Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Гидроочистка дизтоплива

8 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ Л-24/7

Гидроочистка проводится в стационарном слое катализатора, в реакторе аксиального типа с многослойным распределением катализатора фирмы «ALBEMARLE» марки KF и KG с содержанием Co, Mo и Ni на алюмосиликатном носителе.

8.1 Исходные данные для расчета материального баланса

- Производительность по сырью, т/год 2300000

- Число рабочих дней в году, дн 350

- Сырьё: фракция дизельного топлива с установок АВТ с плотностью 0,842 г/см³ .

Состав сырья: массовая доля дизельного топлива 100,00 %, в том числе:

- Предельные у/в 75,430 % масс.,

- Непредельные у/в 7,890 % масс.,

- Ароматические у/в 15,790% масс,.

- Серосодержащие соединения 0,890 % масс., в том числе

- Меркаптаны 0,100 % масс.,

- Сульфиды 0,400 % масс.,

- Дисульфиды 0,100 % масс.,

- Тиофены 0,290 % масс.

- Количество сернистых соединений в сырье, % масс. 0,890

Количество сернистых соединений в гидроочищенном

дизельном топливе в соответствии с СТП 4.6-04, % масс. 0,005

- Состав товарного продукта – стабильного гидрогенизата с плотностью 0,837 г/см³ в соответствии с СТП 4.6-04 следующий:

- Предельные у/в - 81,888 % масс.,

- Непредельные у/в - 2,012 % масс.,

- Ароматические у/в - 16,095 % масс.,

- Сера (тиофеновая) - 0,005 % масс.

- Кратность циркуляции ВСГ, м³/м³ 280

- Состав ВСГ в соответствии с СТП 3.7-04 следующий:

- Н_{2

-}42,44 % масс.,

- у/в С₁-С₄ - 57,56 % масс.

- Состав ЦВСГ в соответствии с производственными данными следующий:

- Н_{2
-}40,97 % масс.,

- у/в С₁-С₄ - 59,03 % масс.

Принципиальная схема материальных потоков представлена на рисунке 8.1.

1 – стадия подготовки ВСГ; 2 – стадия смешения сырья и ВСГ; 3 – реакционная стадия; 4 – стадия сепарации высокого давления; 5 – стадия сепарации низкого давления; 6 – стадия стабилизации; 7 – стадия сепарации бензина-отгона; 8 – стадия абсорбции ЦВСГ; 9 – стадия абсорбции сухого газа; 10 – стадия абсорбции газа стабилизации; 11 – стадия регенерации МДЭА;

m₁ - ЦВСГ; m₂ - «свежий» ВСГ; m₃– ВСГ; m₄– сырье; m₅– газосырьевая смесь;

m₆– газопродуктовая смесь; m₇– газопродуктовая смесь после стадии сепарации высокого давления; m₈– ЦВСГ после стадии сепарации высокого давления; m₉– нестабильный гидрогенизат; m₁₀ – сухой газ; m₁₁ – стабильный гидрогенизат; m₁₂ – газовая фаза; m₁₃ – бензин-отгон; m₁₄ – газы стабилизации; m₁₅ – регенерированный МДЭА; m₁₆ – ЦВСГ после стадии абсорбции; m₁₇ – насыщенный МДЭА; m₁₈ – сухой газ после стадии абсорбции; m₁₉ – газы стабилизации после стадии абсорбции; m₂₀ – регенерированный МДЭА после стадии абсорбции; m₂₁ – сероводород.

Рисунок 8.1 – Принципиальная схема материальных потоков

- Основные реакции

Процесс гидроочистки основывается на реакции разложения органических соединений, содержащих серу, азот, кислород, в присутствии водорода и катализатора при температуре 350-425 ⁰С и давлении 3-5 МПа (30-50 кгс/см²) с последующим их гидрированием.

В процессах гидрообессеривания, приводящих к разрыву связи С-S, протекают следующие основные реакции:

RS H + H₂ → RH + H₂S,

RS - SR + 3Н₂ → 2 RH + 2H₂S,

R - S - R + 2H₂ → RH + RH + H₂S,

+ 4Н₂ → С₄Н₁₀ + Н₂S,

+ 4Н₂→ Н₂S + .

- Побочные реакции

В условиях промышленного проведения процесса могут протекать реакции гидрогенолиза связи С-С, приводящие к реакциям гидрокрекинга:

RCH₂CH₂R’ +H₂ → RCH₃ + R’CH₃ .

Таким образом, в процессе гидроочистки органические соединения, содержащие серу, превращаются в углеводороды с выделением сероводорода.

При гидрообессеривании происходит также гидрирование ненасыщенных ароматических соединений:

+ 5H₂ → .

Одновременно с реакциями присоединения водорода идут реакции гидрокрекинга с образованием небольшого количества легких бензиновых фракций и газов, реакции изомеризации парафиновых и нафтеновых углеводородов и т.п.

Реакция разложения сернистых и других органических соединений происходит на поверхности катализаторов гидроочистки серии KF.

Очистка газов от сероводорода производится раствором МДЭА, который контактируя с потоком циркуляционного газа, поглощает сероводород с образованием растворимого комплекса

NСН₃ (C₂H₄ OH)₂ + H₂S ® H₂S ----- NСН₃ (C₂H₄ OH)_2.

Регенерация раствора МДЭА основана на разложении образовавшегося комплекса при температуре 80-130 ⁰С

H₂S ----- NСН₃ (C₂H₄ OH)₂ ® NСН₃ (C₂H₄ OH)₂ + H₂S.

8.2 Материальный баланс стадии подготовки ВСГ

Схема материальных потоков стадии подготовки ВСГ представлена на рисунке 8.2.

m₁ - ЦВСГ; m₂ - «свежий» ВСГ; m₃– ВСГ.

Рисунок 8.2 – Схема материальных потоков стадии подготовки ВСГ

8.2.1 Определение расхода водорода на гидроочистку

Определяем расход водорода на процесс гидроочистки, по формуле /1, стр. 144/

, (1)

где - расход водорода на реакции сернистых соединений, кг/т;

- расход водорода на гидрирование непредельных у/в, кг/т;

- потери водорода от растворения в гидрогенизате, кг/т;

- потери водорода технические, утечки с углеводородами, кг/т.

8.2.2 Определение расхода водорода на реакции с сернистыми соединениями

Из всех сернистых соединений легче всего гидрируются меркаптаны и сульфиды, труднее всего тиофены. Примем за основу, что вся остаточная сера в гидрогенизате - тиофеновая, остальная полностью разложилась. Состав сернистых соединений во фракции дизельного топлива сведем в таблицу.

Таблица 8.1 - Состав сернистых соединений по данным ЦЗЛ

Наименование сернистых соединений	Содержание соединений в расчете на серу, кг/т	Коэффициент, m
Меркаптаны	1,0	0,062
Сульфиды	4,0	0,125
Дисульфиды	1,0	0,094
Тиофены	2,9	0,250
Итого	8,9	-

Расход водорода на реакции с сернистыми соединениями, находим по формуле

, (2)

где - коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений;

- количество серы, удаленное при гидроочистке, кг/т на сырьё.

кг/т.

8.2.3 Определение расхода водорода на гидрирование непредельных у/в

Расход водорода на гидрирование непредельных у/в, определяем по формуле

, /1, стр. 145/ (3)

где

- разность содержания непредельных у/в в сырье и гидрогенизате,кг/т;

2 - коэффициент пересчета;

- молекулярная масса сырья.

Рассчитаем молекулярную массу сырья по формуле Крега /2, стр. 14/

, (4)

где - относительная плотность сырья при 15 ⁰С, г/см³

, (5)

где - относительная плотность нефтепродукта при 20 ⁰С, отнесенная к плотности воды

при 4 ⁰С, г/см³;

- средняя температурная поправка для подсчета плотности жидких

нефтепродуктов.

г/см³

г/моль.

Из практических данных кг/т.

кг/т.

8.2.4 Определение потерь водорода от растворения в гидрогенизате

Потери водорода от растворения в гидрогенизате определяем по формуле

, /1, стр. 146/ (6)

где - мольная доля водорода, растворенного в гидрогенизате;

- молекулярная масса водорода, г/моль;

- молекулярная масса сырья, г/моль.

Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенизате, можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепораторе высокого давления по формуле

, /1, стр. 146/ (7)

где - мольная доля водорода в газообразной фазе;

- константа фазового равновесия.

Для условий газосепаратора высокого давления при температуре 40 ⁰С и давлении 3,6 МПа, константа фазового равновесия равна 30.

Мольная доля водорода в газообразной фазе равняется мольной доле водорода в циркулирующем газе, мольная доля водорода в ЦВСГ равна 0,9 (в соответствии с производственными данными).

Тогда кг/т.

8.2.5 Определение механических потерь водорода

Потери водорода за счет диффузии водорода через стенки аппаратов и утечки через неплотности, называют механические потери. По практическим данным, эти потери составляют около 1 % от общего объёма циркулирующего газа. Механические потери на сырьё равны

, /1, стр. 147/ (8)

где - кратность циркуляции водородсодержащего газа, м³/м³;

- плотность сырья, кг/м³;

- молекулярная масса водорода, г/моль.

кг/т.

Расход водорода на процесс гидроочистки составит

кг/т.

8.2.6 Определение расхода «свежего» ВСГ

На установку гидроочистки водородсодержащий газ поступает с установок риформинга с концентрацией водорода равной 0,642 (в соответствии с производственными данными). Расход «свежего» ВСГ определяем по формуле

, /1, стр. 147/ (9)

где - концентрация водорода в «свежем» ВСГ.

кг/т.

Количество углеводородных газов с С₁ по С₄ в «свежем» ВСГ составит

, (10)

кг/т.

8.2.7 Определение расхода циркулирующего ВСГ

Для процесса гидроочистки на неподвижном слое катализатора необходим постоянно циркулирующий ВСГ. По данным заводской лаборатории состав циркулирующего газа по компонентам сведем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 - Компонентный состав ЦВСГ

Компоненты	% объёмный	Молекулярная масса , г/моль	Мольная доля,		Массовая доля
Н₂	90,00	2	0,9000	1,8000	0,4244
СН₄	5,12	16	0,0512	0,8192	0,1931
С₂Н₆	3,92	30	0,0392	1,1760	0,2773
С₃Н₈	0,79	44	0,0079	0,3476	0,0820
С₄Н₁₀	0,17	58	0,0017	0,0986	0,0232
Итого:	100,00	-	1,0000	4,2414	1,0000

Определяем плотность циркулирующего ВСГ по формуле /2, стр. 11/

, (11)

где - молекулярная масса ЦВСГ, кг/кмоль;

- 2240 м³/кмоль.

кг/м³

Определяем объём сырья на одну тонну сырья по формуле /2, стр. 11/

, (12)

где - масса сырья, кг/т;

- плотность сырья, кг/м³.

м³/т.

Находим объём циркулирующего ВСГ по формуле

, (13)

где - кратность циркуляции ВСГ, м³/м³.

м³/т.

Находим массу циркулирующего ВСГ по формуле

, (14)

кг/т.

Массовая доля водорода в ЦВСГ составляет 0,4244 тогда масса водорода составит

кг/т.

Масса водорода в ЦВСГ до подпитки «свежим» ВСГ составит

, (15)

где - масса водорода в «свежем» ВСГ, кг/т.

кг/т.

Количество у/в С₁-С₄ в ЦВСГ определяем по формуле

, (16)

кг/т.

Количество у/в С₁-С₄ в ЦВСГ до подпитки «свежим» ВСГ составит

, (17)

где - масса углеводородных газов с С₁ по С₄ в «свежем» ВСГ.

кг/т.

Масса ЦВСГ до подпитки «свежим» ВСГ составит

, (18)

кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии подготовки ВСГ сводим в таблицу 8.3.

8.3 Материальный баланс стадии смешения сырья и ВСГ

Схема материальных потоков стадии смешения сырья и ВСГ представлена на рисунке 8.3.

m₁ - ВСГ; m₂ - сырье; m₃– газосырьевая смесь.

Рисунок 8.3 – Схема материальных потоков стадии смешения сырья и ВСГ

В соответствии с исходными данными в 1 тонне сырья содержится: предельных у/в- 754,31 кг/т; непредельных у/в – 78,90 кг/т; ароматических у/в – 157,90кг/т; серосодержащих соединений – 8,89 кг/т.

При смешении исходных компонентов газосырьевая смесь будет состоять из водорода – 26,73 кг/т; предельных у/в – 790,56 кг/т, в том числе у/в С₁-С₄ – 36,25 кг/т, у/в С₅ и выше – 754,31 кг/т; непредельных у/в – 78,90 кг/т; ароматических у/в – 157,90 кг/т; серосодержащих соединений – 8,89 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии смешения сырья и ВСГ сводим в таблицу 8.4.

8.4 Материальный баланс реакционной стадии

Схема материальных потоков реакционной стадии представлена на рисунке 8.4.

m₁ - газосырьевая смесь; m₂ - газопродуктовая смесь.

Рисунок 8.4 – Схема материальных потоков реакционной стадии

8.4.1 Определение выхода сероводорода

Одно из основных уравнений гидроочистки:

Рассчитываем выход сероводорода по формуле /1, стр. 149/

, (19)

где - количество удаляемой серы , кг/т;

- молекулярная масса сероводорода, г/моль;

- молекулярная масса серы, г/моль.

кг/т.

8.4.2 Состав газопродуктовой смеси реакционной стадии

Выход у/в С₅-С₁₀ на сырьё (бензин-отгон) равен 8,85 кг/т (практические данные).

В реакционной стадии протекают реакции гидрообессеривания, где по практическим и расчетным данным газопродуктовая смесь будет состоять из непрореагировавшего Н₂ - 24,47 кг/т; предельных у/в – 851,42 кг/т, в том числе у/в С₁-С₄ – 39,21 кг/т, у/в С₅-С₁₀ – 8,85 кг/т, у/в С₁₁ и выше – 803,36 кг/т; непредельных у/в – 19,74 кг/т; ароматических у/в – 157,90 кг/т; серосодержащих соединений (тиофен) – 0,05кг/т,; образовавшегося Н₂S – 9,40 кг/т.

Полученные данные материальных потоков реакционной стадии сводим в таблицу 8.5.

8.5 Материальный баланс стадии сепарации высокого давления

Схема материальных потоков стадии сепарации высокого давления представлена на рисунке 8.5.

m₁ – газопродуктовая смесь; m₂ - газопродуктовая смесь после стадии сепарации высокого давления; m₃– ЦВСГ.

Рисунок 8.5 – Схема материальных потоков стадии сепарации высокого давления

В сепараторе высокого давления происходит отделение ЦВСГ от газопродуктовой смеси. Также отделяется часть сероводорода равной 1,41 кг/т (практические данные), который выходит из сепаратора вместе с ЦВСГ .

По практическим и расчетным данным получаем: ЦВСГ – 60,40 кг/т, в том числе Н₂ - 24,17 кг/т, у/в С₁-С₄ – 34,82 кг/т, Н₂S – 1,41 кг/т; газопродуктовая смесь – 1002,58 кг/т, в том числе Н₂ - 0,30 кг/т; предельные у/в – 816,60 кг/т, в том числе у/в С₁-С₄ – 4,39 кг/т, у/в С₅-С₁₀ – 8,85 кг/т, у/в С₁₁ и выше – 803,36 кг/т; непредельные у/в – 19,74 кг/т; ароматические у/в – 157,90 кг/т; серосодержащие соединения (тиофен) – 0,05 кг/т,; образовавшегося Н₂S – 7,99 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии сепарации высокого давления сводим в таблицу 8.6.

8.6 Материальный баланс стадии сепарации низкого давления

Схема материальных потоков стадии сепарации низкого давления представлена на рисунке 8.6.

m₁ – газопродуктовая смесь; m₂ - нестабильный гидрогенизат; m₃– сухой газ.

Рисунок 8.6 – Схема материальных потоков стадии сепарации низкого давления

В сепараторе низкого давления происходит отделение сухого газа от нестабильного гидрогенизата. Также отделяется часть сероводорода равной 7,52 кг/т (практические данные), который выходит из сепаратора вместе с сухим газом.

По практическим и расчетным данным получаем: сухой газ – 11,33 кг/т, в том числе Н₂ - 0,30 кг/т, у/в С₁-С₄ – 3,51 кг/т, Н₂S – 7,52 кг/т; нестабильный гидрогенизат – 991,25 кг/т, в том числе предельные у/в – 816,60 кг/т, в том числе у/в С₁-С₄ – 0,88 кг/т, у/в С₅-С₁₀ – 8,85 кг/т, у/в С₁₁ и выше – 803,36 кг/т; непредельные у/в – 19,74 кг/т; ароматические у/в – 157,90 кг/т; серосодержащие соединения (тиофен) – 0,05 кг/т,; Н₂S – 0,47 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии сепарации низкого давления сводим в таблицу 8.7.

8.7 Материальный баланс стадии стабилизации

Схема материальных потоков стадии стабилизации представлена на рисунке 8.7.

m₁ – нестабильный гидрогенизат; m₂ - стабильный гидрогенизат; m₃– газовая фаза.

Рисунок 8.7 – Схема материальных потоков стадии стабилизации

8.7.1 Определение выхода стабильного гидрогенизата

Выход гидроочищенного дизельного топлива , кг/т, на исходное сырье определяем по формуле /1, стр. 144/

, (20)

где - выход бензина, у/в С₅-С₁₀ на сырьё, кг/т;

- выход газа на сырьё, кг/т;

- количество удаленной из сырья серы, кг/т.

кг/т.

Тогда выход гидроочищенного дизельного топлива будет равен

кг/т.

Уточненный выход гидроочищенного дизельного топлива равен

где - количество водорода, вошедшего в состав дизельного топлива, кг/т.

где - расход водорода на гидрирование непредельных у/в, кг/т;

- расход водорода на реакции сернистых соединений, кг/т;

- количество водорода, которое поглощается балансовым сероводородом, кг/т.

, (21)

где - выход сероводорода, кг/т;

- количество удаляемой серы , кг/т.

кг/т,

кг/т.

Тогда уточненный выход гидроочищенного топлива будет равен

кг/т.

Уточненный выход у/в газа, выводимого с установки, складывается из у/в газов, поступающих со свежим ВСГ, газов, образующихся при гидрогенолизе, абсорбированного гидрогенизатом водорода, а также механических потерь водорода

кг/т.

8.7.2 Состав материальных потоков стадии стабилизации

По практическим и расчетным данным получаем: газовая фаза – 10,20 кг/т, в том числе у/в С₁-С₄ – 0,88 кг/т, у/в С₅-С₁₀ – 8,85 кг/т, Н₂S – 0,47 кг/т; стабильный гидрогенизат – 981,05 кг/т, в том числе предельные у/в – 803,36 кг/т, непредельные у/в – 19,74 кг/т; ароматические у/в – 157,90 кг/т; серосодержащие соединения (тиофен) – 0,05 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии стабилизации сводим в таблицу 8.8.

8.8 Материальный баланс стадии сепарации бензина-отгона

Схема материальных потоков стадии сепарации бензина-отгона представлена на рисунке 8.8.

m₁ – газовая фаза; m₂ - бензин-отгон; m₃– газы стабилизации.

Рисунок 8.8 – Схема материальных потоков стадии сепарации бензина-отгона

По практическим и расчетным данным получаем: газы стабилизации – 1,35 кг/т, в том числе у/в С₁-С₄ – 0,88 кг/т, Н₂S – 0,47 кг/т; бензин-отгон (у/в С₅-С₁₀₎ – 8,85 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии сепарации бензина-отгона сводим в таблицу 8.9.

8.9 Материальный баланс стадии абсорбции ЦВСГ

Схема материальных потоков стадии абсорбции ЦВСГ представлена на рисунке 8.9.

m₁ – ЦВСГ; m₂ - регенерированный МДЭА; m₃– ЦВСГ после стадии абсорбции; m₄ - насыщенный МДЭА.

Рисунок 8.9 – Схема материальных потоков стадии абсорбции ЦВСГ

Для абсорбции ЦВСГ, сухого газа и газа стабилизации на установке используют

40% раствор МДЭА (метилдиэтаноламина).

По практическим и расчетным данным получаем: ЦВСГ – 58,99 кг/т, в том числе Н₂ – 24,17 кг/т; у/в С₁-С₄ - 34,82 кг/т; насыщенный раствор МДЭА – 135,81 кг/т,

МДЭА* Н₂S – 55,17 кг/т, Н₂О – 80,64 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии абсорбции ЦВСГ сводим в таблицу 8.10.

8.10 Материальный баланс стадии абсорбции сухого газа

Схема материальных потоков стадии абсорбции сухого газа представлена на рисунке 8.10.

m₁ – сухой газ; m₂ - регенерированный МДЭА; m₃– сухой газ после стадии абсорбции; m₄ - насыщенный МДЭА.

Рисунок 8.10 – Схема материальных потоков стадии абсорбции сухого газа

По практическим и расчетным данным получаем: сухой газ – 3,81 кг/т, в том числе Н₂ – 0,30 кг/т, у/в С₁-С₄ – 3,51 кг/т; насыщенный раствор МДЭА – 41,12 кг/т, МДЭА* Н₂S – 20,96 кг/т, Н₂О – 20,16 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии абсорбции сухого газа сводим в таблицу 8.11.

8.11 Материальный баланс стадии абсорбции газа стабилизации

Схема материальных потоков стадии абсорбции газа стабилизации представлена на рисунке 8.11.

m₁ –газ стабилизации; m₂ - регенерированный МДЭА; m₃–газ стабилизации после стадии абсорбции; m₄ - насыщенный МДЭА.

Рисунок 8.11 – Схема материальных потоков стадии абсорбции газа стабилизации

По практическим и расчетным данным получаем: газ стабилизации – 0,88 кг/т; насыщенный раствор МДЭА – 67,67 кг/т, МДЭА* Н₂S – 27,35 кг/т, Н₂О – 40,32 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии абсорбции газа стабилизации сводим в таблицу 8.12.

8.12 Материальный баланс стадии регенерации МДЭА

Схема материальных потоков стадии регенерации МДЭА представлена на рисунке 8.12.

Рисунок 8.12 – Схема материальных потоков стадии абсорбции газа стабилизации:

m₁ – насыщенный МДЭА; m₂ - регенерированный МДЭА; m₃– сероводород.

По практическим и расчетным данным получаем: регенерированный раствор МДЭА – 235,20 кг/т, в том числе 40% раствор МДЭА – 94,08 кг/т, Н₂О – 141,12 кг/т, Н₂S – 9,4 кг/т.

Полученные данные материальных потоков стадии абсорбции газа стабилизации сводим в таблицу 8.13.

Таблица 8.3 - Материальный баланс стадии подготовки ВСГ

Статьи прихода					Статьи расхода
№ п-ка	Наименование потоков и компонентов	кг/т	кг/ч	% (масс.)	№ п-ка	Наименование потоков и компонентов	кг/т	кг/ч	% (масс.)
1	ЦВСГ	58,99	17837,45	100,00	1	ВСГ	62,98	19043,95	100,00
1.1	Н₂	24,17	7308,55	40,97	1.1	Н₂	26,73	8082,64	42,44
1.2	у/в С₁-С₄	34,82	10528,90	59,03	1.2	у/в С₁-С₄	36,25	10961,31	57,56
2	«Свежий» ВСГ	3,99	1206,50	100,00
2.1	Н₂	2,56	774,09	64,16
2.2	у/в С₁-С₄	1,43	432,41	35,84
	ИТОГО:	62,98	19043,95			ИТОГО:	62,98	19043,95

Гидроочистка дизтоплива 📙 Дипломная → 🆔 4888