Расчет топливно-химического блока и установки алкилирования
Характеристика нефти, её фракций и их применения. Выбор и обоснование поточной схемы топливно-химического блока, технологической схемы установки HF-алкилирования. Материальный баланс установок. Расчёт холодильников сырья и циркулирующего изобутана.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.11.2013 |
| Размер файла | 174,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Характеристика нефти, её фракций и их применение в данном курсовом проекте
- 1.1 Характеристика нефти
- 1.2 Характеристика углеводородных газов
- 1.3 Характеристика бензиновых фракций
- 1.4 Характеристика лёгкой керосиновой фракции
- 1.5 Характеристика дизельных фракций
- 1.6 Характеристика вакуумного дистиллята и его применение
- 1.7 Характеристика остатков и их применение
- 2. Выбор и обоснование поточной схемы топливно-химического блока
- 3. Выбор и обоснование технологической схемы установки hf-алкилирования
- 4. Расчёт материального баланса установок И нпз в целом
- 4.1 Расчет материального баланса установки АВТ
- 4.2 Расчет материального баланса установки висбрекинга
- 4.3 Расчет материального баланса установки гидроочистки дизельного топлива
- 4.4 Расчет материального баланса установки гидроконверсии
- 4.5 Расчет материального баланса установки изомеризации
- 4.6 Расчет материального баланса битумной установки
- 4.7 Расчет материального баланса установки каталитического риформинга
- 4.8 Расчет материального баланса установки каталитического крекинга
- 4.9 Расчет материального баланса установки получения серной кислоты
- 4.10 Расчёт материального баланса установки HF-алкилирования
- 4.11 Расчет материального баланса установки производства ДИПЕ
- 4.11 Расчет материального баланса установки пиролиза
- 4.12 Расчет материального баланса НПЗ по водороду
- 4.13 Расчёт материального баланса установки производства водорода
- 4.14 Расчет материального баланса топливно-химического блока
- 5. Расчёт холодильников сырья и циркулирующего изобутана
- 6. Растчёт реактора hf-алкилирования
- 6.1 Расчёт инжекторов
- 6.2 Расчёт геометрических размеров реактора
- 7. Расчёт изобутановой колонны
- 7.1 Расчёт температурного режима колонны
- 7.2 Тепловой баланс колонны
- 7.3 Расчёт геометрических размеров колонны
- 8. Расчёт пропановой колонны
- 8.1 Расчёт температурного режима колонны
- 8.2 Тепловой баланс колонны
- 8.3 Расчёт геометрических размеров колонны
- 9. Расчёт мощности привода сырьевого насоса и насоса циркулирующего изобутана
- 9.1 Расчёт сырьевого насоса
- 9.2 Расчёт насоса циркулирующего изобутана
- 10. Расчёт подогревателя низа изобутановой колонны
- 11. Охрана окружающей среды на установке hf-алкилирования
- Заключение
- Список использованных источников
Введение
Для экономического и социального развития нашего государства необходимо обеспечить дальнейшее углубление переработки нефти и существенное увеличение выработки моторных топлив, а так же сырья для химической, нефтехимической. Повышение эффективности использования нефти в процессе её первичной и вторичной переработки, прежде всего, связано с углублением отбора нефтепродуктов от их потенциального содержания. Как показывают расчёты, при увеличении глубины переработки нефти на 10 % расход нефти может быть уменьшен на 15 %. Для глубокой переработки нефти требуется более высокая степень насыщенности вторичными процессами. Эти процессы не только позволяют увеличить выход целевых продуктов, но и облагородить их качество. Разумеется, что по мере увеличения глубины переработки нефти будут возрастать капитальные и эксплуатационные затраты. Однако завышенные затраты на глубокую или безостаточную переработку нефтяного сырья должны окупиться за счет выпуска дополнительного количества более ценных, чем нефтяной остаток, нефтепродуктов, прежде всего моторных топлив.
Решение подобной задачи возможно путём разработки гибких технологических схем глубокой переработки нефти на основе широкого применения термокаталитических процессов, а также путём оптимизации качеств моторных топлив с целью расширения их ресурсов за счёт увеличения доли отбора от нефти при прямой перегонке
За счёт введения в эксплуатацию установки висбрекинга нефтяных остатков есть возможность свести к минимуму вовлечение в состав топочного мазута лёгкого каталитического газойля и использовать его как товарный продукт, а так же полностью исключить вовлечение дизельного топлива [1]. Гибкость процесса позволяет перерабатывать тяжёлые нефтяные остатки различных видов и, следовательно, расширить ресурсы сырья для производства моторных топлив.
Глубина переработки нефти (ГПН) - показатель, характеризующий эффективность использования нефтепродуктов. Разумеется, что НПЗ с высокой долей вторичных процессов распсырья. По величине ГПН можно косвенно судить о насыщенности НПЗ вторичными процессами и структуре выпуска полагает большей возможностью для производства из каждой тонны сырья большего количества более ценных, чем нефтяной остаток, нефтепродуктов.
Наряду с углублением переработки нефтяного сырья важнейшей задачей является улучшение эксплуатационных и экологических свойств моторных топлив, масел, битумов и других нефтепродуктов до уровня мировых стандартов. Например, для организации производства автомобильных бензинов, соответствующих европейской спецификации, необходимо полностью исключить из технологии применение тетраэтилсвинца, а так же существенно снизить содержание в товарных бензинах ароматических углеводородов, заменив их на изопарафиновые (изомеризат и алкилат), ввести в состав бензина экологически чистые высокооктановые кислородсодержащие компоненты (МТБЭ, ДИПЭ), снизить содержание в бензинах сернистых соединений, олефинов и при этом повысить их октановое число до уровня европейских норм.
При производстве дизельных топлив необходимо так же обеспечить их соответствие международным стандартам. Наряду с решением проблем гидрообессеривания, необходимо ограничивать содержание ароматических и парафиновых углеводородов в дизельном топливе, что потребует применения процессов их гидрооблагораживания, гидродепарафинизации, а также процесса гидрокрекинга.
Также особенно актуально выступает проблема энергосбережения. В связи с этим, на любом нефтеперерабатывающем или нефтехимическом предприятии необходимо предусматривать мероприятия по экономии материальных и энергетических ресурсов. Эти мероприятия должны включать в себя использование тепла отходящих потоков и дымовых газов, внедрение новых экономичных установок, реконструкцию и модернизацию уже существующих технологий, повышение единичной мощности аппаратов, замену отдельных узлов и аппаратов на более совершенные. Ярким примером решения данной проблемы является строительство газотурбинных установок (ГТУ), позволяющих довольно дёшево получать собственную электроэнергию и водяной пар. На установках гидроочистки и каталитического риформинга бензина рационально применять пластинчатые теплообменники "Packinox”, которые обеспечивают более высокий коэффициент теплопередачи по сравнению с кожухотрубчатыми.
Не следует так же забывать и об экологической обстановке на нефтеперерабатывающих предприятиях. Эта проблема также является немаловажной для нашей республики. Решение данной проблемы должно сопровождаться строительством новых очистных сооружений, утилизацией вредных отходов производства и отработавших катализаторов, соблюдением технологического режима и сокращением всех видов выбросов в окружающую среду.
В настоящее время нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностью должна решаться задача перехода к широкому внедрению автоматизированных систем управления технологическими процессами с использованием вычислительной техники (АСУ ТП). Такие системы позволят вести процесс с максимальной производительностью, при необходимости автоматически учитывая отклонения параметров и состава исходного сырья, сводя к минимуму ошибки операторов.
алкилирования изобутан нефть сырье
1. Характеристика нефти, её фракций и их применение в данном курсовом проекте
1.1 Характеристика нефти
При составлении данного курсового проекта используется твердиловская нефть. Она содержит только низкоиндексные базовые масела (<86). Показатели качества некоторых нефтей с месторождений, имеющих промышленное значение, даны в справочнике [2]. Основываясь на приведённых там данных для твердиловской нефти, составим таблицы, которые будут применяться при выполнении курсового проекта.
Основные показатели твердиловской нефти сведём в таблицу 1.1.
Таблица 1.1-показатели качества южно-календинской нефти
|
Показатели |
Единицы измерения |
Значение показателя |
|
|
Плотность нефти |
- |
0,8599 |
|
|
Содержание в нефти: |
|||
|
хлористых солей |
мг/л |
60 |
|
|
воды |
% мас. |
0,3 |
|
|
серы |
% мас. |
0,27 |
|
|
парафина |
% мас. |
4,87 |
|
|
фракций до 360С |
% мас. |
56,5 |
|
|
фракций 360-500С |
% мас. |
21,9 |
|
|
фракций 500-600С |
% мас. |
11,6 |
|
|
Плотность гудрона (фр. >550С) |
- |
0,974 |
|
|
Вязкость нефти при 50°С |
мм2/с |
3,98 |
1.2 Характеристика углеводородных газов
Характеристику углеводородных газов принимаем согласно справочнику [2] и сводим все необходимые данные в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 - Состав и выход газов на нефть
|
Компоненты |
Выход на газ, % мас. |
Выход на нефть, % мас. |
|
|
Этан |
6,3 |
3,29*0,063=0,05 |
|
|
Пропан |
37,0 |
3,29*0,37=1,22 |
|
|
Бутан |
8,5 |
3,29*0,472=1,5 |
|
|
Изобутан |
47,2 |
3,29*0,085=0,28 |
|
|
Итого: |
100,0 |
3,29 |
Твердиловская нефть, как видно из таблицы 1.2, в основном содержит тяжёлые газы, т.е. пропан и бутаны, а метан отсутствует. Общее содержание газов значительное, а потому предлагается сухой газ направлять в топливную сеть завода, а рефлюкс - на установку пиролиза.
1.3 Характеристика бензиновых фракций
Показатели качества бензиновых фракций принимаем согласно справочнику [2] и сводим необходимые данные в таблицу 1.3.
Таблица 1.3 - Характеристика бензиновых фракций нефти
|
пределы кипения, 0С |
выход на нефть % масс. |
Содержание, % масс. |
||||
|
Серы |
Аr соединений |
N соединений |
||||
|
н. к. - 70 |
6,71 |
0,676 |
0,24 |
0 |
5 |
|
|
70-120 |
6,49 |
0,710 |
0,26 |
8 |
17 |
|
|
120-140 |
3,4 |
0,745 |
0,28 |
10 |
17 |
|
|
140-180 |
7,4 |
0,766 |
0,33 |
18 |
16 |
|
|
Нк-180 |
24 |
0,745 |
0,29 |
11 |
14 |
После получения на АВТ фракцию нк-700С рационально использовать как сырье для процесса изомеризации.
Фракция 70-1800С не удовлетворяет требованиям на товарный бензин из-за низкого октанового числа, поэтому её необходимо отправить на каталитический риформинг для повышения ОЧ.
1.4 Характеристика лёгкой керосиновой фракции
Показатели качества легкой керосиновой фракции принимаем согласно справочнику [2] и сводим необходимые данные в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 - Характеристика лёгкой керосиновой фракций твердиловской нефти
|
Пределы кипения,С |
Выход на нефть, % мас |
Плотн. |
Высота некоптящего пламени, мм |
Температура помутнения,С |
Содержание, % мас. |
||
|
серы |
Аr соед. |
||||||
|
120-240 |
21,4 |
0,8 |
23 |
-41 |
0,57 |
12 |
Данная керосиновая фракция является не может использоваться в качестве компонента реактивных топлив, из-за высокой температуры помутнения, содержания серы и ароматики [3]. Данная фракция удовлетворяет требованиям на осветительный керосин, на ввиду малого его потребления получать осветительный керосин постоянно не отбирается. Меры, предусматривающие периодический отбор керосина предусмотрены на установке АВТ (см. КП по ТПНГ №1)
1.5 Характеристика дизельных фракций
Показатели качества дизельных фракций принимаем согласно справочнику [2] и сводим необходимые данные в таблицу 1.5.
Таблица 1.5 - Характеристика дизельных фракций нефти
|
пределы кипения 0С |
Выход на нефть % масс. |
цч |
Вязкость при 200С мм2/с |
температура |
содержание |
|||
|
помут. 0С |
заст. 0С |
серы |
парафинов |
|||||
|
180-360 |
29,2 |
43 |
4,18 |
-37 |
-42 |
0,06 |
- |
Согласно таблице 1.5 фракция дизельного топлива 180-3600С не удовлетворяет требованиям по содержанию серы на экологически чистое дизельное топливо [4]. Поэтому, чтобы получить дизельное топливо соответствующее европейским стандартам необходимо предусмотреть установку гидроочистки дизельного топлива.
1.6 Характеристика вакуумного дистиллята и его применение
Показатели качества вакуумного дистиллята принимаем согласно справочнику [2] и сводим необходимые данные в таблицу 1.6.
Таблица 1.6 - Характеристика вакуумного дистиллята нефти.
|
Пределы кипения 0С |
Выход на нефть % масс. |
сод. параф. - нафт. %масс. |
S % масс. |
Коксу-емость %масс. |
плотность кг/м3 |
Вязкость при 1000С мм2/с |
|
|
360-550 |
27,57 |
53 |
1,86 |
0,27 |
901,3 |
6,3 |
Вакуумный дистилят целесообразно отправить на установку каталитического крекинга или гидрокрекинга с предварительной гидроочисткой.
1.7 Характеристика остатков и их применение
Показатели качества остатков принимаем согласно справочнику [2] и сводим необходимые данные в таблицу 1.7.
Таблица 2.5 - Характеристика остатков твердиловской нефти
|
остаток |
выход на нефть % масс. |
ВУ при 0С |
плотность кг/м3 |
коксуемость %масс. |
тзаст 0С |
S % масс. |
||
|
80 |
100 |
|||||||
|
550 |
15,93 |
- |
- |
1020 |
20,33 |
49 |
4,4 |
|
|
360 |
43,5 |
5,4 |
3,3 |
923,0 |
5,6 |
23 |
3,3 |
Так как необходимо предусмотреть производство нефтяных битумов, то часть остатка направим на битумную установку. Оставшуюся часть остатка с целью понижения вязкости направляем на установку висбрекинга для получения котельного топлива и дополнительного количества светлых нефтепродуктов. Топочные мазуты марки 40 и 100 из остатков твердиловской нефти не удовлетворяют требованиям по температуре застывания [2].
2. Выбор и обоснование поточной схемы топливно-химического блока
В основе любого нефтеперерабатывающего завода стоят установки АВТ. На АВТ нефть разгоняется на растворённый в ней газ С3-С4 и нефтяные фракции нк-70°С, 70-180°С, 180-360°С, 360-550°С и гудрон выше 550°С, которые далее направляются на другие установки для получения из них различных продуктов. Фракцию РТ мы не получаем, т.к. она имеет низкое качество и не удовлетворяет требованиям на товарное РТ. Эту фракцию можно использовать только в качестве осветительного керосина, т.к. фракция РТ имеет удовлетворяющую требованиям ГОСТа высоту некоптящего пламени, но ввиду его низкого спроса отбирать его постоянно нецелесообразно. Для периодического отбора фракции РТ в технологической схеме АВТ были предусмотрены соответствующие меры (см. Курсовой проект №1).
Фракцию нк-70°С с целью повышения октанового числа отправляем на установку изомеризации. В качестве водорода подпитки используется водородосодержащий газ с установки каталитического риформинга. Процесс осуществляется в реакторе со стационарным слоем катализатора в паровой фазе при давлении и циркуляции водородосодержащего газа. Выход изопентана "за проход" составляет 50-53% [5]. Достижение полного превращения н-пентана в изопентан осуществляется путем рециркуляции непревращенного н-пентана. Современные промышленные катализаторы являются бифункциональными системами металл-носитель. Металлический компонент - это платина или палладий, носитель - фторированный или хлорированный оксид алюминия, алюмосиликаты и др. Для восполнения потерь хлора на катализаторе в сырьё вводят небольшое количество промоторов (СCl4 или С2Н4Сl2) [5]. Изомеризация фракции С5 - С6 с октановым числом 69 позволяет получить продукт с октановым числом 85 по моторному методу [5]. Добавление рециркулирующих операций увеличивает качество продукта до октанового числа 90 по исследовательскому методу, также образуется небольшое количество углеводородного газа (С1-С4), который отправляется в топливную сеть завода.
Фракцию 70-180°С направляются на установку каталитического риформинга (КР). Процесс КР предназначен для повышения детонационной стойкости бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов, главным образом бензола, толуола, ксилолов - сырья нефтехимии [6]. Важное значение имеет получение в процессе дешёвого водородсодержащего газа для использования его в других гидрокаталитических процессах. Водородсодержащий газ направляем на установки изомеризации С5-С6 и гидроочистки ДТ. Компонентами катализаторов риформинга являются платина, оксид алюминия (носитель) и галоген в качестве кислотного промотора. В полиметаллические катализаторы вводят дополнительно некоторые другие металлы, которые выполняют роль модификаторов (промоторов). Сроки службы катализаторов зависят от условий эксплуатации, и для полиметаллических они достигают 6-7 лет при эффективном проведении регенерации катализатора [7].
Дизельную фракцию 180-360°С направляем на установку гидроочистки дизельного топлива, так как она не удовлетворяет требованиям на экологически чистое дизельное топливо [4], а часть - как товарный продукт неэкспортного летнего малосернистого ДТ. Назначение гидроочистки - улучшение качества дистиллята путем удаления серы, азота, кислорода, смолистых и непредельных соединений в среде водорода в присутствии катализаторов. Этот процесс повышает стабильность топлива, снижает коррозионную активность, улучшает цвет и запах нефтепродуктов. Для гидроочистки широко применяются алюмокобальт - или алюмоникель-молибденовые катализаторы. Состав катализаторов оказывает существенное влияние на избирательность реакций. Срок службы катализатора для легких фракций (бензин, дизельное топливо) составляет до 5 лет. Бензин отгон нк-180°С направляем на установку АВТ, а углеводородный газ в топливную сеть завода.
В связи с тем, что фракция 360-550°С содержит значительное количество серы, необходимо обессеривание вакуумного газойля (ВГ) на установке гидроконверсии ВГ. Установку гидроконверсии применяем, чтобы снизить загрузку установки каталитического крекинга (КК), что позволит снизить затраты на единицу продукции. После гидроконверсии ВГ фракцию >360°С отправляем на установку КК.
Установка КК выполнена в бензиновом варианте (направлена на максимальный выход бензина), что несколько увеличивает затраты, по-сравнению с другими вариантами, зато позволяет получить больше высокооктанового бензина, имеющего большой спрос на рынке, с более высокой ценой и качеством, т.к. бензин КК частично заполняет октановые "дырки”, что увеличивает мощность и срок службы двигателя. Весь гудрон (>550°С) с установки АВТ-8 направляется для увеличения глубины переработки нефти на установку висбрекинга. Часть гудрона идёт на битумную установку. Сероводород, образующийся на установках, объединяем и совместно отправляем на установку получения серной кислоты. Газы КК (ББФ и часть ППФ) после блока разделения отправляются на установку HF-алкилирования, для получения высокооктанового компонента бензина, а оставшаяся часть ППФ - на установку производства ДИПЭ. Применение алкилирования изобутана олефинами С3-С4 позволит сделать технологическую схему более гибкой, в связи с расширенной сырьевой базой установки по сравнению с алкилированием толко олефинами С4. Процесс алкилирования ведётся на высокоактивном (по сравнению с сернокислотным алкилированием) катализаторе - плавикой кислоте. Применение плавиковой кислоты позволяет повысить температуру процесса до 20-40°С, использовать пропилен и снизить себестоимость, что немаловажно в условиях рыночных отношений.
В результате принятия данной схемы получаем глубину переработки [8]:
ГП=*100%
где ГП - глубина переработки нефти, %;
GN - объем переработки нефти, тыс. т/год;
GK - объем производства товарного котельного топлива, тыс. т/год;
GB - объем безвозвратных потерь, тыс. т/год.
Выход котельного топлива составляет (ост. Висбрекинга + ост. КК):
916318,00 + 87742,58 = 1004060,58 т/год
Сумма всех безвозвратных потерь равна 56 тыс. т/г (0,7% на нефть)
Таким образом глубина переработки нефти составляет:
ГП=,
что удовлетворяет условию задания на курсовой проект.
Результат выбора поточной схемы изображен в Приложении А.
3. Выбор и обоснование технологической схемы установки hf-алкилирования
В основу технологической схемы установки HF-алкилирования взята схема представленная в [9]. В эту схему вносим следующие изменения и дополнения:
Реактор охлаждаем химически очищенной водой;
Не используем ёмкости орошения как отстойники, а используем выносные отстойники. За счёт этого достигается лучшее разделение смеси HF-углеводород, что приводит к уменьшению затрат на перекачку, т.к. изобутан и HF получаются с более низким содержанием пропана и н-бутана;
После отстойника О-1 не подаём часть HF в продуктовую смесь, идущую в колонну К-1. Это позволит снизить начальную температуру теплоносителя, нагревающую продуктовую смесь в теплообменнике Т-2.
Ввиду малого расхода боковых продуктов в колонне К-1, отказываемся от циркуляционного подогревания, используя только горячую струю в кубе колонны;
Поток HF, насыщенный низшими углеводородами, вводим не в колонну К-1, а в продуктовый поток перед О-1, это снизит нагрузку колоны;
Отсутствие литературных источников по данной установке (с достаточно полным описанием) не позволяет сделать обоснование технологической схемы.
4. Расчёт материального баланса установок И нпз в целом
4.1 Расчет материального баланса установки АВТ
Для расчета материального баланса всех установок и топливно-химического блока в целом принимаем 340 рабочих суток в году с учётом остановок на ремонт.
Расчет материального баланса установки АВТ производим на основании потенциального содержания фракций в нефти и согласно таблиц 1.2-1.7 Расход нефти принимается согласно заданию на курсовой проект (8 млн. т/г). Результаты расчета материального баланса установки АВТ представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Материальный баланс установки АВТ-8
|
Название |
% масс. на нефть |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Нефть |
100,00 |
8000000 |
980,39 |
|
|
Получено: |
||||
|
Сух. газ |
0,21 |
16800 |
2,06 |
|
|
Рефлюкс |
3,08 |
246400 |
30, 20 |
|
|
Фракция н. к. - 70°С |
6,71 |
536800 |
65,78 |
|
|
Фракция 70-180°С |
17,29 |
1383200 |
169,51 |
|
|
Фракция 180-360°С |
29,21 |
2336800 |
286,37 |
|
|
Фракция 360-550°С |
27,57 |
2205600 |
270,29 |
|
|
Гудрон (>550°C) |
15,93 |
1274400 |
156,18 |
|
|
Итого: |
100,00 |
8000000 |
980,39 |
4.2 Расчет материального баланса установки висбрекинга
Сырьем установки является гудрон (>550°С) с АВТ-8. Согласно пункту 2 на висбрекинг направляем 1084400 т/г гудрона. Расчет материального баланса установки производим на основании практических данных. Результаты расчета материального баланса установки висбрекинга представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Материальный баланс установки висбрекинга
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Гудрон (>550°С) |
100,00 |
1084400 |
132,89 |
|
|
Получено: |
||||
|
Н2S |
1,05 |
11386, 20 |
1,40 |
|
|
Углеводородные газы |
1, 20 |
13012,80 |
1,59 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С |
4, 20 |
45544,80 |
5,58 |
|
|
Фракция 180-360°С |
9,05 |
98138, 20 |
12,03 |
|
|
Остаток (>360°С) |
84,5 |
916318,00 |
112,29 |
|
|
Итого |
100,00 |
1084400 |
132,89 |
4.3 Расчет материального баланса установки гидроочистки дизельного топлива
На установку, согласно поточной схеме, поступает сырье:
с установки АВТ-8 фракция 180-360°С в количестве 2336800 т/г;
с установки висбрекинга фракция 180-360°С в количестве 98138,20 т/г.
Очистка производится до содержания серы в дизельном топливе 0,035% мас. [7].
Согласно таблице 1.5 содержание серы во фракции 180-360°С с установки АВТ составляет 1% мас., а содержание серы во фракции лёгкого газойля с установки висбрекинга составляет 1,5% мас. Исходя из этого, рассчитываем общее содержание серы в сырье по формуле [8]:
Sсм=?Хi•Si=0,9597•1+0,0403•1,5=1,02 % мас,
где Sсм - содержание серы в смеси, % мас.;
Хi - количество фракции в смеси, мас. доли;
Si - содержание серы в фракции, % мас.
; .
При этом:
количество удалённой из сырья серы составит ?S=1,02-0,035=0,99% мас.;
выход бензина составит Хб=?S=0,99 % мас.;
выход газа составит Хг=0,3•?S =0,3•0,99=0,30 % мас.;
Выход гидроочищенного дизельного топлива рассчитываем по формуле:
Хдт=100-Хб-Хг-?S=100-0,99-0,30-0,99=97,72% мас.
Выход сероводорода:
,
при этом балансовым сероводородом поглощается 1,05-0,99=0,06% мас. водорода.
Расход водорода на гидрогенолиз сероорганических соединений рассчитываем по формуле:
G1=m•?S=0,125•0,99=0,12 % мас.,
где G1 - расход 100% -го водорода, % мас. на сырье;
m - коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений, будем считать, что сера в основном входит в состав сульфидов (m=0,125)
Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов рассчитываем по формуле:
G2=2•?Gн/М=2•1,41/215=0,01 % мас.,
где G2 - расход 100% -го водорода, % мас. на сырье;
?Gн - разность содержания непредельных углеводородов в сырье и гидрогенизате (содержание непредельных углеводородов в бензине висбрекинга составляет 30-35% мас. [10], тогда в сырье будет
Нсм=?Хi•Нi=0,0403•35=1,41 % мас.);
М=215 - средняя молярная масса сырья, кг/кмоль.
Среднюю молярную массу сырья находим исходя из данных по разгонке нефти принимая, что молекулярная масса смеси равна молекулярной массе фракции 180-360°С с АВТ-8.
Количество водорода, вошедшего при гидрировании в состав дизельного топлива, равно G1+G2-0,06=0,12+0,01-0,06=0,07% мас.
Уточнённый выход гидроочищенного дизельного топлива 97,72+0,07=97,79% мас.
Механические потери водорода рассчитываем по формуле:
G3=Х•0,01•Мв•100/ (22,4•ссм) =300•0,01•2•100/ (22,4•825) =0,03 % мас
где Х - кратность циркуляции ВСГ, нм3/м3;
Мв - молярная масса водорода, кг/кмоль.
см=825 кг/м3 - плотность смеси, принимаем равной плотности ДТ с АВТ-8.
Количество водорода, растворенного в гидрогенизате:
G4= (G1+G2) - (ХН2S - ?S) = (0,12+0,01) - (1,05 - 0,99) =0,07
Общий расход водорода в процессе гидроочистки:
Gв=G1+G2+G3+G4=0,12+0,01+0,03+0,07=0,23 % мас.
Расход свежего ВСГ на гидроочистку:
Gвсг=Gв/0,29=0,23/0,29=0,79% мас.
Выход газа равен:
Хсг=Gвсг (1-0,29) +Хг+G4=0,79*0,71+0,30 +0,07=0,93 % мас.
На основании проведенных расчетов составляем таблицу материального баланса установки гидроочистки. Результаты расчета материального баланса установки гидроочистки представлены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Материальный баланс установки гидроочистки ДТ
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/г |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Фр.180-360°С с АВТ-8 |
95,30 |
2336800 |
286,37 |
|
|
Газойль висбрекинга |
4,70 |
98138, 20 |
12,03 |
|
|
ВСГ |
0,79 |
19236,01 |
2,36 |
|
|
В т. ч.100% водород |
0,23 |
5600,36 |
0,69 |
|
|
Итого: |
100,23 |
2440538,56 |
299,09 |
|
|
Получено: |
||||
|
H2S |
1,05 |
25625,65 |
3,14 |
|
|
Углеводородный газ |
0,30 |
7321,62 |
0,90 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С |
0,93 |
22697,01 |
2,78 |
|
|
Дизельное топливо |
97,95 |
2384894,28 |
292,27 |
|
|
Итого: |
100,23 |
2440538,56 |
299,09 |
4.4 Расчет материального баланса установки гидроконверсии
Сырьем установки гидрокрекинга согласно поточной схеме является фракция 360-550°С с установки АВТ в количестве 2205600 т/г. Расчёт материального баланса установки ведем с помощью кафедральной программы для ЭВМ "Npihydro".
Выход светлых фракций рассчитан исходя из допущения, что их кривые ИТК представляют собой прямые линии.
Согласно результатам расчёта реакторов, выход фракции нк-165°C составляет 1,892 % мас. на сырьё, а выход фракции 165-360°C - 22,068 % мас. В соответствии с этим выход фракции нк-180°C составит:
1,892+22,068* (180-165) / (360-165) =3,60 % мас.
Выход фракции 180-360°C равен:
22,068* (360-180) / (360-165) =20,38 % мас.
Выход тяжёлого газойля, в соответствии с результатами расчёта реакторов, составляет 72,437 % мас.
Выход сероводорода равен:
34*S/32=34*1,65/32=1,75%
где S=S1-S2, S1=1,85% - содержание серы в вакумном газойле (таблица 1.6), S2 - содержание серы в тяжелом газойле. По литературным данным [См] S2=0.2%
Материальный баланс установки гидроконверсии приведен в таблице 4.4.
Таблица 4.4 - Материальный баланс установки гидроконверсии
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Вакуумный газойль |
100,00 |
2205600 |
270,29 |
|
|
Водород |
0,9 |
19850,40 |
2,44 |
|
|
Итого: |
100,90 |
2225450,40 |
272,73 |
|
|
Получено: |
||||
|
H2S |
1,75 |
38500,29 |
4,72 |
|
|
Углеводородный газ |
4,51 |
99477,63 |
12, 19 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С |
3,60 |
79448,58 |
9,74 |
|
|
Фракция 180-360°С |
20,38 |
449540,98 |
55,09 |
|
|
Тяжёлый гаойль (>360°С) |
70,66 |
1558482,92 |
190,99 |
|
|
Итого: |
100,90 |
2225450,40 |
272,73 |
4.5 Расчет материального баланса установки изомеризации
Сырьем данной установки является фракция нк-70°С с установки АВТ и её расход принимается на основании таблицы 4.1 Расчет материального баланса установки изомеризации производим на основании данных [5], согласно которым расход 100% водорода на реакцию составляет 0,25% мас. на сырье, примем состав ВСГ согласно [11]. Тогда расход ВСГ будет 0,25·100/29,4=0,85% мас. Результаты расчета материального баланса установки изомеризации представлены в таблице 4.5.
Таблица 4.5 - Материальный баланс установки изомеризации
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Фракция н. к. - 70°С |
100,00 |
536800 |
65,78 |
|
|
ВСГ |
0,85 |
4562,80 |
0,52 |
|
|
В т. ч.100% водород |
0,25 |
1342,00 |
0,16 |
|
|
Итого: |
100,25 |
541362,80 |
66,46 |
|
|
Получено: |
||||
|
Изомеризат |
97,45 |
527558,05 |
64,65 |
|
|
УВГ |
2,8 |
15158,16 |
1,81 |
|
|
Итого: |
100,25 |
541362,80 |
66,46 |
4.6 Расчет материального баланса битумной установки
Сырьем битумной установки является гудрон (>550°С) с АВТ-8. Согласно пункту 2 на битумную установку направляем только 190000 т/год гудрона. Расчет производим на основании данных [6]. На установке получаем битум марки БНД-60/90. Результаты расчета материального баланса битумной установки представлены в таблице 4.6.
Таблица 4.6 - Материальный баланс битумной установки
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Гудрон (>550°С) |
88,57 |
190000 |
23,28 |
|
|
Воздух |
11,43 |
24519,59 |
3,01 |
|
|
Итого: |
100,00 |
214519,59 |
26,29 |
|
|
Получено: |
||||
|
Отгон |
0,53 |
1136,95 |
0,14 |
|
|
УВГ |
1,77 |
3797,00 |
0,47 |
|
|
Битум |
86,30 |
185130,41 |
22,68 |
|
|
Газы окисления |
11,40 |
24455,23 |
3,00 |
|
|
Итого |
100,00 |
214519,59 |
26,29 |
4.7 Расчет материального баланса установки каталитического риформинга
Расчет материального баланса установки каталитического риформинга производим на основании кафедральной программы для ЭВМ "Octan". Согласно пункту 2 сырьем установки являются фракции 70-180°С с установки АВТ-8 в количестве 1383200 т/г, фракция н. к. - 180°С с установки висбрекинга в количестве 45544,80 т/г, фракция н. к. - 180°С с установки ГО ДТ в количестве 22697,01 т/г, фракция н. к. - 180°С с установки гидроконверсиии в количестве 79448,58 т/г. Результат расчёта материального баланса установки каталитического риформинга представлен в таблице 4.7.
Таблица 4.7 - Материальный баланс установки каталитического риформинга
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Фракция 70-180°С с АВТ-8 |
90,36 |
1383200 |
169,51 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С с висбрекинга |
2,98 |
45544,80 |
5,58 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С с гидроочистки |
1,48 |
22697,01 |
2,78 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С с гидроконверсии |
5,18 |
79448,58 |
9,74 |
|
|
Итого: |
100,00 |
1530809,39 |
187,61 |
|
|
Получено: |
||||
|
Водород |
1,98 |
17298,15 |
2,12 |
|
|
Сухой газ |
3,74 |
51129,03 |
6,27 |
|
|
Рефлюкс |
6,56 |
171450,65 |
21,01 |
|
|
Риформат |
87,72 |
1290931,56 |
158,21 |
|
|
Итого: |
100,00 |
1530809,39 |
187,61 |
4.8 Расчет материального баланса установки каталитического крекинга
Расчет материального баланса установки каталитического крекинга производим на основании кафедральной программы для ЭВМ "Fluid". Сырьем установки является остаток гидроконверсии в количестве 1558482,92 т/г. Состав сырья рассчитывается на допущении, что линия ИТК для остатка гидроконверсии - прямая, а остаток выкипает в пределах 306-420°С. Результат расчёта материального баланса установки каталитического крекинга представлен в таблице 4.8.
Таблица 4.8 - Материальный баланс установки каталитического крекинга
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Фракция >360°С |
100,00 |
1558482,92 |
190,99 |
|
|
Получено: |
||||
|
Сухой газ |
3.89 |
60624,99 |
7,43 |
|
|
ППФ |
7.17 |
111743,23 |
13,69 |
|
|
ББФ |
14.23 |
221772,12 |
27,18 |
|
|
Фракция н. к. - 180°С |
49.09 |
765059,27 |
93,76 |
|
|
Фракция 180-360°С |
14.51 |
226135,87 |
27,71 |
|
|
Фракция >360°С |
5.63 |
87742,58 |
10,75 |
|
|
Кокс |
5.48 |
85404,86 |
10,47 |
|
|
Итого: |
100.00 |
1558482,92 |
190,99 |
4.9 Расчет материального баланса установки получения серной кислоты
На установку получения серной кислоты, согласно поточной схеме НПЗ, направляется сероводород с установки висбрекинга (11386,20 т/г), гидроочистки дизельного топлива (25625,65 т/г), гидроконверсии ВГ (38500,29 т/г). Суммарный расход сероводорода равен 75512.14 т/г. По уравнению реакции рассчитывается необходимое количество кислорода:
G (Н2S) =11386, 20+25625,65+38500,29=75512,14 т/г.
G (Н2S) т/г X т/г Y т/г
Н2S + 2О2 > Н2SO4
34 кг/кмоль 32 кг/кмоль 98 кг/кмоль
Необходимое количество кислорода для реакции будет: X=2*32*G (Н2S) /34=2*32*75512,14/34=142140,5 т/г, при этом образуется. Y=98*G (Н2S) /34=98*75512,14/34=217652,64 т/г серной кислоты.
Результаты расчета материального баланса установки получения серной кислоты приведены в таблице 4.9.
Таблица 4.9 - Материальный баланс установки получения серной кислоты.
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Н2S с висбрекинга |
5,23 |
11386, 20 |
1,40 |
|
|
Н2S с гидроочистке ДТ |
11,77 |
25625,65 |
3,14 |
|
|
Н2S с гидроконверсии ВГ |
17,69 |
38500,29 |
4,72 |
|
|
Кислород |
65,31 |
142140,5 |
17,41 |
|
|
Итого: |
100,00 |
217652,64 |
26,67 |
|
|
Получено: |
||||
|
H2SO4 |
100,00 |
217652,64 |
26,67 |
4.10 Расчёт материального баланса установки HF-алкилирования
Сырьём установки являются бутан-бутиленовая и пропан-пропиленовая фракции с блока газоразделения установки каталитического крекинга. Состав сырья принимаем на основании литературных данных [12], а материальный баланс на основании химических реакций, допуская, что потери на установке в связи с побочными реакциями и проч. ничтожно малы. Состав сырья представлен в таблице 4.10
Таблица 4.10 - Состав газов С3-С4 каталитического крекинга
|
Наименование |
% масс. |
Расход, т/г |
|
|
С3Н6 |
26,01 |
83255,27 |
|
|
С3Н8 |
8,90 |
28487,96 |
|
|
n-C4H8 |
18,69 |
63679,84 |
|
|
i-C4H8 |
7,55 |
25724,07 |
|
|
n-C4H10 |
7,21 |
24565,63 |
|
|
i-C4H10 |
31,64 |
107802,58 |
|
|
Итого: |
100,00 |
333495,35 |
X т/г Y1 т/г Z1 т/г
C4H8 + i-C4H10 = C8H18
56 58 114
N т/г Y2 т/г Z2 т/г
C3H6 + i-C4H10 = C7H16
42 58 100
Количество получаемого С8Н18 находим, допуская, что сначала полностью реагируют с изобутаном только бутилены:
При этом, количество израсходованного изобутана равно:
Количество получаемого С7Н16 равно:
Количество израсходованного пропилена равно:
где X - расход бутиленов, т/г
Y - расход изобутана, т/г
Расход пропан-пропиленовой фракции, участвующей в реакции:
Расход непрореагировавшего пропана:
На основании вышеперечисленных формул и таблицы 4.10 составляем материальный баланс. Материальный баланс установки алкилирования представлен в таблице 4.11
Таблица 4.11 - Материальный баланс установки алкилирования
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
ББФ |
93,75 |
221772,12 |
27,18 |
|
|
ППФ |
6,25 |
14778,7 |
1,81 |
|
|
Итого: |
100,00 |
236550,82 |
28,99 |
|
|
Получено: |
||||
|
Алкилат |
88,17 |
208560,39 |
25,56 |
|
|
n-C4H10 |
10,38 |
24565,63 |
3,01 |
|
|
C3H8 |
1,45 |
3424,8 |
0,42 |
|
|
Итого: |
100,00 |
236550,82 |
28,99 |
4.11 Расчет материального баланса установки производства ДИПЕ
Сырьем установки является пропан-пропиленовая фракция с установки газофракционирования каталитического крекинга в количестве 96964,53 т/г. Выход ДИПЕ рассчитываем по уравнению реакции, считая, что ППФ содержит 74,51 %мас. пропилена.
2С3Н6+Н2ОС6Н14О
М, кг/кмоль 84 18 102
96964,53 Y Х
По уравнению реакции выход ДИПЕ равен
Х=0,7451*96964,53*102/84=87730,04 т/г, расход воды равен
Y=0,7451*96964,53*18/84=15481,77 т/г.
Таблица 4.12 - Материальный баланс установки производства ДИПЕ
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
ППФ |
86,23 |
96964,53 |
11,88 |
|
|
В том числе: |
||||
|
Пропан |
25,49 |
24716,26 |
3,03 |
|
|
Пропилен |
74,51 |
72248,27 |
8,85 |
|
|
Вода |
13,77 |
15481,77 |
1,90 |
|
|
Итого |
100,00 |
112446,30 |
13,78 |
|
|
Получено: |
||||
|
Пропан |
21,98 |
24716,26 |
3,03 |
|
|
ДИПЭ |
78,02 |
87730,04 |
10,75 |
|
|
Итого: |
100,00 |
112446,30 |
13,78 |
4.11 Расчет материального баланса установки пиролиза
Сырьем установки являются рефлюксы с установок: АВТ, риформинга и н-бутан с установки алкилирования. Материальный баланс установки составляем по литературным данным [13]. Материальный баланс установки пиролиза представлен в таблице 4.13.
Таблица 4.13 - Материальный баланс установки пиролиза
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Рефлюкс с АВТ-8 |
82,38 |
246400 |
30, 20 |
|
|
н-Бутан с алкилирования |
8,21 |
24565,63 |
3,01 |
|
|
Пропан с алкилирования |
1,15 |
3424,8 |
0,42 |
|
|
Пропан с установки ДИПЭ |
8,26 |
24716,26 |
3,03 |
|
|
Итого: |
100,00 |
299106,69 |
36,66 |
|
|
Получено: |
||||
|
Водород-метановая фракция |
24,87 |
74387,83 |
9,12 |
|
|
Этилен |
34,11 |
102025,29 |
12,50 |
|
|
Пропилен |
19,02 |
56890,09 |
6,97 |
|
|
ББФ |
14,35 |
42921,81 |
5,26 |
|
|
Бензин |
7,65 |
22881,66 |
2,80 |
|
|
Итого: |
100,00 |
299106,69 |
36,66 |
4.12 Расчет материального баланса НПЗ по водороду
Расчет материального баланса завода по водороду необходим для подтверждения того, что количество водорода, получаемого на установке каталитического риформинга, хватает для потребления на установках изомеризации, гидроочистки дизельного топлива, гидроконверсии вакуумного газойля и для гидрокрекинга вакуумного газойля. Из таблицы 4.14 видно что необходима установка производства водорода, так как имеется недостаток.
Таблица 4.14 - Материальный баланс завода по водороду
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Производит: |
||||
|
Установка производства Н2 |
41,44 |
12240,00 |
1,5 |
|
|
Каталитический риформинг |
58,56 |
17298,15 |
2,12 |
|
|
Итого: |
100,00 |
29538,15 |
3,55 |
|
|
Потребляет: |
||||
|
Гидроочистка ДТ |
18,96 |
5600,36 |
0,69 |
|
|
Гидроконверсия ВГ |
67, 20 |
19850,4 |
2,44 |
|
|
Изомеризация |
11,71 |
3458,00 |
0,42 |
|
|
Итого: |
97,87 |
28908,76 |
3,55 |
4.13 Расчёт материального баланса установки производства водорода
Расчёт материального баланса ведём на основании химических реакций. Результаты расчёта приведены в таблице 4.15
Х т/г Y т/г Z т/г N т/г
СН3 + Н2О = СО + 2Н2
Мол. масса 15 18 28 2
Исходя из уравнения реакций, необходимое количество воды равно:
Необходимое количество метана:
Количество получаемого СО:
Таблица 4.15 - Материальный баланс установки производства водорода
|
Название |
% масс. на сырьё |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Метан |
45,45 |
91800 |
11,25 |
|
|
Вода |
54,55 |
110160 |
13,50 |
|
|
Итого: |
100,00 |
201960 |
24,75 |
|
|
Получено |
||||
|
Водород |
15,15 |
12240 |
3,75 |
|
|
Окись углерода |
84,85 |
171360 |
21,00 |
|
|
Итого: |
100,00 |
201960 |
24,75 |
4.14 Расчет материального баланса топливно-химического блока
Расчет материального баланса топливно-химического блока в целом производим на основании таблиц 4.1-4.13.
Таблица 4.16 - Материальный баланс топливно-химического блока в целом
|
Название |
% масс. на нефть |
Расход |
||
|
т/год |
т/ч |
|||
|
Взято: |
||||
|
Нефть сырая |
100,00 |
8000000 |
980,39 |
|
|
Кислород для H2SO4 |
1,78 |
142140,5 |
17,41 |
|
|
Воздух для производства битума |
0,31 |
24519,59 |
3,01 |
|
|
Вода |
1,57 |
125641,77 |
15,44 |
|
|
Итого |
103,66 |
8292301,86 |
1016,25 |
|
|
Получено: |
||||
|
1. УВГ |
||||
|
УВГ с ГО ДТ |
0,09 |
7321,62 |
0,90 |
|
|
УВГ с висбрекинга |
0,16 |
13012,80 |
1,59 |
|
|
УВГ с изомеризации |
0, 19 |
15158,16 |
1,81 |
|
|
УВГ с БУ |
0,05 |
3797,00 |
0,47 |
|
|
УВГ с КР |
2,14 |
171450,65 |
21,01 |
|
|
УВГ с АВТ |
0,21 |
16800 |
2,06 |
|
|
УВГ с КК |
0,25 |
19954,02 |
2,45 |
|
|
УВГ с гидроконверсии |
1,24 |
99477,63 |
12, 19 |
|
|
Н2+СН4 фракция с пиролиза |
0,93 |
74387,83 |
9,12 |
|
|
Итого: |
5,26 |
421350,71 |
51,64 |
|
|
2. Бензин |
||||
|
Катализат с КР |
16,14 |
1290931,56 |
158,21 |
|
|
Бенизин с КК |
9,56 |
765059,27 |
93,76 |
|
|
Изомеризат |
6,59 |
527558,05 |
64,65 |
|
|
ДИПЭ |
1,10 |
87730,04 |
10,75 |
|
|
Алкилат |
2,61 |
208560,39 |
25,56 |
|
|
Бензин пиролиза |
0,29 |
22881,66 |
2,80 |
|
|
Итого |
36,29 |
2902720,97 |
355,73 |
|
|
3. Дизельное топливо |
||||
|
ДТ с ГО ДТ |
29,81 |
2384894,28 |
292,27 |
|
|
ДТ с гидроконверсии |
5,62 |
449540,98 |
55,09 |
|
|
ДТ с КК |
2,83 |
226135,87 |
27,71 |
|
|
Итого: |
38,26 |
3060571,13 |
375,07 |
|
|
5. Сырьё для нефтехимии |
||||
|
Этилен с пиролиза |
1,28 |
102025,29 |
12,50 |
|
|
Пропилен с пиролиза |
0,71 |
56890,09 |
6,97 |
|
|
ББФ с пиролиза |
0,54 |
42921,81 |
5,26 |
|
|
H2SO4 |
2,72 |
217652,64 |
26,67 |
|
|
Итого: |
5,25 |
419489,83 |
51,41 |
|
|
6. Котельное топливо |
||||
|
Остаток висбрекинга |
11,45 |
916318,00 |
112,29 |
|
|
Остаток с КК |
1,10 |
87742,58 |
10,75 |
|
|
Итого: |
12,55 |
1004060,58 |
123,04 |
|
|
7. Битум |
||||
|
Битум с БУ |
2,31 |
185130,41 |
22,68 |
5. Расчёт холодильников сырья и циркулирующего изобутана
Принимаем температуру сырья на входе в установку алкилирования 50°С. Температура в реакторе 30°С. ЦИ охлаждается от 118 до 30°С. Принимаем коэффициент теплопередачи для обоих теплообменников 200 [14]. Вода в теплообменнике сырья нагревается от 15 до 35°С, в теплообменнике ЦИ - от 15 до 70°С. Тогда средний температурный напор будет:
- для холодильника сырья;
- для холодильника ЦИ.
Тепловая нагрузка теплообменников найдена с помощью программы "Pro II” и составляет:
Q1=20442,3-17629,5=2812,8 кДж/ч - для холодильника сырья;
Q2=12237,6-2343,0=9894,6 кДж/ч - для холодильника ЦИ.
Расход воды:
- для холодильника сырья;
- для холодильника ЦИ.
Необходимая поверхность теплообмена:
- для холодильника сырья;
- для холодильника ЦИ.
Принимаем теплообменники по ГОСТ 14246-79 [14]:
для холодильника сырья:
Площадь теплообмена F=31м2;
Длина труб l=3м;
Число ходов z=2;
Диаметр кожуха D=500мм;
Диаметр труб =25х2мм
Площадь проходного сечения по трубам S1=0.023м2;
Площадь проходного сечения в межтрубном пространстве S2=0,03м2.
Воду направляем в трубный пучёк, как более грязный теплоноситель, тогда: скорость потока будет:
, что вполне допустимо;
Скорость потока в межтрубном пространстве будет:
, что вполне допустимо.
Запас плошади теплообмена будет , что допустимо.
для холодильника ЦИ:
Площадь теплообмена F=117м2;
Длина труб l=6м;
Число ходов z=2;
Диаметр кожуха D=600мм;
Диаметр труб =20х2мм
Площадь сечения одного хода по трубам S1=0,03м;
Площадь сечения по межтрубному пространству S2=0,048м.
Воду направляем в трубный пучок, как более грязный теплоноситель, тогда скорость потока в трубном пространстве будет:
, что вполне допустимо;
Скорость потока в межтрубном пространстве:
, что вполне допустимо;
Запас площади поверхности теплообмена , что допустимо.
6. Растчёт реактора hf-алкилирования
Схема работы реактора представлена на рисунке 6.1 В реакторе установлено 5 инжекторов для перемешивания сырья с катализатором. Смесь катализатор-сырьё вводится вниз реактора, а продукты реакции выводятся сверху.
Время контакта составляет 5-10 минут, объёмное соотношение принимается равным 1: 1 [6].
Объёмное отношение [9].
Необходимый расход циркулирующего изобутана (ЦИ):
GЦИ=28990*1,25=36237,5 кг/ч
Расход смеси сырьё-ЦИ:
GУВ=36237,5+28990=65227,5 кг/ч
Расход воды на охлаждение реактора:
где Qреакц. 848 - теплота реакции алкилирования [15];
Gсырьё - расход сырья, кг/ч;
Нж20 и Нж25 - энтальпия охлаждающей воды при 20 и 25°С соответственно,
Т.к. теплоёмкость воды в этих пределах температур изменяется очень мало, можно записать:
6.1 Расчёт инжекторов
Расчёт инжекторов ведём по методике, изложенной в [16] Расход смеси сырьё-ЦИ на один инжектор:
GУВ1=65227,5/5=13045,5 кг/ч
Объёмный расход смеси сырьё-ЦИ, при плотности смеси УВ700 кг/м3:
VУВ1=GУВ1/УВ=13045,5/700=18,64 м3/ч=5,18*10-3 м/с.
Схема работы инжектора показана на рисунке 6.2 Скоторсть смеси и кислоты на входе в аппарат принимается равной с=р=1,5 м/с. Объёмный расход кислоты равен объёмному расходу сырья. Объёмный расход сырья равен:
Vc=Gc/c=36237,5/700=51,77 м3/ч
Объёмный расход сырья для одного инжектора:
VHF=Vc (1) =Vc/5=51.77/5*3600=10,35 м3/ч=2,88*10-3 м3/с
Скорость смеси 1 в сечении d1:
где 1=0,9 - коэффициент; с - давление на выходе из инжектора, с=1МПа [6], с - плотность смеси, кг/м3.
1 - давление в камере смешения, Па
- коэффициент, =0,36-0,4 [16]
р - давление кислоты на входе в инжектор, р=1МПа
Скорость потока в сечении d2:
где 2=0,975
д - скорость потока в диффузоре, м/с
Скорость птока в диффузоре:
где р=0,925 - коэффициент
Давление смеси углеводородов перед инжектором:
где 3=0,95 коэффициент;
0=1,21 м/с - скорость углеводородов во входном штуцере.
Диаметры сечений инжектора:
Длина камеры смешения:
где К=7 - коэффициент
Длина диффузора:
где К1=6,5 - коэффициент.
6.2 Расчёт геометрических размеров реактора
Примем необходимое время контакта 9 минут (540 секунд) [6]. Тогда необходимый объём реактора будет:
W=540* (5,18+9,32) *5/*3600=10,88м3
Примем фиктивную скорость потока в реакторе р=0,01 м/с, тогда площадь сечения аппарата будет:
S=V/р=5* (5,18+9,32) /0,03*3600=2,01 м2
Диаметр аппарата:
Рабочая высота реактора:
Hp=W/S=10.88/2,01=5,4 м
Состав продуктовой смеси на выходе из реактора представлен в таблице 6.1
Таблица 6.1 Состав смеси на выходе из реактора
|
Компонент |
% масс |
кг/ч |
|
|
HF |
44,25 |
51771 |
|
|
C3H8 |
0,36 |
419,71 |
|
|
i-C4H10 |
30,97 |
36237,5 |
|
|
n-C4H10 |
2,57 |
3010,49 |
|
|
Алкилат |
21,85 |
25558,87 |
|
|
Итого: |
100,00 |
116997,57 |
7. Расчёт изобутановой колонны
Исходные данные для расчёта берём из таблицы 6.1, считая, что весь изобутан присутствующий в смеси после реактора представляет собой ЦИ, а также что в колонне К-1 отбирается 14% всего изобутана, поступающего в колонну. Схема работы колонны показана на рисунке 7.1.
Исходные данные:
Сырьем фракционирующей колонны является продуктовый поток из реактора;
В колонне выделяются следующие фракции: фракция, содержащая килоту, изобутан и пропан, фракция изобутана, н-бутана и алкилата;
Число тарелок в колонне принимаем 40 шт, тарелки - клапанные, исходя из 10 тарелок на фракцию; изобутан отбираем с 10-ой тарелки, а н-бутан - с 25-ой тарелки;
Кратность орошения вверху колонны равна 3;
Перепад давления на одной тарелке равен 0,5 кПа.
7.1 Расчёт температурного режима колонны
Расчёт всех долей отгона и температур вывода ведём с помощью программы "Pro II”.
При расчёте принималось, что изобутановая фракция содержит только изобутан (т.к. содержание бутана в сырье мало), а н-бутановая - только н-бутан. Результаты расчёта приведены в таблице 7.1 Расход горячей струи найден изходя из теплового баланса колонны.
Таблица 7.1 - Температуры вывода продуктов из колонны К-1
|
Наименование |
Давление на тарелке, кПа |
Температура на тарелке,°С |
|
|
Алкилат |
320 |
147 |
|
|
Фракция изобутан |
305 |
52 |
|
|
Фракция н-бутана |
312,5 |
63 |
7.2 Тепловой баланс колонны
Расчет теплового баланса проводим на основе материального баланса колонны, температурного режима, а также энтальпий потоков. Энтальпии продуктов и сырья, их тепловые расходы расчитываем с помощью программы "Pro II”. Результаты расчёта заносим в таблицу 7.2 В таблице 7.3 приведён материальный баланс колонны. При расчёте материального баланса было принято, что изобутан, выходящий боковым продуктом из колонны составляет 14% от общего содержания изобутана в сырье колонны. Расчёт теплового баланса колонны рассчитывается внутри контура А (см. рис.7.1).
Таблица 7.2 - Тепловой баланс колонны К-1.
|
Наименование |
кДж/ч |
|
|
Приход: |
||
|
Сырьё из реактора |
22442,3 |
|
|
Острое орошение |
12079,7 |
|
|
Недостаток тепла |
99150,5 |
|
|
Итого: |
129672,3 |
|
|
Расход |
||
|
Фракция HF в шлёмовой трубе |
117322,1 |
|
|
Изобутан |
2126,5 |
|
|
н-Бутан |
1769,3 |
|
|
Алкилат |
8454,6 |
|
|
Итого: |
129672,5 |
Найдём плотность горячей струи, выразив плотность из формулы Крега:
где М - молярная масса алкилата, кг/кмоль.
При
где а - температурная поправка [15]
Недостаток тепла в колонне компенсируем горячей струёй. Принимаем температуру горячей струи 200°С., тогда расход горячей струи будет:
где - энтальпия пара при 200°С, кДж/кг;
- энтальпия жидкости при 140°С, кДж/кг.
Таблица 7.3 - Материальный баланс колонны К-1
|
Наименование |
Расход, кг/ч |
|
|
Взято: |
||
|
Продуктовая смесь из реактора |
116997.56 |
|
|
Получено: |
||
|
Фракция HF |
83354,82 |
|
|
Изобутан |
5073.25 |
|
|
н-Бутан |
3010.49 |
|
|
Алкилат |
25559,00 |
|
|
Итого: |
116997.56 |
7.3 Расчёт геометрических размеров колонны
Диаметр колонны находим в сечении ввода паров в колонну (зона ввода горячей струи (ГС) в колонну), диаметр в зоне ввода сырья не рассчитываем, т.к. сырьё подаётся на первую тарелку. Объёмный расход паров равен [15]:
где t - температура пара,°С;
P - даление в зоне питания, атм;
МГС - молекулярная масса ГС (принимается равной 114) кг/кмоль;
Диаметр колонны находим по формуле [15]:
где u=0,5 - допустимая скорость паров, м/сек [15]
Принимаем стандартный даметр D=1,8 м.
Геометрическая высота колонны:
где Н1-ойтар=0,6 - расстояние между тарелками, м;
m - число тарелок, шт;
Нюб - расстояние от фундамента до низа куба колонны, м;
Н10мин - высота куба колонны, исходя из десятиминутного запаса жидкости, м.
где Gалкилата - расход алкилата, кг/ч;
алк - плотность алкилата при 147°С, кг/м3.
8. Расчёт пропановой колонны
Схема работы пропановой колоны (К-2) изображена на рис.8.1 Сырьём колонны является фракция HF из колонны К-1. Состав сырья дан в таблице 8.1.
Исходые данные:
Число тарелок - 30 шт;
Тарелки - клапанные, перепад давления на одной тарелке - 0,5 кПа;
Номер тарелки ввода сырья - 15;
Кратность орошения равна 3;
Давление в колонне 400 кПа;
Темература ввода сырья в колонну равна 92.
8.1 Расчёт температурного режима колонны
Расчёт температурного режима колонны ведём с помощью программы "Pro II”.
При расчёте принималось, что содержание HF во фракции изобутана незначительно, и содержание изобутана во фракции HF также незначительно. Результаты расчёта приведены в таблице 8.1 Температура ввода острого орошения в колонну равна 30°С. Температура ввода ГС в колонну равна 160°С. Температура ввода сырья на тарелку питания - 92°С
Таблица 8.1 - Температуры вывода продуктов колонны К-2.
|
Наименование |
Давление на тарелке, кПа |
Температура на тарелке,°С |
|
|
Фракция изобутан |
415 |
118 |
|
|
Фракция HF |
400 |
65 |
8.2 Тепловой баланс колонны
Расчёт теплового баланса колонны проводим на основе материального баланса колонны К-2 (см. таблицу 8.2) и данных таблицы 8.1 с помощью программы "ProII”. Результаты расчёта приведены в таблице 8.3.
Подобные документы
Характеристика нефти, фракций и их применение. Выбор и обоснование поточной схемы глубокой переработки нефти. Расчет материального баланса установки гидроочистки дизельного топлива. Расчет теплообменников разогрева сырья, реакторного блока, сепараторов.
курсовая работа [178,7 K], добавлен 07.11.2013Характеристика нефти и ее основных фракций. Выбор поточной схемы глубокой переработки нефти. Расчет реакторного блока, сепараторов, блока стабилизации, теплообменников подогрева сырья. Материальный баланс установок. Охрана окружающей среды на установке.
курсовая работа [446,7 K], добавлен 07.11.2013Обоснование технологии осуществления процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами. Характеристика качества целевых и побочных продуктов. Алгоритм технологических расчётов реактора и сырьевого насоса, теплообменного оборудования, колонны.
дипломная работа [548,9 K], добавлен 14.02.2016Физико-химические свойства нефти и ее фракций, возможные варианты их применения. Проектирование топливно-химического блока нефтеперерабатывающего завода и расчет установки гидроочистки дизельного топлива для получения экологически чистого продукта.
курсовая работа [176,5 K], добавлен 07.11.2013Характеристика нефти и обоснование ассортимента получаемых из нее фракций. Краткое описание технологической схемы установки ЭЛОУ-АВТ, ее оборудование и условия эксплуатации. Материальный и тепловой баланс блока ЭЛОУ-АВТ и атмосферных колонн К-1 и К-2.
курсовая работа [429,6 K], добавлен 30.11.2009Требования к товарным нефтепродуктам. Материальные балансы установок, описание технологической установки гидрокрекинга. Обоснование выбора схемы завода, расчёт октанового числа бензина смешения. Специфика нефтепродуктов, расчёт глубины переработки нефти.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.10.2021Описание принципиальной технологической схемы дожимной насосной станции с установкой предварительного сброса воды. Принцип работы установки подготовки нефти "Хитер-Тритер". Материальный баланс ступеней сепарации и общий материальный баланс установки.
курсовая работа [660,9 K], добавлен 12.12.2011Разработка поточной схемы завода по переработке нефти. Физико-химическая характеристика сырья. Шифр танатарской нефти согласно технологической классификации. Характеристика бензиновых фракций. Принципы расчета материальных балансов, разработка программы.
курсовая работа [290,6 K], добавлен 09.06.2014Характеристика перерабатываемой смеси. Построение кривых разгонки нефти. Выбор и обоснование технологической схемы установки. Технологический расчет основной атмосферной колонны. Расчет доли отгона сырья на входе и конденсатора воздушного охлаждения.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.09.2013Физико-химические свойства нефтяных эмульсий и их классификация. Теоретические основы обезвоживания нефти. Характеристика сырья, готовой продукции и применяемых реагентов. Описание технологической схемы с автоматизацией и материальный баланс установки.
дипломная работа [150,0 K], добавлен 21.05.2009
