СОДЕРЖАНИЕ 
 
 

   Введение…………………………………………………… 

1.Назначение гидроочистки………………………………..

2.Теоретические основы процесса………………………… 

3.Сырье и продукция…………………………………………. 

4.Выбор установки гидроочистки…………...

5.Описание технологической схемы…………………………

6.Выбор катализатора………………………………………….

7.Расчет основного оборудования установки:……………….

1. Расчет реакторного  блока………………………………

2. Расход колонны  водорода на гидроочистку…………...

3. Потери водорода  с отдувом…………………………….

4. Материальный  балланс установки………………………

5. Материальный балланс реактора……………………….

5.2. Тепловой  баланс………………………………………

5.3. Расчет  объема катализатора………………………….

5.4. Размер  реактора……………………………………….

8. Экономическая  часть………………………………………

9. Охрана труда 

10. Автоматизация  и КИП………………………………... 

11. Гражданская оборона………………………………………

Приложение……………………………………………….

Литература……………………………………………...  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

      Пояснительная записка состоит из       стр.,     таблиц,     рисунков и приложения. Проектом является установка гидроочистки дизельного топлива. Описан процесс гидроочистки его назначение и теоретические основы, обоснован выбор катализатора, выполнен расчет оборудования, в частности реактора и стабилизационной колонны, определены объем катализатора, рассчитаны материальный и тепловой балансы.

      Расчет  технико-экономических показателей  указал на рациональность принятого  решения. Решены вопросы защиты окружающей среды, охраны труда, противопожарной  техники.

      Ключевые  слова: катализатор, гидрогенизат, реактор, ВСГ.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                    ВВЕДЕНИЕ 

       Применение  дизельных топлив с высоким содержанием  серы ведет к дополнительному  коррозионному износу деталей двигателей, при этом быстроходные форсированные  двигатели, которые широко внедряются на транспорте, подвергаются коррозии больше, чем двигатель со сравнительно небольшим числом оборотом.

       При сгорании сернистых дизельных топлив образуются окислы серы SO и SO₂, которые в зоне пониженных температур вместе с конденсирующимися парами воды образуют сернистую и серную кислоты и оказывают сильное корродирующее действие на металл двигателя. Борьбу с сернистой коррозией ведут способами: во-первых, применением устойчивых против коррозии металлов для гильз цилиндров и поршневых колец; во-вторых, применением присадок к топливам и маслам, нейтрализующих агрессивное действие продуктов сгорания серы; в-третьих, очисткой топлив от сернистых соединений. В настоящем дипломном проекте рассматривается третий способ борьбы с сернистой коррозией.

       Проблема очистки дизельных и других дистиллятных топлив от серы технически решена. Разработана несколько технологических процессов, обеспечивающих в той или иной степени удаления серы из топлив. К таким процессам относятся: очистка топлив серной кислотой, селективными растворителями, адсорбентами; гидроочистка и др.

       Наиболее  эффективные результаты обессеривания  получаются при легком гидрировании сернистых продуктов, т.е. при гидроочистке. Под гидроочисткой в отличие  от деструктивной гидрогенизации понимается процесс присоединения водорода к органическим веществам без изменения их углеродного скелета.

       Гидроочистка  проводится на специальных катализаторах  под давлением от 10 до 50ат при температуре 350-420ºС.

      Быстрому  увеличению числа установок гидроочистки способствовало внедрение в нефтепереработку процессов каталитического риформинга, дающих относительно большое количество дешевого побочного водорода. Кроме того, внедрению гидроочистки способствовала также гибкость процесса, допускающего обессеривание различных видов нефтепродуктов на одной и той же установке. 

1.НАЗНАЧЕНИЕ  ГИДРООЧИСТКИ 

      В настоящее время процесс гидроочистки применяют для очистки от серы легких и средних дистиллятных топлив (бензинов, лигроинов и керосинов), для очистки сырья, направляемого  на каталитический риформинг, для очистки дизельных топлив прямогонного и крекингового происхождения, для очистки сырья каталитического крекинга.

      В последнее время начали применять  гидроочистку для улучшения качества смазочных и изоляционных масел  и парафина.

        При гидроочистке не только удаляется сера из нефтепродуктов, но и улучшаются их цвет и запах, повышаются стабильность и цетановое число дизельных топлив и индекс вязкости смазочных масел, значительно улучшается качество парафина, используемого как сырье для производства жирных кислот.

      Следовательно, гидроочистка может быть включена в  технологическую схему любого нефтеперерабатывающего завода для очистки и улучшения  качества практически всех нефтепродуктов. 

2 .ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ  И ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ 

      2.1 Процесс гидроочистки дизельных  топлив и топлива для реактивных  двигателей основывается на реакциях  каталитического разложения сернистых,  азотистых и кислородсодержащих  соединений, протекающих в присутствии  катализаторов ГКД-202 и алюмокобольтмолибденовых (АКМ) или других катализаторов, допущенных к производству.

      Одновременно  с реакциями деструкции сернистых, азотистых и кислородсодержащих органических соединений и насыщения  непредельных углеводородов протекают  многочисленные побочные реакции: изомеризации нафтеновых и парафиновых углеводородов, гидрировании ароматических углеводородов, гидрокрекинга и другие.

      2.2. Реакции каталитического разложения  сернистых соединений в присутствии  водорода протекают по следующим  схемам:

      Меркаптаны (тиолы): R – SH + H₂ → RH + H₂S

      Дисульфиды:    RS – SR + 3H₂ → 2RH + 2H₂S

      Сульфиды  ациклические: R – S – R + 2H₂ → RH + RH + H₂S

      Моноциклические:

       Бициклические:

      Тиофены:   

      Бензотиофены:

      Глубина протекания этих реакций зависит  от температуры, парциального давления водорода, активности катализатора и  других факторов.

      Константа равновесия реакции водорода с сернистыми соединениями при температурах от 300⁰ до 400⁰ С достаточно велика, т.е. реакции протекают практически до конца.

      Глубина сероочистки нефтепродуктов гидрированием  может быть доведена до очень большой величины и фактором, лимитирующим глубину сероочистки в процессе гидроочистки, является только скорость реакции гидрирования.

      Скорость  реакции гидрирования сернистых  соединений уменьшается по мере утяжеления фракционного состава сырья. На скорость гидрирования сернистых соединений оказывает влияние наличие в сырье азотистых соединений, а также характер строения самих сернистых соединений. Циклические соединения типа тиофена наиболее трудно поддаются превращениям.

      Скорость  гидрирования сернистых соединений возрастает с повышением температуры и парциального давления водорода.

      Гидроочистка  сернистых нефтепродуктов прямой перегонки  нефти протекает с относительно небольшим выделением тепла от 50 до 84 кДж/кг сырья.

      При реакции гидроочистки одновременно с удалением серы происходит разложение азотистых и кислородсодержащих соединений.

      Реакции гидрирования кислородсодержащих соединений протекают с выделением воды по следующим  схемам: 

      Фенол:         

      Гидроперекись циклогексана:

      Гидроперекись гептана: C₇H₁₅OOH + 2H₂ → C₇H₁₆ + 2H₂O

      Органические  кислоты: R – COOH + 2H₂ → RH + 2H₂O

      Кислородсодержащие  соединения легко реагируют с  водородом. 
 
 

      Реакции азотсодержащих соединений с выделением аммиака протекают по схемам:

      пиридин:  

       хинолин:  

      пирол:

      Азотистые соединения, как правило, подвергаются гидрированию труднее, чем сернистые  и кислородсодержащие соединения.

      2.3 Олефиновые углеводороды в процессе  гидроочистки легко гидрируются,  превращаясь в соответствующие  парафиновые углеводороды: CH₃ – CH = CH – CH₂ –CH₃ +H →C₆H₁₄

      Олефиновые  углеводороды при высоких температурах быстрее углеводородов других классов образуют кокс, который осаждается в печах и на катализаторе.

      2.4 Металлоорганические соединения  в процессе гидроочистки в  равной степени разрушаются, а  выделяющиеся при этом металлы  отлагаются на катализаторе.

      2.5 Основные параметры технологического процесса. Их влияние на гидроочистку дизельных фракций.

      На  процесс гидроочистки влияют следующие  условия: качество сырья, объемная скорость подачи сырья, соотношение объемов  водородсодержащего газа и сырья, объёмная доля водорода в циркулирующем водородсодержащем газе, температура, давление, активность катализатора.

      2.5.1 Качество сырья.

      Технологические условия процесса гидроочистки дизельных  топлив различного происхождения различны и по сравнению с условиями  гидроочистки бензинов и керосинов  более жесткие.

      Скорость  гидрогенизационного обессеривания  уменьшается с увеличением молекулярного  веса очищаемой фракции. Объясняется  это увеличением вязкости фракции  и увеличением содержания тиофеновой серы, трудно удаляемой в процессе гидроочистки.

      При переработке фракций вторичного происхождения характер гидрирования изменяется – концентрация водорода в водородсодержащем газе, должна быть выше.

      Изменение содержания серы, непредельных соединений (йодного числа) влияет на расход водорода и выделение тепла.

      Изменение фракционного состава (температуры вспышки) сырья влечет за собой изменение режима на блоке стабилизации.

2.5.2 Температура

      Процесс гидроочистки дизельных дистиллятов  проводится при температуре 340-420⁰С.

      В начале рабочего цикла устанавливается  минимальная температура, обеспечивающая заданную глубину очистки сырья.

      Правильно выбранный интервал рабочих температур обеспечивает как требуемое качество, так и длительность меж регенерационного пробега и общего срока службы катализатора. Степень обессеривания  возрастает с повышением температуры. Рост степени обессеривания пропорционален повышению температуры до определенных пределов. При температуре выше максимально допустимой увеличивается скорость реакций разложения по сравнению со скоростью реакции гидрирования сернистых соединений, в связи, с чем уменьшается избирательность действия катализатора по отношению к сере и рост степени обессеривания замедляется, возрастает выход газа, легких продуктов и кокса. Увеличивается расход водорода и количество образовавшегося на катализаторе кокса. Поэтому температуру необходимо поддерживать низкой,  насколько это совместимо с требуемым количеством продукта, чтобы свести до минимума скорость дезактивации катализатора.

      Повышение температуры выше допустимой ускоряет реакции закоксовывания катализатора, не увеличивая сколько-нибудь существенно глубины очистки. Срок службы катализатора при этом существенно сокращается.

2.5.3 Давление

      С ростом общего давления в процессе, при прочих равных условиях, растет парциальное давление водорода, что ускоряет реакцию гидрирования и способствует уменьшению возможности отложения кокса на катализаторе. Суммарное парциальное давление водорода слагается из раздельных влияний общего давления, концентрации водорода в циркуляционном газе и отношения водород-углеводородное сырье. Хотя все положительные результаты достигаются за счет увеличенного расхода водорода, целесообразно поддерживать и общее давление и содержание водорода в циркуляционном газе на максимально высоком уровне, насколько это допускается ресурсами свежего водородсодержащего газа и экономическими соображениями.

      Заметное  влияние парциального давления водорода на глубину гидроочистки в интервале  значений от 1,0 до 5,0 МПа. Выше 5,0 МПа  влияние давления на качество гидроочистки незначительно.

2.5.4 Объёмная  скорость

      Глубина очистки сырья зависит от объёмной скорости подачи сырья. Объёмной скоростью  называется отношение объёма жидкого  сырья, подаваемого в реактор  за 1 час, к общему объёму катализатора:

      Размерность объёмной скорости

      С уменьшением объёмной скорости увеличивается  глубина очистки сырья.

      Объёмная  скорость, а, следовательно, количество загружаемого катализатора, выбирается в зависимости от содержания серы в сырье, необходимого содержания серы в гидрогенизате и активности гидрирующего катализатора.

      При гидроочистке прямогонных дистиллятов  из сернистых нефтей (содержание серы не выше 1,0 % масс.) объёмная скорость подачи сырья составляет 2,3 – 6,0 час^-1. Увеличение объёмной скорости жидкого сырья или уменьшение продолжительности контакта при скорости жидкого сырья ведет к снижению интенсивности всех каталитических и термических реакций. Однако при этом уменьшается расход водорода и образование кокса на катализаторе.

      Объемная  оптимальная скорость для каждого  конкретного вида сырья определяется опытным путем, при этом необходимо учитывать и другие факторы: тип  и состояние катализатора, температуру, парциальное давление водорода, которые  также влияют на степень обессеривания.

      Для достижения требуемого качества топлива  при высоких объёмных скоростях  требуется ужесточение режима, т.е. применение более высоких температур и парциальных давлений. Ужесточение  режима в значительно большей  мере отражается на ухудшении экономических показателей, чем некоторое увеличение реакционного объёма.

2.5.5.Отношение  водород: углеводородное сырье

      При неизменных температуре, объёмной скорости и общем давлении отношение водород-углеродное сырье влияет на долю испаряющихся углеводородов, парциальное давление водорода и продолжительность контакта с катализатором. Каждый из этих факторов в свою очередь влияет на степень гидроочистки.

      Приемлемая  степень обессеривания (выше 94%) обеспечивается при изменении мольного отношения  водород-углеводородное сырье в довольно широких пределах: от 5:1 до 15:1.

      В промышленной практике объёмное отношение  водород- углеводородное сырье или  кратность циркуляции выражается отношением объёма водорода при нормальных условиях к объёму сырья. С точки зрения экономичности процесса заданное отношение целесообразно поддерживать циркуляцией водородсодержащего газа. В этом случае большое значение приобретает концентрация водорода в циркуляционном газе:

       Концентрация водорода, % об.   100 90 80 70    60

      Отношение водород:

      углеводородное  сырье   200 220 250 286 300

       Таким образом, чем ниже концентрация водорода в циркуляционном газе, тем больше его нужно подавать на 1 м³ сырья для обеспечения заданного отношения водород-углеводородное сырье.

      Увеличение  отношения циркуляционный газ – сырье в значительной степени определяет энергетические затраты. Кроме того, нужно иметь в виду, что с понижением концентрации водорода в циркуляционном газе несколько уменьшается безрегенерационный цикл работы катализатора. Если по условиям эксплуатации отсутствует возможность повысить концентрацию водорода в циркуляционном газе на входе в реактор до оптимального значения, то следует идти по пути повышения общего давления в системе (и, как следствие, повышение парциального давления водорода).

      Увеличение отношения водород: сырье и, соответственно, повышение кратности циркуляции водородсодержащего газа влияет на фазовое состояние газо-сырьевой смеси на входе в реактор. При одних и тех же температуре и давлении снижение кратности циркуляции способствует сдвигу равновесия в сторону образования жидкой фазы, и наоборот, повышение кратности циркуляции способствует образованию паровой углеводородной фазы. Аналогичный эффект можно получить, изменяя давление в системе при постоянных кратности и температуре.

      Снижение  давления сдвигает равновесие в сторону  образования паров, повышение –  жидкости.

      Активность  катализатора

      Высокая активность катализатора позволяет  проводить процесс с более  высокой объёмной скоростью и  увеличивает глубину обессеривания.

      Свежий  катализатор ГКД-202 должен иметь индекс активности не менее 85%.

      Свежий  катализатор АКМ должен иметь  относительную активность по обессериванию  дизельного топлива не менее 96%.

      В первоначальный момент активность свежего  или отрегенерированного катализатора не достигает максимальной величины. Для достижения необходимого уровня активности он подвергается активации сульфидированием, при этом окисные формы активных элементов никеля, молибдена и кобальта переходят в более активные – сульфидные.

      В процессе эксплуатации активность катализатора снижается за счет кокса на поверхности катализатора. Если коксообразование произошло при резких падениях давления в системе, повышении температуры на входе в реактор выше допустимой, прекращении циркуляции водородсодержащего газа, то для восстановления активности катализатора проводят его паро-воздушную регенерацию.

      Постепенно  катализатор «стареет» за счет рекристаллизации и изменения структуры поверхности, а также из-за адсорбции на поверхности  катализатора металлоорганических  и других веществ, блокирующих активные центры. В этом случае активность катализатора теряется безвозвратно и его заменяют свежим. 

      3. СЫРЬЕ И ПРОДУКЦИЯ 
 

      Характеристика  исходного сырья, материалов, реагентов  катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой  продукции [10] приведена в таблице 3.1.

      Таблица 3.1. – Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции.

4. ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ 

       Технологические схемы установок гидроочистки, как  правило, включают блоки: реакторный, стабилизации, очистки газов от сероводорода, компрессорную. Блоки установок, перерабатывающих различное сырье, имеют свои особенности. Схемы установок различаются вариантом подачи ВСГ (с циркуляцией или "на проток"), схемой узла стабилизации (с обычной отпаркой при низком давлении с помощью печи или рибойлера; с поддувом водяного пара или нагретого ВСГ при повышенном давлении; с дополнительной разгонкой под вакуумом), вариантом регенерации раствора МЭА (непосредственно на установке гидроочистки или централизовано в общезаводском узле), способом регенерации катализатора (газовоздушный или паровоздушный).

       На  установке гидроочистки керосина, дизельного топлива, вакуумного дистиллята применяется  только циркуляционная схема подачи ВСГ. На блоках предварительной гидроочистки бензина – сырья риформинга применяются  схемы как с циркуляционной подачей ВСГ, так и "на проток". Каждая схема имеет свои преимущества.

       В схеме с циркуляцией в реакторе легко поддерживается постоянное соотношение  водород: сырье, для увеличения межрегенерационного  периода работы катализатора можно повышать это соотношение в рекомендуемых пределах. Наличие на установке циркуляционного компрессора дает возможность проводить газовоздушную регенерацию.

       Схема "на проток" предусматривает жесткую  связь каталитического риформинга с гидроочисткой. При применении этой схемы весь избыточный газ риформинга проходит через блок гидроочистки. Схема удобна в эксплуатации, более проста по аппаратурному оформлению, но жесткая связь гидроочистки с риформингом отражается на режиме и гибкости регулирования процесса гидроочистки.

       Выбор схемы обуславливается качеством  гидроочищаемого сырья. Обычно схема  с циркуляцией ВСГ используется при обессеривании бензиновой фракции  с повышенным (более 0,1%) содержанием  сернистых соединений и непредельных углеводородов. Схема "на проток" применяется для гидрообессеривания прямогонных фракций с содержанием сернистых соединений менее 0,1%.

       Различия  в применяемых схемах диктуется  видом гидроочищаемого сырья, ресурсами  ВСГ и пара на НПЗ.

       В данном дипломном проекте применена  циркуляционная схема подачи ВСГ, узел стабилизации с обычной отпаркой при низком давлении с помощью печи, регенерацией раствора МЭА непосредственно на установке и регенерацией катализатора газовоздушным способом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 ОПИСАНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 

      5.1. На установке гидроочистки дизельного  топлива производится очистка  прямогонной фракции дизельного  топлива или смеси прямогонной  фракции дизельного топлива с  легким каталитическим газойлем.  

      5.2. Установка включает следующие блоки:

1. Реакторный блок;
2. Блок стабилизации;
3. Блок очистки водородсодержащего газа;
4. Блок очистки углеводородных газов и регенерации насыщенного раствора МЭА общий для обоих потоков.

      5.3 Реакторный блок 

      Сырье из промежуточных резервуарных парков при постоянном давлении до 0,6 МПа (6,0 кгс/см²) через фильтры поступает на прием сырьевого насоса 1 и подается в тройник смешения с водородсодержащим газом, поступающим от центробежного компрессора 16.

      Загрузка  реакторного блока осуществляется с таким расчетом, чтобы объёмная скорость подачи сырья не превышала:

      при очистке фракции дизельного топлива:  4,5

        Водородсодержащий газ на прием компрессора 16 поступает из заводского коллектора через газосепаратор.

      Газо-сырьевая смесь после тройника смешения проходит межтрубное пространство сырьевых теплообменников 2,4,6, где нагревается потоком газопродуктовой  смеси и поступает в коллектор  камеры конвекции печи 3. Для равномерного распределения газо-сырьевой смеси  на входе в печь 2 по потокам установлены 4 задвижки. Под давлением не более 5,2 МПа (52 кгс/см²) из коллектора газо-сырьевая смесь четырьмя потоками проходит последовательно змеевики конвекционной и радиантной камер и, объединившись в один поток, с температурой 310-400⁰ С поступает в   реактор 3. Отопление печей – комбинированное газожидкостное.

      Топливный газ к форсункам печи 3 подается из заводской сети после отделения  газового конденсата в каплеуловителе и нагрева газа в подогревателе  до температуры 60-80⁰ С.

      Давление  топливного газа пред форсунками печей  должно быть в пределах 0,10-0,25 МПа (1,0-2,5 кгс/см²).

      Для обеспечения продувки линий топливного газа коллекторы топливного газа печей  соединены с линией сброса газов  на свечу в атмосферу.