легколетучие продукты, направляемые на сжижение. Стабильный бензин отбирается из нижней части колонны и, пройдя холодильник 14, поступает на фракционирование.

На основании приведённых данных выбираем наиболее оптимальную схему по производству бензина каталитическим крекингом нефтепродуктов.

4.2. Определение технологической топологии ХТС

Для установления оптимального характера и порядка взаимодействия отдельных аппаратов в производственном процессе рассмотрим технологическую производства бензина в процессе крекинга (рис. 2).

В технологической схеме представлены последовательные, и обратные (рециклические) топологические связи между аппаратами. Поскольку в ХТС присутствует рецикл, то она относится к замкнутому типу ХТС.

Последоваетльные технологическими связями обеспечивают поэтапный проход сырья и продуктов реакции все технологические стадии. (аппараты 1 – 13). В замкнутом цикле работают аппараты 1–3–4–7, 5–6–4, 4–9–3.

4.3. Установление технологических и конструкционных параметров ХТС, технологических параметров режима и потоков

Основным аппаратом установки каталитического крекинга является реактор кипящего слоя. Реактор крекинга «КС» представляет цилиндрический стальной аппарат диаметром 4 м и высотой 40 м с верхним штуцером для ввода паров сырья и нижним – для вывода отработанного катализатора. Внутренний объем реактора разделен на три зоны: реакционную, отпарную и отстойную. В отпарную зону подается водяной пар для отделения адсорбированных на катализаторе углеводородов. Реакционная зона реактора заполнена кипящим слоем катализатора, который создается парами сырья высотой 5–6 м и плотностью 400 кг/м³. Производительность реактора составляет 800 т/сутки.

Входящие потоки:

Пар – темпетатура 450 ⁰С, давление 0,25 МПа;

Сырьё – 300 ⁰С, давление 0,25 МПа;

Исходящие потоки:

Пары продуктов реакции и водяной пар – темпетатура 450 ⁰С, давление 0,20 МПа;

4.4. Изображение графических моделей ХТС

4.4.1. Функциональная схема

4.4.2. Структурная схема

1 — теплообменники, 2 — трубчатая печь, 3 — реактор «КС», 4 — ректификационная колонна, 5 — холодильник-конденсатор, 6 — газоотделитель, 7 — отпарнаа колонна, 8 — холодильники, 9 — шламоотделитель, 10 — узел смешения, 11 — регенератор катализатора «КС», 12 — котел-утилизатор, 13 — электрофильтр.

4.4.3. Операторная схема

1 — теплообменники, 2 — трубчатая печь, 3 — реактор «КС», 4 — ректификационная колонна, 5 — холодильник-конденсатор, 6 — газоотделитель, 7 — отпарнаа колонна, 8 — холодильники, 9 — шламоотделитель, 10 — узел смешения, 11 — регенератор катализатора «КС», 12 — котел-утилизатор, 13 — электрофильтр.

4.4.4. Технологическая схема

1 — теплообменники, 2 — трубчатая печь, 3 — реактор «КС», 4 — ректификационная колонна, 5 — холодильник-конденсатор, 6 — газоотделитель, 7 — отпарнаа колонна, 8 — холодильники, 9 — шламоотделитель, 10 — узел смешения, 11 — регенератор катализатора «КС», 12 — котел-утилизатор, 13 — электрофильтр.

Сырье через теплообменники 1 подается в печь 2. Нагретое сырье смешивается с рециркулятом поступает в реактор крекинга 3. В нижнюю отпарную зону реактора вводится водяной пар для отдувки катализатора. Пары продуктов реакции и водяной пар из верхней части реактора 3 поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 4. Пары бензина и водяной пар отбираются с верхней части колонны, проходят холодильник-конденсатор 5 и поступают в сепаратор 6, в котором разделяются на водяной слой, бензиновый слой и газ. Газ компрессируется и подается на газофракционирование, а бензин поступает на ректификацию. Часть бензина отбирается на орошение колонны.

Дизельное топливо и тяжелая фракция проходят через секции отпарной колонны 7, охлаждаются в теплообменниках 1 и холодильниках 8 и отводятся как товарные продукты. Часть тяжелой фракции в виде рециркулята смешивается с сырьем и подается в реактор 3, а часть направляется на орошение нижней части колонны 4. Смесь тяжелых жидких продуктов крекинга и катализаторной пыли из низа колонны 4 поступает в шламоотделитель 9, из которого шлам возвращается в реактор 3, а богатый ароматическими углеводородами декантат отводится с установки.

Дезактивированный в процессе работы катализатор из кипящего слоя реактора опускается в его отпарную зону и катализаторопроводом отводится в узел смешения с воздухом 10. Из него за счет воздушного потока катализатор переносится в регенератор 11, в котором создается кипящий слой. Основная часть воздуха для выжигания катализатора подается непосредственно в регенератор. Газы, образовавшиеся в результате выжигания кокса, проходят котел-утилизатор 12, электрофильтр 13 для улавливания катализаторной пыли и выбрасываются в атмосферу. Регенерированный катализатор из нижней части регенератора 11 поступает в катализаторопровод и вместе с сырьем и рециркулятом возвращается в реактор 3.

5. Анализ ХТС

5.1. Представление изучаемого объекта в виде иерархической структуры ХТС

5.2. Построение математической модели ХТС

Химическая модель процесса каталитического крекинга имеет очень сложный вид. Рассмотрим наиболее простую из реакций протекающих вс процессе крекинга:

С_nН_2n+2 → C_mH_2m+2 + C_pH_2p,

Скорость прямой реакции выражается уравнением

где ν – скорость прямой реакции, k - коэффициент пропорциональности (константа скорости реакции)

Принимаем, что x₁ = можно записать, что

ν = k×x₁

Принимая, что температурный коэффициент скорости данной химической реакции равен 2.7, можно записать, что

где x₂ – изменение температуры химической реакции ΔТ.

Поскольку процесс синтеза происходит в газовой фазе, можно количественно оценить влияние давления в системе на скорость химического процесса. Так, при увеличении давления в системе, эквивалентного уменьшению объема системы в 2 раза (при этом во столько же раз происходит повышение концентраций реагирующих веществ), скорость прямой реакции возрастает в 2 раза. Таким образом, правомерно записать

где x₃ – изменение давления, соответствующее уменьшению объема системы в 2 раза.

Анализируя полученную математическую зависимость можно сделать вывод о характере влияния основных технологических параметров на скорость прямой химической реакции. При возрастании температуру и давления в реакторе скорость реакции возрастает согласно уравнению.

5.3. Изучение свойств и эффективности функционирования ХТС

На основе расходных коэффициентов и соотношения фракций готового продукта, полученных из литературных данных [1] рассчитаем материальный баланс установки каталитического крекинга.

Расходные коэффициенты для установки крекинга «КС» (на 1 т сырья):

катализатор 1,9 кг,

водя­ной пар (потребляемый) 270 кг,

водяной пар (вырабатываемый) 685 кг.

кокс 4–8 % .

Состав готового продукта, %:

Крекинг-газ – 10–20, примем 15

Крекинг-бензин – 30–55 примем 50

Дизельное топливо – 25–30 примем 25

Широкая фракция – 5–20 примем 20

Невязка баланса = │1271,9 – 1324│ / 1271,9 × 100 = 4,0 %

Невязка баланса в пределах нормы.

6. Заключение

В разработанном курсовом проекте приведён критический анализ различных промышленных способов производства бензина. Рассмотрены основные достоинства и недостатки существующих технологических схем производства. Из реализуемых в современном производстве вариантов выбрана наиболее оптимальная технологическая схема. Производство бензина по рассматриваемой схеме характеризуется одним из наиболее высоких выходов и при этом технология более простая по сравнению с платформингом. В выбранной схеме применяется подогрев исходного сырья теплом продуктов реакции, что повышает экономичность производства. Реализован принцип многократного прохода сырья через основной реактор синтеза, что повышает степень превращения.

В результате проведённой работы, разработана экономически эффективная, экологически безопасная и технологически приемлемая модель производства бензина при каталитическом крекинге нефтепродуктов.

7. Список использованных источников

1. Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1990. 520 с.

2. Расчёты химико-технологических процессов / Под ред. И. П. Мухлёнова, изд 2. М.: Химия. 1982, 245 с.

3. Курс физической химии / Под ред. Я. И. Герасимова. М.: Химия, т 1. 1966, 656 с.

4. Общая химическая технология / Под ред. И. П. Мухлёнова М.: Высшая школа, т 1. 1984, 419 с.

5. Общая химическая технология / Под ред. И. П. Мухлёнова М.: Высшая школа, т 2. 1984, 419 с.

5. Расчёты химико-технологических процессов / Под ред. И. П. Мухлёнова, изд 2. М.: Химия. 1982, 245 с.

6. Бесков С. Д. технологические расчёты. М.: Высшая школа,1966, 519 с.