Установка гидроочистки керосиновой фракции

Курсовая работа

технологический тепловой баланс гидроочистка

В проекте представлена установка гидроочистки керосиновой фракции, которая используется в качестве компонента топлива для реактивных двигателей. Процесс гидроочистки основан на реакции гидрогенолиза гетероорганических соединений серы, кислорода и азота, которые превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака, олефины преобразуются в более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового ряда. При высоком содержании в сырье полициклических аренов они подвергаются частичному гидрированию в нафтены, в результате чего повышается качество топлива.

Гидроочищенная и стабильная керосиновая фракция по эксплуатационным характеристикам и с точки зрения требований охраны окружающей среды удовлетворяет требованиям как отечественны, так и иностранных фирм и, по затратам на производство, вполне конкуретно способна на внутреннем и внешнем рынках.

Технологические процессы, в которых под давлением водорода осуществляется химические преобразования органических молекул, играют важнейшую роль в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и по масштабам применения занимают первое место в мире среди каталитических химических процессов.

Гидроочистка — является каталитическим процессом, протекающим в стационарном или подвижном слое катализатора в среде водородсодержащего газа. В качестве катализаторов используют алюмокобальтовые системы. Выход очищенного продукта весьма высок 93-99% от исходного сырья.

Гидроочистка дистилятных фракций, благодаря широкой распространенности и огромному влиянию ее результатов на качество продуктов нефтепереработки, на термокаталитические процессы их дальнейшей переработки относится к числу наиболее совершенных и эффективных процессов.

Целью процесса гидроочистки керосиновых фракций является получение малосернистого реактивного топлива, осветительного керосина или растворителя.

Процессы гидроочистки углеводородного сырья, нефтяных фракций и нефти являются в настоящее время самыми распространенными гидрогенизационными процессами. Их быстрое развитие и внедрение было представлено в основном тремя факторами:

1) вредным воздействием сернистых соединений, содержащихся

в топливах, входе эксплуатации двигателей и загрязнением атмосферы сернистым газом после сгорания этих соединений;

2) значительным удельным весом сернистых нефтей в общем балансе

19 стр., 9452 слов

« ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ

... и ароматических углеводородов. Цель данной работы заключается в анализе промышленных способов удаления ароматических углеводородов из нефтяных фракций и интегрирование выбранного метода в процесс гидроочистки дизельного топлива. Для достижения вышеприведенной цели ...

нефтедобычи;

3) широким внедрением процесса риформинга, который является

Проектируемая установка гидроочистки керосиновой фракции значительно улучшит качество дизельных, реактивных топлив и других нефтепродуктов (бензина, котельного топлива, масел), за счет снижения содержания полициклических аренов при сгорании которых образуются раскаленные частицы сажи вызывающие эрозийный износ деталей проточной части двигателей.

В процессе гидроочистки топлив удаляются не только сернистые, азотистые, но и кислородсодержащие соединения, что ведет к улучшению цвета и запаха, повышению их стабильности. Все это приводит к значительному повышению качества топлив и следовательно, к уменьшению износа и повышению надежности и длительности эксплуатации двигателей. Кроме того, использование малосернистых топлив способствует снижению загрязнения окружающей среды.

Одновременно возрастает выход очищенного продукта, а следовательно эффективность производства.

Стратегия здорового экономического роста Казахстана основывается на сильной рыночной экономике, активной роли государства и привлечении значительных иностранных инвестиций.

В Казахстане будет продолжаться разработка энергетических и других природных ресурсов. Ее цель — получение доходов от экспорта, которые будут способствовать не только экономическому росту, но и политической стабильности страны, а также обеспечению национальной безопасности.

Необходимость формулирования индустриальной технологический стратегии для Казахстана продиктована мировым опытом. Все развивающиеся страны, за редким исключением, прошли путь от трудоемких к капитало-, технолого-, и наукоемким производствам. Инерционную и тяжеловесную структуру производства нельзя исправить одним махом. Мировой опыт говорит о необходимости определенной последовательности, заключающейся в неуклонном снижении в валовом национальном продукте доли сельского хозяйства, добывающей промышленности и, напротив, росте доли перерабатывающих производств и, прежде всего — наукоемких, с высокой добавочной стоимостью, а также сферы услуг.

Казахстан имеет достаточные предпосылки для весьма значительного роста объемов нефтедобывающего сектора — опорной отрасли страны, а ткже всей добывающей промышленности. При этом индустриальная стратегия Казахстана, как правило, не будет затрагивать отдельные предприятия.

Физико-химические основы процесса

Выбор технологической схемы, параметров и катализатора зависит от качества исходного сырья (его фракционного и группового составов), химического состава, присутствующих в нем примесей, а также требований к качеству получаемого продукта.

Известно, что распределение органических соединений серы и азота по фракции нефтепродуктов различна в керосиновых фракциях, выкипает в пределах 180-240єС, сернистые соединения представлены в виде меркаптанов, сульфидов, нафтеновых и ароматических сульфидов (тиафаноми и тиофенами)

Известен, также, способ гидроочистки нефтепродуктов, выбранный в качестве прототипа, по которому предварительно нагретое сырье смешивают с водородом и пропускают над твердым катализатором. Процесс протекает при 380-430 о С, давлении 30-60атм, циркуляции водородсодержащего газа 100-600 м33 сырья и объемной скорости 3-10-1 .

11 стр., 5152 слов

Гидроочистка дизельного топлива

... соединений (на 10- 18% выше, чем с АКМ). В условиях гидроочистки дизельных топлив температура и парциальное давление водорода и сероводорода ... гидроочистке дизельных топлив водород расходуется также на расщепление компонентов сырья с образованием ... водорода при гидрировании различных соединений, в молях водорода на 1 гетероатом [4]: Серусодержащие соединения Меркаптаны или элементарная сера ...

При гидроочистке происходит частичная деструкция в основном сераорганических и частично кислородных и азотистых соединений. Продукты разложения насыщаются водородом с образованием сероводорода, воды, аммиака и предельных ароматических углеводородов. Расход водорода на реакцию зависит от условий процесса Ии состава перерабатываемого сырья и составляет 20-30% от подаваемого в процесс водорода, 35-40% водорода расходуется на деструкцию сераорганических соединений с образованием сероводорода. Сероводород направляют на образование серы в процессе Клауса или сжигают до SO 2 и выбрасывают в атмосферу. Окисление H2 S до серы кислородом воздуха протекает при 1173-1573 К (900-1300о С).

35-40% водорода поступает в сухой газ, который направляет на концентрирование и возвращают в процесс.

При гидроочистке происходит частичная деструкция в основном сераорганических и частично кислородных и азотистых соединений. Продукты разложения насыщаются водородом с образованием сероводорода, воды, аммиака и предельных ароматических углеводородов.

Сравнительно небольшая (347 кДж/моль) энергия связи элементов серы и водорода в сероводороде показывает целесообразность организации производства водорода из сероводорода.

Разложение сероводорода ведут над катализатором V 2 O5 /Al2 O3 при температуре 723-873 К.

При 873 К и времени контакта 0,38 мин конверсии Н 2 составляет максимум 70%.

При гидроочистке получают сухой газ, сероводород, гидрогенизат.

Сухой газ направляют в секцию водорода, и полученный водород возвращают в секцию гидроочистки. Сероводород направляют в секцию разложения сероводорода с образованием водорода и серы. Полученный водород возвращают на смешение с нефтепродуктами, серу выводят как побочный продукт, а непревращенный сероводород возвращают на стадию разложения. Очищенный гидрогенизат направляют на фракционирование.

Процесс гидроочистки — это удаление сернистых, азотистых, кислородсодержащих и смолистых соединений под давлением водорода в присутствии катализатора, в результате такого воздействия при сравнительно умеренных температурах (350-400єС) органические соединения серы, азота и кислорода разлагаются с образованием сероводорода, аммиака и воды. олефины преобразуются в более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового рядов в зависимости от природы олефинов в исходном сырье.

Относительная скорость и глубина протекания реакции зависит от условий процесса, физико-химических свойств перерабатываемого сырья, применяемого катализатора и его состояния.

Ниже приведены схемы основных реакций гидроочистки:

Реакции сернистых соединений. В зависимости от строения сернистых соединений меркаптаны, сульфиды алициклического или циклического строений, дисульфиды и простые тиофены при гидроочистке превращаются в парафиновые или ароматические углеводороды с выделением сероводорода.

Из всех сернистых соединений легче всего гидрируются меркаптаны, сульфиды, труднее всего — тиофены. При одних и тех же условиях первые гидрируются на 95%, степень гидрирования тиофенов составляет 40-50%.

Скорость гидрообессеривания уменьшается с увеличением молекулярного веса нефтяных фракций.

22 стр., 10554 слов

Совершенствование процесса гидроочистки

... NH3 и H2O. Алкены присоединяют водород по двойной связи. Частично гидрируются полициклические ароматические углеводороды. Химизм процесса гидроочистки Основными реакциями гидроочистки, протекающими на металлических центрах катализатора, являются реакции удаления серы и ...

Реакции кислородных и азотных соединений. В процессе гидроочистки одновременно с реакциями протекают реакции кислородных и азотных соединений.

Установлено, что пиридин, пиррол удаляются сравнительно легко, хинолин, м-крезол и анилин — более стойкие, особенно м-крезол.

Природа металлоорганических соединений в различных нефтяных фракциях и их реакции в процессе гидроочистки изучены мало. Металлы, содержащиеся в сырье, практически полностью отлагаются на катализатор, ванадий удаляется на 100-98%, никель на 98-93%.

Реакции углеводородов. В процессе гидроочистки одновременно с реакциями сернистых, азотных и кислородных соединений протекают многочисленные реакции углеводородов:

  • изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов;
  • насыщение непредельных;
  • гидрокрекинг;
  • гидрирование ароматических углеводородов и др.

Изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов происходит при любых условиях обессеривания, интенсивность гидрокрекинга усиливается с повышением температуры и давления. При более высоких температурах и низких давлениях происходит частичное дегидрирование нафтеновых и дегидроциклизация парафиновых углеводородов. В некоторых случаях гидрогенизационного обессеривания эти реакции могут служить источником получения водорода для реакций собственно обессеривания, т.е. обеспечивают протекание процесса автогидроочистки.

Из сопутствующих обессериванию реакций углеводородов особый интерес представляет насыщение олефиновых и ароматических углеводородов.

Как показали исследования, наиболее стойкими в процессе гидрирования являются ароматические углеводороды. Моноциклические (бензол и его гомологи) в заметном количестве гидрируются при высоком парциональное давлении водорода (200 атм.выше).

Гидрирование ароматических углеводородов с конденсированными кольцами протекает легче, и может происходить в условиях процесса гидроочистки.

При температуре 350-500°С происходит практически полное гидрирование непредельных соединений при сравнительно низком парциальном давлении водорода.

Влияние параметров на процесс гидроочистки керосиновой фракции. Условия проведения процесса гидроочистки зависят от фракционного и химического состава сырья, от требуемой степени обессеривания, применяемого катализатора и его состояния.

Основными параметрами, характеризующими гидроочистку, являются температура, давление, объемная скорость подачи сырья, краткость циркуляции водородсодержащего газа по отношению к сырью и активность катализатора.

1) Температура

Подбор оптимальных температур гидроочистки зависит от качества исходного сырья, от условий ведения процесса, потери активности катализатора с течением времени и лежит в пределах 300-370° С.

При повышении температуры степень гидрирования сернистых соединений возрастает, достигая максимума при 370°С. При дальнейшем повышении температуры степень гидрирования снижается, для сернистых соединений незначительно, для непредельных углеводородов довольно резко, так как при повышенной температуре происходит реакция гидрокрекинга, в результате которых снижается выход жидких продуктов и увеличивается отложение кокса на катализатор.

Поэтому работа выше 370°С не рекомендуются.

Реакции экзотермичны, количество выделяемого тепла зависит от содержания серы и непредельных углеводородов в сырье.

2) Давление

С повышением общего давления в системе увеличивается степень обессеривания сырья, уменьшается коксообразование и увеличивается срок службы катализаторов.

Процесс гидроочистки проводится при давлении 25-40 атм. Вблизи верхнего предела рост степени обессеривания от повышения давления незначителен.

При изучении факторов, влияющих на глубину гидроочистки было определено, что гидрированию в основном способствует не повышение общего давления в системе, а то, что с повышением общего давления в системе гидроочистки растет парциональное давление водорода.

При увеличении парционального давления водорода до 30 атм. степень гидрирования сернистых соединений увеличивается довольно резко, а выше 30 атм. — очень незначительно.

3) Объемная скорость подачи сырья

Объемной скоростью называется отношение объема сырья, подаваемого в реактор в час, к объему катализатора.

С увеличением объемной скорости уменьшается время пребывания сырья в реакторе, и, наоборот, с уменьшением объемной скорости, увеличивается время контакта паров сырья с катализатором, и следовательно, углубляется степень очистки. Однако, с уменьшением объемной скорости уменьшается количество пропускаемого через реактор сырья, т.е. уменьшается производительность установки.

Поэтому для каждого вида сырья определяется максимально-допустимая объемная скорость, и процесс гидроочистки ведут именно при этой скорости подачи сырья.

Для гидроочистки керосина допускается объемная скорость подачи сырья до 11,5 час -1 .

При подборе объемной скорости учитывают не только фракционный и химический состав сырья, но и состояние катализатора, а также и другие показатели (температуру, давление), оказывающих влияние на степень гидрообессеривания, кратность циркуляции водородсодержащего газа к сырью .

4) Кратность циркуляции водородсодержащего газа к сырью

Термодинамические расчеты показывают, что уже в присутствии теоретически необходимого количества водорода реакции гидрирования могут протекать до практически полного завершения. Однако, скорость реакций при этом будет крайне мала вследствие низкого парциального давления водорода.

Поэтому процесс гидрообессеривания проводят с избыточным количеством водорода. При повышении содержания водорода в газосырьевой смеси скорость процесса увеличивается, однако заметное возрастание скорости реакции при этом происходит только до определенного предела.

Увеличение объема циркулирующего водорода снижает также коксообразование на катализаторе.

В настоящее время в промышленности применяется в основном гидроочистка с циркуляцией водородсодержащего газа. Относительное количество подаваемого водородсодержащего газа выражается объемом циркулирующего газа в нормальных кубометрах, приходящихся на 1 м 3 жидкого сырья.

Для процесса гидроочистки керосина рекомендуется кратность циркуляции не менее 140. Концентрация водорода в циркулирующем газе не менее 65% об.

5) Активность катализатора

Чем выше активность катализатора, тем с более высокой объемной скоростью можно проводить процесс и достигать большей глубины обессеривания. С течением времени активность катализатора падает за счет отложения серы и кокса на его поверхности.

Снижение парциального давления водорода в циркулирующем газе и ужесточение режима способствует закоксованию катализатора.

Поэтому периодически раз в год проводят регенерацию катализаторов, в результате которой выжигается кокс и сера, отложившиеся на катализаторе, активность катализатора восстанавливается.

Постепенно катализатор «стареет» за счет рекристаллизации и изменения структуры поверхности, а также за счет абсорбции на поверхности катализатора металлоорганических и других веществ, блокирующих активные центры. В этом случае каталитическая активность снижается безвозвратно, и катализатор заменяется на свежий.

Характеристика сырья и готового продукта

В таблице 3.1 приведена характеристика исходного сырья, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов и готовой продукции.

Таблица 3.1. Характеристика сырья и готовой продукции

Характеристика исходного сырья, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов изготовляемой продукции.

Показатели качества

Нормы

Область

применения

1 Сырье: фракция 140-230° С

1 Плотность при 20°С, кг/см 3

?775

Использут-ся в качестве основного сырья гидроочист-ки керосина.

2 Фракционный состав:

— температура начала перегонки, °С

135-155

— 10% отгоняется при температуре, °С

?170

— 50% отгоняется при температуре, °С

?200

— 90% отгоняется при температуре, °С

?230

— 98% отгоняется при температуре, °С

?245

3 Вязкость кинематическая при температуре 20°С, с СТ

?1,25

4 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С

?28

5 t начала кристаллизации, °С,

?-50

6 Содержание механических примесей и воды

Отсутст-вует

7 Испытание на медной пластинке

Выдерживает

2 Водородсодер-жащий газ

с секции

С-200)

1 Компонентный состав,% об.

— содержание Н 2 , н.м.

?65

Использует-ся как компонент

содержание N 2 , н.б.

?1,5

2

3

— содержание СН 4

Не норм

— содержание С 2 Н6

Не норм

— содержание С 3 Н8 , н.б.

?5

— сумма С 4 , н.б.

?0,85

— сумма С 5 , н.б.

?0,5

2 Содержание Н 2 S,% об., н.б.

?0,003

3 Стабильное топливо

1 Плотность при 20° С, кг/см 3

?775

Компонент товарного реактивного топлива

2 Фракционный состав:

— температура начала перегонки, ° С

135-155

— 10% отгоняется при t, ° С

?175

— 50% отгоняется при t, ° С

?205

— 90% отгоняется при t, ° С н.в.

?230

— 98% отгоняется при t, ° С

?245

3 Вязкость кинематическая при

t 20° С, с СТ

?1,25

4 t вспышки, определяемая в закрытом тигле, ° С

?28

5 t начала кристаллизации, ° С

?-50

6 Содержание механических примесей и воды

Отсутст-вует

7 Испытание на медной пластинке

Выдер-

живает

8 Содержание серы,% масс

? 0,2

9 Термоокислительная стабильность

в статистических условиях при 150 о С

а) концентрация осадка, Мг на 100см 3 топлива

? 6

4 Топливо для реактивных двигателей (РТ)

1 Плотность при 20° С, кг/см 3

? 775

Использует-ся в качестве компонента реактивных двигателей

2 Фракционный состав:

— t начала перегонки, ° С

135-155

— 10% отгоняется при t, ° С

? 175

— 50% отгоняется при t, ° С

? 225

90% отгоняется при t, ° С

? 270

2

3

3 Вязкость кинематическая при t

— 20° С, с СТ

? 1,25

— 40 о С

? 16

— мм 2 /с (с СТ)

4 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, ° С

? 28

5 t начала кристаллизации, ° С

? -50

6 Содержание механических примесей и воды

Отсутст-вует

7 Испытание на медной пластинке при 100 о С в течении 3 ч.

Выдерживает

8 Содержание серы,% масс

? 0,2

9 Термоокислительная стабильность в статистических условиях при 150 о С

а) концентрация осадка, Мг на 100см 3 топлива

? 6

б) концентрация растворимых смол на 100 см 3 топлива

? 30

в) кристаллизация растворимых смол на 100 см 3 топлива

? 3

10 Низкая теплота сгорания, кДж/кг

? 431-20

11 Высота некоптящего пламени, мм

? 25

12 Кислотность, мг кон на 100 см 3 топлива

0,2-0,7

13 Йодное число, г йода на 100 см 3 топлива

? 0,5

14 Концентрация фактических смол, на 100 см 3 топлива

? 4

15 Массовая доля ароматических углеводородов,%

? 22

16 Массовая доля общей серы,%

? 0,1-0

2

3

18 Массовая доля Н 2 S

Отсутствует

19 Зольность,% масс

? 0,003

20 Содержание водорастворимых кислот и щелочей

Отсутствует

21 Содержание мыл нафтеновых кислот

Отсутствует

22 Массовая доля нафталиновых углеводородов,%

? 1,5

23 Люминометрическое число

? 50

24 Термоокислительная стабильность в статистических условиях при 150 -180 о С

а) перепад давления на фильтре за

5 ч. кПа

? 10

б) отложение на подогревателе, баллы

? 2

25 Взаимодействие с водой, балл

? 1

а) состояние поверхности радела

? 1

б) состояние разделенных фаз

50…600

26 Удельная электрическая проводимость, ? см/м при t заправки техники при 20 о С

27 Давление насыщенных паров, гПа (мм. рт. ст.)

28 Содержание суммы водорастворимых щелочных соединений

Отсутст-вует

5 Бензин-отгон

(сырье каталитического риформинга)

1 Плотность при 20 о С, кг/м3

Не норм

Использует-ся в качестве сырья риформинга

2

3

6 Неочищенный углеводородный газ

1 Содержание Н 2 ,% об

Не норм

Направляет-ся на очистку от сероводоро-да

2 Содержание углеводородов,% об

Не норм

3 Содержание Н 2 S,% об

Не норм

7 Очищенный углеводородный газ

1 Содержание Н 2 ,% об

Не норм

Использует-ся в качестве топлива технологи-ческих печей

2 Содержание углеводородов,% об

Не норм

3 Содержание Н 2 S,% об

? 0,002

4 Плотность при 20 о С, кг/м3

Не норм

8 Неочищенный ВСГ

1 Содержание Н 2 ,% об

Не норм

2 Содержание углеводородов,% об

Не норм

3 Содержание Н 2 S,% об

Не норм

9 Газы регенерации

1 Содержание О 2 ,% об

Не норм

Сбрасываются в атмосферу

2 Содержание СО 2 % об

Не норм

10Анализ газовых продувок

— при подготовке системы к регенерации (ремонту)

1 Содержание водорода и углеводородов в инертном газе из системы,% об., н.б.

? 0,15

— при подготовке системы к приему сырья (ВСГ)

1 Содержание кислорода в инертном газе перед подачей сырья (ВСГ) в систему,% об.,

? 0,5

11 Дымовые газы

1 Содержание О 2 ,% об

6,0

Сбрасываются в атмосферу

12 Дымовые газы (газы регенерации) на выходе из Р-302

1 Содержание кислорода,% об.

Сбрасываются в атмосферу

— I стадия

0,1-0,3

— II стадия

0,3-1,0

— III стадия, н.б.

? 3

2 Содержание СО 2

5-12

3 Содержание СО, н.б.

? 0,5

4 Содержание SО 2

1-4

13 Катализатор гидроочистки ГДК-202

1 Диаметр гранул, мм

1,7-3,0

Использует-ся для гидроочистки дизельных фракций

2 Насыпная плотность, г/см 3

0,55-,75

3 Содержание влаги после прокаливания 650° С,%, н.б.

? 3

4 Индекс прочности на раскалывание ножом, имеющим ширину лезвия 0,8 мм, кг/мм, н.м.

? 2,2

5 Химический состав в пересчете на сухое вещество,% масс

а) массовая доля оксида никеля (NiО), н.м.

? 3

б) массовая доля оксида (МоО 3 ), н.м.

? 12

в) массовая доля оксида кобальта (СоО)

0,5-1,0

6 Массовая доля оксида натрия (Nа 2 О),%, н.б.

? 0,3-5

7 Определение пыли и крошки при отсеве на сите с квадратной ячейкой 1,0 мм,% масс, н.б.

? 2,5

8 Обессеривающая активность при температуре 370° С,% масс при объемной скорости подачи сырья 4 час- 1 , н.м.

? 90

14 Регенерированный раствор моноэтанолами

на

1 Концентрация МЭА,%

10-15

2

3

(МЭА)

3 Содержание бутанов,% масс

? 3

15 Раствор ингибитора коррозии ИКБ 2-2

1 Концентрация,%

1,5-2,5

Использует-ся для предотвращения коррозии оборудова-ния

16 Раствор этиленгликеля

1 Концентрация,%

50-60

17 Инертный газ

1 Содержание

— кислорода,% об.

? 0,5

Используется для продувки аппаратов от горючих газов и О 2 при подготовке их к ремонту или пуску

— азота,% об.

? 99,6

Технологическая схема установки

Установка гидроочистки керосина предназначена для очистки

прямогонной фракции 140-230 о С. Целью процесса гидроочистки является получение малосернистого реактивного топлива.

Гидроочистка является каталитическим процессом, протекающим в

стационарном или подвижном слое катализатора в среде водородсодержащего газа. В качестве катализаторов используют алюмокобальтмолибденовые или алюмоникельмолибденовые системы

В процессе гидроочистки, основанном на реакции умеренной

гидрогенизации, соединения серы, кислорода и азота превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака, олефины преобразуются и более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового ряда.

Сырье насосом 4 направляется через теплообменники в линию смешения его с предварительно нагретым в теплообменниках 12 и 5 водородсодержащим газом. Газосырьевая смесь с температурой 50-55°С поступает в межтрубное пространство теплообменников 8 и 6, где нагревается горячим потоком газопродуктовой смеси до температуры 260-290° С. Температура потоков на теплообменниках контролируется.

Далее газосырьевая смесь поступает в трубчатую печь 3, где нагревается до 300-380° С. Температура потока, выходящего из печи, контролируется.

Нагретая газосырьевая смесь поступает в реактор 2. В реакторе на катализаторе происходит гидрирование сераорганических, азоторганических и непредельных соединений, содержащихся в сырье, с образованием сероводорода и аммиака. Могут использоваться катализаторы:

  • алюмоникельмолибденовые по ТУ 38101192-77;
  • алюмокобальтмолибденовые по ТУ 38101194-77, ГКД -202 ТУ 38101806-82

Кроме того, в зоне реакции происходит так же частичный гидрокрекинг с образованием углеводородов и легких бензиновых фракций.

Реакция гидроочистки керосиновой фракции 140-230°С протекает с выделением тепла, в результате чего температура на выходе из реактора повышается на 4-6° С.

Температура по зонам реактора и на выходе из него замеряется обычными и многозонными термопарами. Давление выходящего из реактора потока и перепад давления по реактору контролируются.

Полученная газосырьевая смесь проходит змеевики печи 3 и при давлении 4,2-4,4 МПа и температуре около 380 0 С поступает в реактор с неподвижным слоем катализатора. Выходящая из реактора снизу газопродуктовая смесь охлаждается последовательно в кипятильнике 18 и теплообменниках 5 и 6 и подается в сепаратор 9. Здесь в высокотемпературном (горячем) сепараторе 9, смесь разделяется при давлении около 3,8 МПа на жидкую и газопаровую фазы. Жидкая фаза, представляющая собой керосин с растворенными в нем газами и фракциями бензина (отгон), после сепаратора 9 подвергается физической стабилизации в колонне 17.

Смесь газов и паров на выходе из сепаратора (при высоком давлении) охлаждается в соединенных последовательно теплообменниках 12 и 16. Перед входом в теплообменник 12 в данную смесь впрыскиваются конденсационная вода и раствор ингибитора коррозии, поскольку участок от теплообменника и до конденсатора — холодильника 15 включительно наиболее подвержен коррозии кислым сульфитом аммония. Предпочтительно. Чтобы на этом участке при температуре охлаждающего потока ниже 177 0 С скорость движения смеси не превышала 9 м/с. Поступающая из водяного конденсатора холодильника 13 трехфазная смесь разделяется при давлении 3,7 МПа и температуре около 43 0 С в низкотемпературном (холодном) сепараторе 14. Отстоенный от воды углеводородный конденсат, состоящий преимущественно из бензиновых и легких керосиновых фракций, на выходе из сепаратора 14 нагревается в теплообменнике 16 и поступает в стабилизационную колонну 17. Режим работы колонны 17:

  • температура верха — 80-115°С;
  • температура низа — 190-220°С;
  • давление внизу — 0,15 мПа.

Уходящий из сепаратора 14 водородсодержащий газ, пройдя приемник 11 с каплеотбойником, сжимается компрессором 10 примерно до 4,9 МПа, затем объединяется со свежим газом- техническим водородом. После нагрева в теплообменнике 5 смесь газов присоединяется к нагретому сырью.

Из стабилизационной колонны 17 сверху отходят пары отгона и газы, а снизу -очищенный керосин. Режим работы колонны выдерживается таким, чтобы получить продукт с нужной температурой вспышки. Температура низа этой колонны 267 0 С, давление 0,44 Мпа. Перед теплообменником 12 в поток горячей газопаровой смеси. Впрыскиваются вода и раствор ингибитора, при этом температура смеси понижается до 2050 С. далее смесь поступает в теплообменник 12. В горячем сепараторе 9 газопродуктовая смесь разделяется при более высокой температуре.

Нормы технологического режима

В таблице 5.1 приведены нормы технологического режима гидроочистки керосиновой фракции.

Таблица 5.1. Нормы технологического режима

Наименование стадии процессов, аппаратуры, показатели режима

Единица

измерения

Допускаемые пределы тех.

параметров

Требуемая точность измерения параметра +; —

Примечание

Расход сырья от насосов

м 3

70-125

2,5

регулиров

Расход ВСГ от компрессора

нм 3

1800-7000

100,0

регулиров

Расход ВСГ от компрессора

(при кратности не ниже 140 нм 3 /ч)

нм 3

12000-30000

100,0

регулиров

Концентрация водорода

%

1,0

регистр.

Теплообменник сырьевой 3-6

а) в трубах

о С

н.б. 370

1,5

регистр.

б) в корпусе

о С

50-290

1,5

регистр

Температура продукта на выходе

о С

н.в. 370

1,5

регистр

Температура дымовых газов на перевале

о С

н.б. 800

1,5

регистр

Температура мазута на отопление

о С

90-130

1,5

регистр

Температура газа на отопление

о С

н.н. 65

1,5

регистр

Давление мазута на отопление

кгс/см 2

6-8

0,5

регистр

Давление топливного газа

кгс/см 2

н.б. 2,5

0,5

регистр

Давление пара на распыленном мазуте

кгс/см 2

5-7

0,5

регистр

Температура продукта на выходе

о С

н.б. 380

1,5

регистр

Перепад давления

кгс/см 2

н.б.2

0,5

регистр

Максимальное давление

кгс/см 2

49

1,0

регистр

Общий перепад давления

кгс/см 2

н.в.18

0,5

регистр

Температура продукта после холодильника 11

о С

н.в. 50

1,5

регистр

Давление в сепараторе 12

кгс/см 2

25-36

1,0

регистр

Давление в сепараторе 13

кгс/см 2

4-11

0,5

регистр

Температура верха

о С

80-115

2,0

регистр

Температура низа

о С

190-220

2,5

регистр

Расход орошения

м 3

2,0-15,0

1,0

регулиров

Давление

кгс/см 2

0,6-1,5

0,5

регистр

Температура продукта после холодильника 23

о С

н.в. 50

1,5

регистр

Давление

кгс/см 2

0,5-1,0

0,05

регулиров

Расход 10-15% раствора МЭА

м 3

2-15

0,5

регулиров

Давление

кгс/см 2

25-36

1,0

регистр

Расход 10-15% раствора МЭА

м 3

2-15

1,0

регулиров

Концентрация Н 2 S в очищенном газе

% об.

н.б.0,01

Давление циркуляционного газа в С -30,31

кгс/см 2

25-36

1,0

Давление в сепараторе С -24,25

кгс/см 2

17-22

1,0

регулиров

Температура продукта после холодильника 32

о С

н.в. 50

1,5

регистр

Давление в сепараторе С -33

кгс/см 2

н.б. 1,0

0,01

Контроль и автоматизация

Автоматический контроль и управление технологическими процессами осуществляется централизованно из операторной, с помощью автоматизированной системы управления, созданной на базе пневматического комплекса «Режим» и вычислительного комплекса СМ-2.

В операторной создана своя зона обслуживания (рабочее место оператора).

Рабочее место оборудовано пятью стойками «Режим» и дисплейным модулем.

На стойке «Режим» расположены:

  • мнемосхема процесса, с встроенными в нее лампами технологической сигнализации, задатчиками дистанционного и автоматического управления, переключателями дистанционного и автоматического управления;
  • многошкальный показывающий прибор по выводу текущего значения параметра;
  • пять двухзаписных приборов для постоянной регистрации десяти технологических параметров;
  • один двухзаписный прибор для регистрации по вызову любых 12 подключенных и данной стойке технологических параметров;
  • табло аварийной сигнализации.

Над щитом расположена мнемосхема процесса со встроенными в нее лампами аварийной сигнализации.

Дисплейный модуль предназначен для связи оператора с вычислительным комплексом. По вызову оператора на дисплей выводится таблица текущих значений параметров по любому из технологических процессов секции.

Вычислительный комплекс осуществляет автоматический сбор, обработку и выдачу информации о ходе технологических процессов. Автоматический опрос датчиков осуществляется с периодичностью один раз в 2,3 минуты. Информация о мгновенных значениях параметров хранится в памяти машины 48 часов и может выводится на автоматическую печать по вызову обслуживающего персонала.

Усредненные за час значения технологических параметров представляются в виде режимного листа оператора, который автоматически печатается один раз в смену.

Вычислительный комплекс выполняет также расчет технико-экономических показателей работ установки. Результаты расчета выдаются в виде сменного и суточного рапортов.

Типовые схемы контроля и регулирования технологических параметров.

I. Температура:

а) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту — датчик (термопара — ТХК, ТХА, термосопротивление типа ТСМ, ТСП)

  • линия связи — термокомпенсационные, соединительные провода —

Прибор на щите — вторичный прибор, показывающий (М-64, Л-64), регистрирующий (КСП-4, КСМ-4)

б) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту — датчик (ТХК, ТХА, ТСМ, ТСП)

  • линия связи соединительные провода-

1) Промежуточные преобразователи (МП-ТЛ, ЭПП)

  • пневмотрубка —

Промежуточные преобразователи (НП-ТЛ, ЭПП)

  • пневмотрубка —

Регулирующий клапан

Прибор на щите — регулирующий клапан на техническом трубопроводе типа 25 с 48 н. ж.

2) — Пневмотрубка —

Электроконтактный манометр ЭКМ — 14

  • соединительный провод —

Электросхемы технические организаций и блокировки

  • соединительный провод —

ЭПК

  • пневмотрубка —

Клапан отсекатель на технический трубопровод

II. Давление:

а) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту — датчик давления (преобразователь давления типа МС — П, ТРСW, НС — П)

  • пневмотрубка или соединительные (контрольные провода) —

Электроконтактный манометр ЭКМ — 14

  • пневмотрубка или соединительные (контрольные провода) —

Вторичный прибор — показывающий, регистрирующий типа ПВН, ППМ, ПКР

б) Контроль параметров и Регулирование:

прибор по месту — датчик — преобразователь давления типа

МС — П, НС -П, ВС — П2ДД ЗО «Сапфир» — ДН, и т. д.

  • пневмотрубка или соединительные (контрольные) провода —

Вторичный прибор — показывающий, регистрирующий, регулирующий, пневматический, типа ПВ.101Э, контролер UDC 6300

  • пневмотрубка (контрольные провода)-

Вторичный прибор — регулирующий клапан на техническом трубопроводе (типа 25 с 48 н. ж.) ПОУ — 8

в) Прибор по месту — датчик — электроконтактный манометр типа ВЭ — 16РБ

  • соединительные провода —

Электросхемы технической сигнализаций и блокировки, противоаварийная защита

  • соединительные провода —

Вторичный прибор — разрешение на пуск, аварийное отключение технического агрегата (насоса, компрессора)

III. Расход

а) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту — первый преобразователь расхода (диафрагма, ротаметр, турбо-квант и т. д.)

  • имп. линия —

Датчик расхода (дифманометр 13ДД11, ДСП, Сапфир — ДД и т. д.) преобразователь импульсов

  • пневмотрубка или соединительный (контрольный) провод-

1) Вторичный прибор — показывающий, регистрирующий типа ПВ.4, ППМ, ПКР, контроллёр UDC 6300

  • пневмотрубка или соединительный (контрольный) провод-

2) Электроконтактный манометр типа ЭКМ — 14

  • соединительные провода —

Электросхемы технологической сигнализаций блокировки и ПАЗ

  • соединительные провода —

Вторичный прибор — разрешение на пуск, аварийная остановка технологического процесса, агрегата

б) Прибор по месту — первичный преобразователь расхода (ротаметр, диафрагма, турбоквант, турбина)

  • имп. трубка —

Датчик расхода (дифманометр 13ДД11, ДСП, ДМПК, Сапфир — ДД и т. д.)

  • пневмотрубка или соединительные (контрольные) провода —

Вторичный прибор — показывающий, регистрирующий, регулирующий типа ПВ10.1Э, модули «Каскад», электроконтролёр UDC 6300

  • пневмотрубка —
  • контрольный провод —

Вторичный прибор — регулирующий клапан на технологическом трубопроводе типа 25 с 48 н. ж. ПОУ — 8

Уровень:

  • а) Прибор по месту — первичный преобразователь расхода (уровнемер буйковый — 46;
  • П, поплавковый УПП, гидростатический ДГ, поплавковый УДУ, УГ — с электросвязью
  • пневмотрубка или соединительные (контрольные) провода —

1) Вторичный прибор- показывающий, регистрирующий типа ПВ4, ППМ, ППВ, ПКР

2) Электроконтактный манометр типа ЭКМ — 14

  • соединительные провода —

Электросхема технологической сигнализаций, блокировки

б) Прибор установленный по месту — первичный преобразователь уровня (уровнемер буйковый — УБ — П, «Сапфир — 22» поплавковый)

  • пневмотрубки или (контрольные) соединительные провода —

Вторичный прибор — показывающий, регистрирующий, регулирующий типа ПВ101Э, контролирующий UDC 6300

  • пневмотрубка (контрольный провод) —

Регулирующий клапан на технологическом трубопроводе

7. Расчётная часть

Материальный баланс

Расчет ведется на 100 кг сырья, так как в этом случае абсолютное значение содержания компонентов в смеси (в кг) совпадает с истинными значениями их относительного содержания (в% масс)

G C +GBC Г +GЦВСГ = Gрт + Gб + GН2 S + GСХ + GЦВСГ , (7.1)

где G C — расход сырья, кг/ч;

G BC Г ,GЦВСГ — количество (расход) свежего и циркулирующего водородсодержащего газа (далее ВСГ), поступающего в реактор на 100 кг сырья;

G рт — выход реактивного топлива,% масс;

G б — выход бензина,% масс;

G Н2 S — выход сероводорода,% масс;

G СХ — сухой газ,% масс.

А) Выход гидроочищенного топлива В РТ . Расчет выхода гидроочищенного топлива ВРТ находим по формуле:

В рт = 100 — В б — Вг — ?S, (7.2)

где В г , В б , ?S — выход бензина, газа и количества удаленной из сырья

серы соответственно на сырьл,% (масс).

В г , В б , ?S рассчитаем так:

  • высчитываем ср Мr, она равна:

ср Мr = 44,29 * p , (7.3)

1,03 — p

ср Мr = 44,29 * 0,778 = 136,74

1,03 — 0,778

p 15 15 = а * 5 + p, (7.4)

где а — поправка = 0,00061

p= 0,00061 * 5 + 0,775 = 0,778

при ср Мr = 136,74 в 100 кг сырья содержится

100: 136,74 = 0,743 кмоль, 1 кг серы содержит

1:32= 0,0313 кмоль серы.

Если принять равномерное распределение атомов серы по длине углеводородной цепочки, то при гидрогенолиза сероорганических соединений с разрывом у атома серы выход бензина и газа составит:

В б = ?S = 1 — 0,1 = 0,9% масс (7.5)

В б = 0,3 ?S = 0,3

  • 0,9 = 0,27% масс

Тогда выход реактивного топлива равен:

В рт = 100 — 0,9 — 0,9 — 0,27 = 97,93%

Б) Расход водорода на гидроочистку. Водород в процессе гидроочистки расходуется на:

1) гидрогенолиз сероорганических соединений;

2) гидрирование непредельных углеводородов;

3) потери водорода и отходящими потоками.

Расход водорода на гидрогенолиз сероорганических соединений можно найти по формуле

G 1 = m ?S, (7.6)

где G 1 — расход 100%- го водорода,% (масс) на сырьл;

  • ?S — количество серы удаляемое при гидроочистке,% (масс) на сырьл;
  • m — коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений.

Свободная сера S св m = 0,0625

S м m = 0,062

S с m = 0,125

S q m = 0.0938

S t m = 0,250

S ,бензиофеновая m = 0,187

Наиболее стабильные при гидроочистке тиофеновые соединения, поэтому при расчете принимаем, что вся остаточная сера (0,1% масс на сырьл) в гидрогенизате — тиофеновая, а остальные сероорганические соединения разлагаются полностью.

Получаем

G 1 = 0,05 * 0,062 + 0,54 * 0,125 + 0,1 * 0,0938 + (0,35 — 0,1) * 0,25 = 0,137

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов равен:

G 2 = 2 ?Сн / Мr, (7.7)

где G 2 — расход 100% -го водорода,% масс на сырьл;

н — разность содержания непредельных углеводородов в сырье

и гидрогенизате,% (масс) на сырьл, считая на моноолефины;

  • Мr — средняя молекулярная масса сырья.

Принимая, что степень гидрирования непредельных углеводородов и гидрогенолиза сернистых соединений одинакова, находим:

G 2 = 2 * 6 * 0,9 / 136,74 = 0,079

мольную долю водорода, растворимого в гидрогенизате, можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления:

Хґ Н2 = Yґ Н2 / Kp = 0,72 / 30 = 0,024, (7.8)

где Хґ Н2 ,Н2 — мольные доли водорода в жидкой и паровой фазах;

K p — const фазового равновесия (при p = 4 МПа, Kp = 30)