Установка гидроочистки

Министерство  образования и науки РФ

ФГОУ  СПО «Новокуйбышевский нефтехимический техникум» 
 
 
 
 

Реферат 

Предмет: ХТНГ

По теме: Установка гидроочистки 
 
 
 
 

Выполнил:                                              Проверил:

Студент гр.305-ТНГ Преподаватель

Краснощекова  Наталия Ушакова Л.И 
 
 
 
 
 
 
 

Новокуйбышевск

2011 год

Содержание:

1. Введение
1. Показатели качества Б
2. Показатели РТ
3. Показатели ДТ
4. Показатели качества смазочных масел
5. Способы разделения газа и нефти
6. Определения (о.ч., ц.ч., л.ч., вязкость, плотность, фракция)
7. Присадки
1. Присадки к маслам
2. Присадки к РТ
3. Присадки к ДТ
8. УВ, входящие в состав Б
9. УВ, входящие в состав РТ
10. УВ, входящие в состав ДТ
11. УВ, входящие в состав масел
12. Вещества, загрязняющие окружающую среду. Их ПДК
13. Увеличение октанового числа
2. Установка гидроочистки
1. Назначение
2. Сырье
3. Продукты
4. Основные параметры процесса
5. Технологическая схема
6. Химизм и механизм процесса
7. Основные аппараты
1. Реактор с аксиальным вводом
8. Техника безопасности и аварии на установке
9. Материальный баланс
10. Кроссворд
11. Характеристика катализатора

2.11.1.ВСГ

12. Оборудование на установке

2.12.1.Трубчатая  печь

2.12.2.Сепаратор

2.12.3.Стабилизационная  колонна

2.12.4.Абсорбер

13. Перспективы развития процесса.
14. Литература

                                                   1.Введение.

1. Показатели качества бензинов:
1. Октановое число
2. Фракционный состав – температура начала кипения – температура, при которой отгоняется 10,50,90 и 97,5 %.

10% - определяет пусковые свойства топлива;

50% - быстроту прогрева двигателя;

90 и 97,5% - полноту испарения и равномерное распределение топлива по цилиндрам.

3. Давление насыщенных паров – не должно образовывать газовых пробок в топливо подающей  системе.
4. Химическая стабильность – при хранении в топливе не образуется смол. Для увеличения хим. стабильности к топливам добавляют антиокислительные присадки, которые значительно тормозят реакции окисления. О хим. стабильности топлив судят по двум показателям :

• содержанию фактических смол;
• по длительности индукционного периода.

           Индукционным периодом называется  время, в течении которого бензин  в условиях испытания в бомбе  под давлением кислорода 0,7 мПа  при 100°С практически не поглощает кислорода.

5. Топливо не должно вызывать коррозии деталей двигателя. Это контролируется по следующим нормируемым показателям качества:

• Кислотность;
• Общее содержание серы;
• Содержание водорастворимых  кислот и щелочей;
• Присутствие активных сернистых соединений.

6. Авиационные топлива не должны застывать и выделять кристаллы при температуре -60°С

7. Цвет;
8. Температура вспышки;
9. Теплота сгорания топлива;
10. Содержание аренов;
11. Содержание алкенов.

2.  Показатели  качества реактивного топлива  (керосина):
1. Теплота сгорания;
2. Полнота сгорания;
3. Люминометрическое число;
4. Содержание аренов;
5. Содержание серы;
6. Фракционный состав;
7. Вязкость;
8. Термостабильность;
9. Высота некоптящего пламени.
3. Показатели качества дизельного топлива:
1. Цетановое число;
2. Фракционный состав;
3. Вязкость;
4. Температура застывания;
5. Коксуемость;
6. Содержание серы;
7. Кислотность;
8. Температура вспышки;
9. Температура помутнения;
10. Плотность.
4. Показатели качества смазочных масел:

1. Вязкость;
2. Температура застывания;
3. Хим. стабильность по отношению к кислороду воздуха;
4. ИВ
5. Термическая стабильность;
6. Температура вспышки;
7. Цвет;
8. Плотность;
9. Содержание серы;
10. Коксуемость;
11. Кислотное число.

5. Способы разделения газа и нефти:

1. Первичная перегонка – на практике нефть  нужно разделить на фракции, отличающиеся по пределам выкипания. Это разделение проводят на установках первичной переработки нефти с применением различных процессов.
2. Ректификация – процесс разделения смеси, основанный на многократном испарении с последующей конденсацией. Процесс осуществляется в ректификационных колоннах, снабженных специальными устройствами, ректификационными тарелками  или насадкой, которые позволяют создать тесный контакт между паром, поднимающимся вверх по колонне, и жидкостью, стекающей вниз.
3. Перегонка – при перегонке смесь нагревают и охлаждают, получая 2 фракции: вверх уходит дистиллят, вниз – остаток.
4. Адсорбция – процесс разделения смеси с помощью твердого поглотителя – адсорбента.
5. Абсорбция – процесс разделения смеси с помощью жидкого поглотителя – абсорбента.
6. Экстракция – дробный процесс разделения смеси с применением растворителей.
7. Кристаллизация – применяют для отделения твердых парафинов, растворимых в нефти. Ее проводят путем вымораживания из растворов в подходящем растворителе.
6. Определения:
1. Октановое число – процентное содержание изооктана в его смеси с нормальным гептанов, эквивалентное по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.
2. Цетановое число – процентное содержание цетана в смеси с альфаметилнафталином , эквивалентное по самовоспламеняемости  испытуемому топливу, при сравнении топлив в стандартных условиях испытания.
3. Люминометрическое число – процентное содержание цетролина в смеси с изооктаном, эквивалентное по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.
4. Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее внутренних слоев относительно друг друга. Различают 3 вида вязкости:

• Динамическая – коэффициент внутреннего трения жидкости, в которой сила в 1 ньютон вызывает взаимное перемещение двух слоев жидкости, находящихся на расстоянии 1м друг от друга. [Па·С]
• Кинематическая – частное отделение динамической вязкости на плотность. [кг/м·с]

• Условная  вязкость – отношение времени  истечения из вискозиметра 200 мл испытуемого  н/п при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С.

5. Плотность различают:

• Абсолютную – масса жидкости, заключенная в единице объема. [кг/]. ρ=
• Относительную – отношение массы н/п, взятого при 20°С, к массе дистиллированной воды, взятой при 4°С, в равных объемах. Величина безразмерная.

6. Фракция –  интервал температур, при котором  выкипает данный углеводород.

7. Присадки.
1. Присадки к маслам:

Присадками называются вещества, добавляемые в небольших  количествах с целью улучшения  эксплуатационных свойств масел.

Различают:

1. Депресаторы – понижают температура застывания;
2. Антиокислительные – увеличивают термоокислительную стабильность;
3. Антикоррозионные – в целях борьбы с коррозией;
4. Противоизносные – увеличивают смазывающую способность;
5. Моющие – способствуют устранению загрязнения поршней, не допускают образования лаковых пленок и пригоранию колец;
6. Антипенные – устраняют вспенивание;
7. Многофункциональные – смесь присадок различного действия, улучшающие различные эксплуатационные показатели. Например, присадка ВНИИ НП-360 – обладает моющими, противоизносными, антиокислительными и антикоррозионными свойствами.
2. Присадки для РТ:

Для улучшения  эксплуатац. св-в реактивных топлив в них вводят присадки (до 2% по массе): антиокислительные (напр., 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол); защитные, предотвращающие электрохим. коррозию (алкилир. пирокатехин и др.); деак-тиваторы металлов, подавляющие их каталитич. действие на окисление топлив [напр., N, N'-бис-(салицилиден)этилен-диамин]; противоизносные (пром. фракции жирных к-т и др.); противообледенительные (напр., этилцеллозольв); антистатические (напр., хромовые соли синтетич. жирных к-т) и др.

3. Присадки к ДТ:

Зимние дизельные  топлива с депрессорными присадками. С 1981 г. вырабатывают зимнее дизельное  топливо марки ДЗп по ТУ 38.101889— 81. Получают его на базе летнего дизельного топлива с tп = -5 °С. Добавка сотых долей присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до -15 °С, температуры застывания до -30 °С и позволяет использовать летнее дизельное топливо в зимний период времени при температуре до -15 °С.

Для применения в районах с холодным климатом при температурах -25 и -45 °С вырабатывают топлива по ТУ 38.401-58-36-92. Согласно техническим условиям получают две марки топлива: ДЗп-15/-25 (базовое дизельное топливо с температурой помутнения -15 °С, товарное — с предельной температурой фильтруемости -25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАп-35/-45 (базовое топливо с температурой помутнения -35 °С, товарное — с предельной температурой фильтруемости -45 °С). [3] 

8. УВ, входящие в состав Б:
1. алканы нормального строения – нежелательны, так как низкие О.Ч;
2. изопарафины – желательны, так как имеют высокое О.Ч. и высокие антидетонационные свойства;
3. алкены – нежелательны, так как склонны к реакциям полимеризации и поликонденсации с образованием смол при хранении Б;
4. циклопарафины – желательны, так как обладают хорошей ДС и приемистостью к ТЭС, но наличие боковых цепей приводит к снижению О.Ч.;
5. ароматика – желательны, так как высокие О.Ч., однако по евростандарту содержание ароматики ограничивают до 10%, так как может возникнуть калильное зажигание – самопроизвольное воспламенение рабочей смеси засчет раскаленных частичек нагара.

9. УВ, входящие в состав РТ:

Парафиновые и  нафтеновые углеводороды, входящие в  состав реактивных топлив, при окислении  их при температурах порядка 150—200 С осадков не образуют. Источником образования осадков в реактивных топливах при этих условиях являются ароматические углеводороды, в особенности нафталины и полициклические нафтено-ароматические углеводороды.

10. УВ, входящие в состав ДТ:

Ц е т а н — чистый углеводород парафинового ряда, который обладает очень хорошими воспламенитель-ными свойствами и обеспечивает мягкость работы дизеля. Его цетановое число условно принято за 100 единиц.

Альфа-метилнафталин —ароматический углеводород ,трудно воспламеняющийся, имеет большой период задержки самовоспламенения. Его цетановое число условно принято за нуль. Смешивая цетан с альфа-метилнафталином в разных пропорциях, получают эталонную топливную смесь с цетановыми числами от 0 до 100. Цетановое число топлив зависит от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, причем с повышением их молекулярной массы оно повышается, а по мере разветвления — снижается. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов, не имеющих боковых цепей; ароматические углеводороды с боковыми цепями имеют более высокие цетановые числа и тем больше, чем длиннее боковая парафиновая цепь. Непредельные углеводороды характеризуются более низкими цетановыми числами, чем соответствующие им по строению парафиновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды обладают невысокими цетановыми числами, но большими, чем ароматические углеводороды. Чем выше температура кипения топлива, тем выше цетановое число, и эта зависимость носит почти линейный характер; лишь для отдельных фракций цетановое число может снижаться, что объясняется их углеводородным составом.  
 

1.11 УВ, входящие в состав масел:

Состав углеводородов (парафины, нафтены, ароматические соединения). Наиболее пригодны для производства смазочных масел парафиновые  базовые масла, у них лучше  характеристики по вязкости и температуру 
 
 

1.12Вещества, загрязняющие окружающую среду.

Окись углерода и сероводорода – сильно ядовитые газы. Отравляющее действие окиси  углерода заключается в том, что  она вступает в химическое соединение с гемоглобином крови и делает его неспособным соединяться  с кислородом при дыхании, вследствие чего человек может погибнуть.

Поглощение окиси  углерода кровью происходит в 300 раз  интенсивнее, чем поглощение кислорода. Поэтому самое незначительное наличие  окиси углерода в воздухе вызывает отравление.

Сероводород еще  более ядовит чем окись углерода. Отравление им сопровождается почти такими же явлениями.

ПДК - предельно-допустимые концентрации веществ, количественно  характеризующие такое содержание вредных веществ в атмосферном  воздухе, при котором на человека и окружающую среду не оказывается  ни прямого, ни косвенного вредного воздействия.

ПДК м. р., мг/дм3 - предельно-допустимые максимальные разовые  концентрации за 20-минутный период для  тех веществ, которые оказывают  немедленное, но временное раздражающее действие.

Предотвращение  неблагоприятного влияния на здоровье населения длительного поступления  атмосферных загрязнений в организм обеспечивается соблюдением среднесуточных ПДК (1 ПДКс.с.).

Класс опасности  веществ- лимитирующий признак вредности вещества в атмосферном воздухе.

 Вредные вещества  подразделяются на 4 класса опасности: 

1. класс- чрезвычайно опасные;
2. класс- высоко опасные;
3. класс- умеренно опасные;
4. класс- мало опасные.

1.13 Увеличение октанового числа.

Для повышения  октанового числа добавляют ароматические  углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвлённого строения. Именно с применением данных компонентов и повышается октановое число. Но как вы заметили, применяемые вещества называется ароматическими (ароматические углеводороды) то есть, говоря языком обывателя, высок октановый бензин сильнее пахнет, чем низко октановый. В этом есть и определенные минусы, так как высокооктановый бензин  вследствие, включения ароматических составляющих более летуч. Что при длительном хранении в открытой емкости или с определенным сообщением емкости с внешней средой влечет к понижению октанового числа бензина.  Поэтому можно сказать, что высокооктановый бензин должен быть «свежим». Ранее в СССР для повышения октанового числа применялся тетраэтилсвинец - ядовитая смесь в составе с свинцом . К сожалению тетраэтилсвинец не только ядовит сам по себе, но и быстро выводит из строя каталитические нейтрализаторы и лямда-зонды, которые стали применяться в конструкции современных автомобилей, вследствие чего пришлось отказаться от данной присадки. Также применялись присадки на основе марганца, но сейчас они также запрещены по экологическим соображениям. Кроме того для повышения октанового числа иногда используют присадку - ферроцен. Данная присадка (ферроцен) имеет в своем составе железо и создает трудноудалимый токопроводящий налет на свечах (оттенок красного цвета), который ухудшает эксплуатационные характеристики ( о них можно посмотреть в разделе "Свечи зажигания") и соответственно уменьшает срок службы свечей зажигания. Бензины включают в себя и другие присадки и примеси. Присадки в бензине выполняют различные задачи. Уменьшают количество вредных примесей в бензине – сера, вода,  чистят детали двигателя или топливную систему, повышают октановое число бензина (об этом было сказано выше). Относительно безвредной для двигателя антидетонационной присадкой является метилтретбутиловый эфир. В настоящий момент он наиболее широко применяется в Украине, России и Европе.

Вполне реально  получить бензин, с октановым числом более  110 (таковыми являются авиационные  топлива). Кроме того, всем известная  схема с смешиванием газового конденсата, ведь октановое число природного газа как правило выше 100. 

2.Установка гидроочистки

2.1.Назначение: процесс гидроочистки предназначен для удаления из сырья сернистых, азотистых и кислородосодержащих соединений.

2.2.Сырьё: гидроочистке подвергают почти все нефтяные топлива первичного и вторичного происхождения, а также смазочные масла и парафины.

2.3.Получаемые продукты при очистке ДТ:

- гидроочищенное  ДТ

- углеводородный  газ (содержит водород,метан,этан,незначительно пропан и бутан) используется как топливо на заводе

- отгон –  бензиновая фракция с низким  октановым числом. Сбрасывают в  автобензин или в сырье платформинга.

- сероводород  

2.4.Параметры процесса.

Параметры процесса гидроочистки зависят от очищаемого продукта и требуемой степени  очистки.

1.Температура.

340-420 С^о, ниже 340 С^о слабо идут реакции обессеривания , выше 420 С^о ускоряется реакция крекинга и коксообразования. В начале пробега катализатора держат низкую температуру (340-350 С^о),т.к. повышение температуры компенсирует падение активности катализатора.

2.Давление.

От 2,5 до 6 МПа (в  зависимости от сырья) при этом P_порц водорода 1,5-3,7 МПа. Чем тяжелее очищаемый продукт, тем больше в нем непредельных углеводородов и тем выше должно быть P_порц ВСГ на входе в реактор. С повышением давления водорода улучшается степень очистки, уменьшается коксообразование, увеличивается срок службы катализатора.

3.Кратность  циркуляции ВСГ.

От 200 до 700 объемов  газа. Чем тяжелее сырье, тем выше кратность циркуляции. Высокая кратность  циркуляции увеличивает длительность безрегенерационого пробега установки.

4.Объемная  скорость.

Зависит от качества сырья и от требуемой степени  очистки. Чем тяжелее сырьё, тем  меньше объемная скорость. Понижение  объемной скорости ведет к улучшению  степени очистки.

5.Расход  водорода.

Водород при  гидроочистке расходуется на гидрирование, растворение и отдув. Расход водорода на гидрирование зависит от содержания непредельных в сырье, а также смол и колеблется от 0,1 до 0,3%. Потери водорода на растворение в жидких продуктах реакции увеличиваются с увеличением молекулярной массы очищаемого продукта и общего давления в системе. После очистки вторичных продуктов концентрация водорода в ВСГ после реактора падает ниже допустимого предела, за счет разбавления газами реакции. Для поддержания нужной концентрации водорода перед реактором часть газа выводят из системы (отдувают) и заменяют газом с риформинга.

6.Тепловой  эффект реакции.

Реакции гидрирования непредельных ароматических и сернистых  соединений сопровождаются выделением тепла. При гидроочистке легких прямогонных  топлив (Б,К,ДТ) тепловой эффект невелик 70-80 КДж/кг сырья. При гидроочистке топлив с высоким содержанием непредельных и масел тепловой эффект 260-500 КДж/кг. Для отвода подают между слоями катализатора холодный циркуляционный газ или смесь холодного газа и гидрогенизата (нестабильный продукт гидроочистки) 

2.5.Технологическая схема

Прилагается к  реферату. 

2.6.Химизм и механизм процесса.

Реакции сернистых  соединений.

1.Меркаптаны

2.Cульфиды:

   а) ациклические 
 

   б) моноциклические  
 
 
 

   в) бициклические 
 

3.Дисульфиды 

4.Тиофены 
 

5. Бензтиофены. 
 
 

Основные реакции  гидрообессеривания связаны с разрывом связи углерод-сера и насыщением свободных валентных связей водородом.Одновременно происходит насыщение водородом олефиновых двойных связей у тиофенов. 

Реакции кислородных  и азотистых соединений.

1.Фенол 
 
 

2.Пиридин 
 
 
 

3.Хинолин   
 
 

4.Пиррол. 
 

Из приведенных  ниже реакций видно,что при гидрогенизации азот из азотистых соединений удаляется в виде аммиака, а кислород из кислородных соединений- в виде воды.

Так же в процессе очистки удаляются металлы (ванадий,никель), что особенно важно для тяжелого сырья. Склонность различных у/в, содержащихся в молекуле двойные связи, к насыщению водородом неодинакова. Ароматические у/в гидрируются трудно, при этом к водороду наиболее стабильно бензольное кольцо. Полициклические ароматические у/в менее стабильны:происходит насыщение водородом одного из колец до нафтенового с соответствующим снижением степени ароматичности.

Частичное снижение содержания алкилнафталиновых у/в во фракциях ДТ повышает его цетановое число. Однако для достаточно полного гидрирования даже полициклических ароматических у/в требуется ужесточение режима гидроочистки, в первую очередь повышение парциального давления водорода.

      2.7.Основные аппараты установки.

1.Реактор с аксиальным вводом сырья

1 — штуцер вводя сырья; 2 — распределитель; 3 -штуцер вывода продуктов реакции; 4 —корпус; 5 — наружная термопара; 6 — опорное кольцо; 7 — днище; 8 — люк для выгрузки катализатора; 9 — легкий шамот; 10 — люк; 11 — штуцер дли эжекции газов; 12 — опорная решетка; 13. 14. 15 — фарфоровые шарики; 16 — катализатор: 17 — футеровка;     19 — штуцер для   термопары. 

 Реактор изготавливают  из 2х слойного листового металла. Внутренний слой высококачественная легированная сталь, внешний- углеродистая сталь. Внутри реактора расположен перфорированный стакан, между стенкой которого и стенкой аппарата имеется газовый слой (защита от водородной коррозии). Сырьё подается в реактор через верхний штуцер 5, проходит распределительное устройство 6 и слой катализатора в стакане, продукты реакции выводят через нижний штуцер 10.

Реакционное пространство реактора заполняют катализатором. Пары перерабатываемого нефтяного  сырья вместе с ВСГ поступают  в реакционное пространство при  высокой (до 420С^о) температуре. Реакция гидрогенизации в процессе гидроочистки идет с выделением тепла. Одновременно с гидрогенизацией протекают побочные реакции гидрокрекинга, сопровождающиеся отложением кокса на катализаторе, вследствие чего активность его постепенно снижается. Через некоторое время работы катализатора потребуется восстановление его активности- регенерация.

Катализатор регенирируют в том же аппарате путем подачи инертного газа с некоторым количеством кислорода воздуха в слой закоксованного катализатора. При этом происходит выжиг кокса, и активность катализатора полностью восстанавливается.