Основные технико-экономические показатели процесса риформинга

Содержание

Введение

 

1. Технологическая  часть

 

1. Характеристика сырья и готовой продукции
2. Теоретические основы процесса
3. Применение готовой продукции
4. Проектирование и подробное описание технологических схем
5. Нормы технологического режима
6. Автоматизация технологического процесса
7. Разработка специального вопроса по теме дипломного проекта
8. Охрана труда
9. Охрана окружающей среды

 

2. Расчетная часть 

2.1 Материальный баланс  процесса

2.2 Материальный баланс  аппаратов 

2.3 Тепловые балансы 

2.4 Расчет основных конструктивных размеров аппаратов

2.5 Выбор и характеристика  основного оборудования 

 

3. Экономическая  часть 

 

3.1 Использование основных  фондов 

3.2 Расчет численности  и фонда заработной платы 

3.3 Расчет себестоимости 

3.4 Расчет технико –  экономических показателей и эффективности

 

4. Литература 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бензины являются одним из основных видов горючего для двигателей современной техники. Автомобильные и мотоциклетные, лодочные и авиационные поршневые двигатели потребляют бензины. В настоящее время производство бензинов является одним из главных в нефтеперерабатывающей промышленности и в значительной мере определяющим развитие этой отрасли.

Развитие производства бензинов связано со стремлением улучшить основное эксплуатационное свойство топлива - детонационную стойкость бензина, оцениваемую октановым числом.

Каталитический риформинг бензинов является важнейшим процессом современной нефтепереработки и нефтехимии. Он служит для одновременного получения высокооктанового базового компонента автомобильных бензинов, ароматических углеводородов - сырья для нефтехимического синтеза - и водородосодержащего газа - технического водорода, используемого в гидрогенизационных процессах нефтепереработки. Каталитический риформинг является в настоящее время наиболее распространенным методом каталитического облагораживания прямогонных бензинов. Установки каталитического риформинга имеются практически на всех отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах. В настоящее время в качестве топлива для автомобилей используются автомобильные бензины, дизельные топлива, спирты, сжатые и сжиженные газы.

Основные технико-экономические показатели процесса риформинга.

Эксплуатационные расходы в процессе каталитического риформинга складываются в основном из расходов на сырье, пар, воду и электроэнергию, на замену катализатора, рабочую силу, из расходов по уходу за оборудованием и на его ремонт и, наконец, на амортизацию. Основные эксплуатационные расходы при выпуске бензина с октановым числом 93 по исследовательскому методу распределяются примерно следующим образом: исходное сырье 80-85%, энергетические расходы 8-11% и замена ( расход ) катализатора около 8%. Распределение капиталовложений следующее: около 68% на оборудование и до 32% на загруженный в систему катализатор.

Анализ в условиях США основных факторов при выборе схемы каталитического риформинга для выпуска бензина с октановым числом 93 по исследовательскому методу показал, что минимальные капиталовложения требуются для процесса без регенерации катализатора; минимальные эксплуатационные расходы получены при проведении регенерации в резервном реакторе в процессе ультраформинг.

По другим данным, при выпуске бензина с октановым числом 95-100 по исследовательскому методу в процессе без регенерации стоимость катализатора, вследствие необходимости его замены, резко увеличивается по мере повышения октанового числа выпускаемого риформинг-бензина. Особенно сильно это сказывается в случае переработки сырья с высоким содержанием парафиновых углеводородов. Применение регенереруемого катализатора непосредственно в установках каталитического риформинга позволило значительно снизить затраты при получении высокооктановых бензинов.

Экономическая эффективность повышения октанового числа автомобильных бензинов характеризуется данными таблицы 3.

Таблица 3

Показатели	Автомобильный бензин
при цене нефти 100 $/т	А-72	А-76	АИ-93
Приведенные затраты,$
на получение 1 т бензина	154,96	157,38	164,77
на 100 ткм работы               автотранспорта	0,646	0,609	0,537
Экономический эффект на 1 т нефти,$	-	6,28 ( по сравнению с А-72 )	13,93 ( по сравнению с А-76 )

 

Применение высокооктановых бензинов способствует не только повышению топливной экономичности, но и снижению металлоемкости двигателя, увеличению его мощности и длительности межремонтного пробега автомобиля. Поэтому экономически целесообразно развивать производство автомобильных бензинов в направлении повышения их качества путем внедрения высокоэффективных вторичных процессов, в том числе и процесса каталитического риформинга. Это позволит более эффективно использовать нефтяные ресурсы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.Сырьем каталитического риформинга служат бензиновые фракции с началом кипения не ниже 60-62оС, поскольку в самых легких фракциях бензина не содержатся углеводороды с шестью атомами углерода и присутствие легких фракций в сырье вызывает ненужное газообразование. Обычно риформингу подвергают фракцию, выкипающую в пределах 85-180оС. Повышение конца кипения способствует коксообразованию и потому нежелательно. С повышением начала кипения растет выход бензина, так как более тяжелые нафтеновые и парафиновые углеводороды легче подвергаются ароматизации. Однако фракции с началом кипения 105 или 140оС применяют обычно в тех случаях, когда более легкие фракции направляют на отдельную установку риформинга для получения индивидуальных ароматических углеводородов.

Решающее значение имеет углеводородный состав исходного бензина: чем больше сумма нафтеновых и ароматических углеводородов в бензине, тем селективнее процесс, т.е. тем больше выход катализата и соответственно меньше выход продукта побочных реакций гидрокрекинга - углеводородного газа.

Подготовка сырья риформинга включает ректификацию и гидроочистку. Ректификация используется для выделения определенных фракций бензинов в зависимости от назначения процесса. При гидроочистке из сырья удаляют примеси ( сера, азот и др. ), отравляющие катализаторы риформинга, а при переработке бензинов вторичного происхождения подвергают также гидрированию непредельные углеводороды.

Автомобильные бензины являются смесями бензиновых дистиллятов прямой перегонки, термического крекинга, платформинга и каталитического крекинга.  
По мере совершенствования процессов каталитического крекинга и риформинга доля дистиллятов этих процессов в автомобильных бензинах увеличивается за счет снижения доли дистиллятов прямой перегонки и термического крекинга.

По внешнему виду бензина оценивают его цвет и прозрачность.  
Неэтилированные бензины бесцветны (желтоватый оттенок цвета неэтилированного бензина бывает вызван наличием в нем смолистых веществ).  
Этилированные бензины специально окрашивают в предупреждающий ярко-желтый или оранжево-красный цвет, так как тетраэтилсвинец (ТЭС), содержащийся в них, ядовит. 

Для обеспечения надежной работы автомобильных двигателей на всех режимах бензины должны обладать: высокой детонационной стойкостью; оптимальным фракционным составом; малым содержанием смоло- и нагарообразующих соединений и коррозионно-агрессивных веществ; высокой стабильностью состава при хранении.

Бензины в качестве топлива для двигателей должны также: надежно и бесперебойно подаваться из резервной емкости (топливного бака автомобиля) в систему питания двигателя; образовывать топливовоздушную смесь требуемого состава; обеспечивать нормальное и полное сгорание топливовоздушной смеси без возникновения детонации; не провоцировать развития коррозии и коррозионного износа деталей двигателя, а также образования отложений во впускном трубопроводе, камерах сгорания и на других деталях и поверхностях двигателя. Свойства и качества бензинов в течение номинального времени должны оставаться практически неизменными при хранении, перекачке и транспортировке.

К свойствам бензинов, отвечающим в полном объеме всем эксплуатационным требованиям, относятся: физико-химические свойства, испаряемость и фракционный состав, детонационная стойкость, их стабильность и противокоррозионные свойства. В отдельную группу свойств бензинов выделены экологические требования к ним.

Оценку физико-химических свойств автомобильных бензинов производят по внешнему виду, наличию механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей, а также по их плотности. В этой же группе эксплуатационных требований к топливам рассматриваются и низкотемпературные свойства бензинов. В пробирку добавляют 1 -2 капли 1 -процентного спиртового раствора фенолфталеина. При наличии в бензине щелочей водный раствор (вытяжка) в пробирке окрасится в малиновый цвет, а при отсутствии щелочей водная вытяжка останется бесцветной или слегка побелеет. Бензин может быть допущен к применению только при условии полного отсутствия в нем водорастворимых кислот и щелочей.  Плотность и вязкость бензина — регламентированные параметры его качества. В карбюраторных двигателях применение бензина со значительно пониженной плотностью может привести к повышению его уровня в поплавковой камере карбюратора и самопроизвольному вытеканию из распылителя.

Плотность бензина определяют ареометром, гидростатическими весами и пикнометром. Метод определения плотности ареометром используется чаще благодаря своей простоте и быстроте, хотя он и менее точен по сравнению с двумя другими.

Для определения плотности в стеклянный цилиндр по стеклянной палочке осторожно наливают бензин. Температура бензина и температура помещения, где производится измерение плотности, не должны различаться более чем на 5 "С. Чистый и сухой ареометр (нефтеденсиметр) с ценой деления 0,0005 г/см3 медленно погружают в бензин до момента его свободной плавучести и производят отсчет по верхнему краю мениска. При этом температуру бензина определяют термометром. Если температура бензина в момент определения его плотности отличается от стандартной температуры +20 °С, нормируемой ГОСТом, то производят расчет плотности с учетом температурной поправки по формуле

Рго = р, + Y(t - 20),

где р20 — плотность бензина при температуре +20 *С, кг/м3; р, — плотность бензина при температуре замера, кг/м3; t — температура бензина в момент замера, 'С; у — температурная поправка плотности бензина, определяемая по табл. 1.1.

Плотность бензина с понижением температуры на каждые 10 °С возрастает примерно на 1 %.  По внешнему виду бензина оценивают его цвет и прозрачность. Неэтилированные бензины бесцветны (желтоватый оттенок цвета неэтилированного бензина бывает вызван наличием в нем смолистых веществ). Этилированные бензины специально окрашивают в предупреждающий ярко-желтый или оранжево-красный цвет, так как тетраэтилсвинец (ТЭС), содержащийся в них, ядовит.

Прозрачность бензина в соответствии с ГОСТом определяется в стеклянном цилиндре. Бензин, налитый в цилиндр, должен быть совершенно прозрачным и не должен содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра посторонних примесей, в том числе и воды. Мутность бензина при комнатной температуре вызывается обычно наличием в нем воды (в виде эмульсии) или механических примесей. Такое топливо перед применением подвергают отстою и фильтрации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Бензиновые фракции  разных нефтей отличаются по  содержанию нормальных и разветвленных  парафинов, пяти- и шестичленных  нафтенов, а также ароматических  углеводородов. Однако распределение углеводородов в каждой из этих групп в достаточной мере постоянно. За исключением бензинов нафтеновых нефтей, производство которых весьма ограниченно, среди парафинов значительно преобладают углеводороды нормального строения и монометилзамещенные структуры. Относительное содержание более разветвленных изопарафинов невелико. Нафтены представлены преимущественно гомологами циклопентана и циклогексана с одной или несколькими замещающими алкильными группами. Такой состав, при содержании 50-70% парафинов и 5-15% ароматических углеводородов в бензинах, обуславливает их низкую детонационную стойкость. Октановые числа бензиновых фракций, подвергаемых каталитическому риформингу, обычно не превышают 50. Каталитический риформинг - сложный химический процесс, включающий разнообразные реакции, которые позволяют коренным образом преобразовать углеводородный состав бензиновых фракций и тем самым значительно улучшить их антидетонационные свойства.

Основой процесса служат три типа реакций. Наиболее важны перечисленные ниже реакции, приводящие к образованию ароматических углеводородов: дегидрирование шестичленных нафтенов, дегидроизомеризация пятичленных нафтенов, ароматизация ( дегидроциклизация ) парафинов.

Изомеризация углеводородов - другой тип реакций, характерных для каталитического риформинга. Наряду с изомеризацией пятичленных и шестичленных нафтенов изомеризации подвергаются как парафины, так и ароматические углеводороды.

Существенную роль в процессе играют реакции гидрокрекинга. Гидрокрекинг парафинов, содержащихся в бензиновых фракциях, сопровождается газообразованием, что ухудшает селективность процесса. С другой стороны, аналогичная реакция гидродеалкилирования алкилбензолов позволяет увеличить выход низкомолекулярных гомологов бензола, которые представляют наибольший практический интерес.

Элементарные стадии ряда приведенных реакций предопределяются бифункциональным характером катализаторов риформинга. С одной стороны, они содержат один металл (платину) или несколько металлов ( например, платину и рений, или платину и иридий ), которые катализируют реакции гидрирования и дегидрирования. С другой стороны, носителем служит промотированный галогенами оксид алюминия, обладающий кислыми свойствами и катализирующий реакции, свойственные катализаторам кислотного типа. Поэтому разные элементарные стадии реакции могут протекать на различных участках поверхности катализатора: металлических или кислотных.

Образующиеся при дегидрировании непредельные углеводороды ( олефины, циклоолефины и др. ) могут превращаться в более высокомолекулярные соединения и тем самым способствовать образованию кокса на катализаторе, а следовательно его дезактивации.

Сырье каталитического риформинга обычно подвергают гидрогенизационной очистке, после чего в нем остается крайне незначительное количество примесей, в частности серу- и азотосодержащих соединений, являющихся каталитическими ядами. В условиях каталитического риформинга они подвергаются гидрогенолизу с отщеплением сероводорода и аммиака. Например:

RSR + 2H2 ® 2RH + H2S

RNHR + 2H2 ® 2RH + NH3

 

Каталитический риформинг - один из крупнотоннажных процессов современной нефтеперерабатывающей промышленности. Суммарная мощность каталитического риформинга шести наиболее развитых стран составляет ~270 млн. т/год по сырью.

При классификации различных модификаций каталитического риформинга за основу принимают систему окислительной регенерации катализаторов. Наиболее широкое применение нашли процессы риформинга со стационарным слоем катализатора, для которых условия процесса выбраны таким образом, чтобы обеспечить длительность межрегенерационного цикла 0,5-1 год и более.

В таблице 1 приведены сведения о промышленном использовании процессов риформинга, разработанных зарубежными фирмами. Данные о числе установок и их суммарной мощности относятся к началу 1980 г. и включают как действующие, так и проектируемые установки. Удельные капиталовложения ( в расчете на 1 куб. м суточной мощности ) даны в ценах 1978 г. Капиталовложения и энергозатраты приведены применительно к современным установкам большой единичной мощности и в большинстве случаев не включают затраты на гидроочистку сырья.

Таблица 1

Зарубежные процессы каталитического риформинга

 

Процесс,	Тип	Число	Суммарная мощность,	Удельные капитало-		Энергозатраты на 1 м3 сут. мощности
фирма	установок	уста-новок	тыс.куб. м/раб.сут	вложения тыс.$/м3	электро-энергия, квтч		топли-во,МДж	охлаж-дающая вода,м3
Платформинг, UOP	Полурегенера-тивный	420	-	-	-		-	-
Платформинг, UOP	Непрерывная регенерация	80	-	-	-		-	-
Гудриформинг, Houdry	Полурегенера-тивный	-	40	4.6	24		2.1	4.8
Ультраформинг, Standard Oil Co	Циклический	39	84	4.4-6.3	12-31		1.5-2.0	1.0- 1.7
Пауэрформинг, Ex-xon Research and Engineering Co	Полурегенера-тивный или циклический	95	223	2.4-4.4	19-38		1.3-2.1	0.2- 1.7
Каталитический риформинг, магна-форминг,Engelhard Industries	Полурегенера-тивный	155	286	5.7-8.5	44		1.6	3.6

 

Отечественные промышленные установки.

Внедрение процесса каталитического риформинга в России началось со строительства в 1955 г. опытных установок. В 1962-1963 гг. на ряде заводов были введены в строй первые промышленные установки типа Л-35-5 и Л-35-6.

Совершенствование процесса каталитического риформинга прежде всего связано с повышением эффективности применяемых катализаторов. Свойства катализаторов в значительной мере предупредили технологию риформинга. Одновременно происходило совершенствование аппаратурного оформления процесса.

На первом этапе развития процесса каталитического риформинга широко применялись алюмоплатиновые катализаторы на основе фторированного оксида алюминия ( АП-56 ). На установках риформинга не была предусмотрена очистка сырья от серы и других каталитических ядов. Для снижения отравляющего действия серы на катализатор, образующийся в процессе риформинга сероводород абсорбировался из циркулирующего газа раствором моноэтаноламина, последующая осушка газа проводилась абсорбцией влаги диэтиленгликолем.

Переход к переработке гидроочищенного сырья ( сооружение блоков типа Л-24/300 для установок Л-35-5 и Л-35-6, ввод в действие установок Л-35-11/300 и Л-35-11/600 с блоками гидроочистки ) привел к резкому снижению в нем контактных ядов, особенно серы, что позволило вовлечь в реакцию дегидроциклизации парафины и повысить октановые числа риформатов до 76-80.

Ниже приведена типовая схема отечественной установки каталитического риформинга типа Л-35-11/600 мощностью 600 т/год. Ввиду высокой чувствительности платинового катализатора к присутствию серы, азота и других вредных компонентов в сырье блоку риформинга предшествует блок гидроочистки.

Сырье, подаваемое насосом, смешивается после компрессора с водородосодержащим газом, циркулирующим в блоке гидроочистки. Смесь сырья и водородосодержащего газа подогревается в теплообменниках и первой секции печи ( до ~330оС ) и входит в реактор гидроочистки.

В процессе гидроочистки сернистые соединения бензина превращаются в сероводород. Одновременно происходит частичное разложение сырья, и смесь очищенного сырья, циркуляционного газа, сероводорода и продуктов разложения, охладившись в системе регенерации тепла и конденсаторе-холодильнике, поступает в газосепаратор. Здесь из бензина отделяется газ, который далее в колонне очистки освобождается от сероводорода и углеводородного газа в стабилизационной колонне и после этого насосом направляется в блок риформинга.

Реакторный блок риформинга представлен четырьмя реакторами и тремя секциями печи. Поскольку риформинг протекает со значительным эндотермическим тепловым эффектом, необходим подогрев не только первичного сырья, но и продукта его частичного превращения. Для повышения парциального давления водорода в блоке риформинга также применяется циркуляция водородосодержащего газа, подаваемого на смешение с сырьем компрессором.

Смесь гидроочищенного сырья и водородосодержащего газа, пройдя систему теплообменников и вторую секцию печи, входит в первый реактор с температурой ~ 500oC. В первом реакторе превращается большая часть сырья ( главным образом нафтеновые углеводороды ), что сопровождается падением температуры в реакторе. Ввиду того, что скорость реакции в результате снижения температуры уменьшается, смесь непрореагировавшего сырья с продуктами реакции вновь возвращается в печь ( в третью ее секцию ), далее поступает во второй реактор риформинга, снова возвращается в печь ( в четвертую секцию ) и, наконец, двумя параллельными потоками проходит в третий и четвертый реакторы.

Дегидроциклизация парафиновых углеводородов и гидрокрекинг протекают значительно медленнее и в более жестком режиме, чем дегидрогенизация нафтенов. Поэтому целесообразно распределять катализатор по реакторам неравномерно, загружая большую его часть в последние по ходу сырья реакторы. Обычно платиновый катализатор распределяется между 1, 2 и 3-4 реакторами в соотношении, равном 1:2:4. Из этих же соображений температуры промежуточного нагрева частично превращенного сырья в 3- и 4-й секциях печи несколько выше, чем исходного.

Конечные продукты реакции, пройдя теплообменники и холодильники, поступают в газосепаратор высокого давления для выделения водородосодержащего газа. Постоянный объем газа возвращается после осушки на цеолитах в адсорберах в систему циркуляции. Избыток газа обычно используется на заводе для гидроочистки нефтепродуктов, в частности на блоке гидроочистки описываемой установки.

Катализат из газосепаратора высокого давления перетекает в газосепаратор низкого давления, где выделяется часть сухого газа. Стабилизация катализата завершается во фракционирующем адсорбере и стабилизационной колонне, с верха которых уходят соответственно легкие и тяжелые компоненты газа. С низа колонны выводится стабильный катализат. Низ колонны и адсорбера обогревается за счет циркуляции части нижних продуктов через печь.

Второй этап развития процесса риформинга связан с применением хлорсодержащего алюмоплатинового катализатора АП-64 и с использованием ряда новых технологических приемов: а) ужесточение требований к предварительной гидроочистке сырья; б) нормирование концентрации водяных паров в зоне реакции путем отпарки гидроочищенного сырья и осушки циркулирующего газа на цеолитах; в) подача небольших количеств хлорорганических соединений в зону реакции; г) снижение рабочего давления.

При переводе установок на новые катализаторы были усилены узлы отпарки гидрогенизата, установлены адсорберы с цеолитами для осушки циркуляционнго газа блоков риформинга, смонтированы дозировочные насосы для подачи хлорорганических соединений в реакторы.

Использование промотированных хлором катализаторов и изменения технологии процесса позволили производить риформат с октановым числом 95.

Тенденция к укрупнению привела к созданию и широкому промышленному использованию установки каталитического риформинга Л-35-11/1000 мощностью по сырью 1 млн т/год. Ниже даны технико-экономические показатели установок каталитического риформинга различной мощности ( в тыс. т/год ):

Таблица 2

 

	300	600	1000
Себестоимость бензина риформинга с октановым числом 95, %	100	95	91
Удельные капиталовложения, %	100	79	67
Приведенные затраты, %	100	93	88
Производительность труда, тыс. т/чел.	9,1	15,6	31,5
Удельная металлоемкость, кг/т	10,2	7,9	3,6

 

Третий этап развития процесса каталитического риформинга связан с применением высокостабильных полиметаллических катализаторов серии КР.

Высокая стабильность полиметаллических катализаторов и хорошая регенерационная способность обеспечивают большие сроки их службы. Преимущества полиметаллических катализаторов были в значительной мере использованы на вошедших в эксплуатацию установках ЛЧ-35-11/1000.

При переводе действующих установок риформинга на полиметаллические катализаторы серии КР технико-экономические показатели их работы повышаются, чему способствует ряд факторов. Стоимость полиметаллических катализаторов ниже стоимости монометаллических вследствие более низкого содержания платины. Высокая стабильность полиметаллических катализаторов обеспечивает более длительный межрегенерационный период их работы, в частности в жестких условиях процесса; она позволяет также осуществлять процесс при более низких давлениях, не опасаясь быстрого закоксовывания катализатора, что обеспечивает увеличение выходов целевых продуктов реакции ( в том числе бензина риформинга ). Селективность полиметаллических катализаторов, вследствие высокой их стабильности, снижается значительно медленнее, чем селективность катализаторов монометаллических. Поэтому выход целевых продуктов риформинга за весь реакционный период выше при работе на полиметаллических катализаторах.