Синтез и анализ ХТС в производстве бензина (стр. 4 из 4)

Для установления оптимального характера и порядка взаимодействия отдельных аппаратов в производственном процессе рассмотрим технологическую производства бензина в процессе крекинга (рис. 2).

В технологической схеме представлены последовательные, и обратные (рециклические) топологические связи между аппаратами. Поскольку в ХТС присутствует рецикл, то она относится к замкнутому типу ХТС.

Последоваетльные технологическими связями обеспечивают поэтапный проход сырья и продуктов реакции все технологические стадии. (аппараты 1 – 13). В замкнутом цикле работают аппараты 1–3–4–7, 5–6–4, 4–9–3.

4.3. Установление технологических и конструкционных параметров ХТС, технологических параметров режима и потоков

Основным аппаратом установки каталитического крекинга является реактор кипящего слоя. Реактор крекинга «КС» представляет цилиндрический стальной аппарат диаметром 4 м и высотой 40 м с верхним штуцером для ввода паров сырья и нижним – для вывода отработанного катализатора. Внутренний объем реактора разделен на три зоны: реакционную, отпарную и отстойную. В отпарную зону подается водяной пар для отделения адсорбированных на катализаторе углеводородов. Реакционная зона реактора заполнена кипящим слоем катализатора, который создается парами сырья высотой 5–6 м и плотностью 400 кг/м³. Производительность реактора составляет 800 т/сутки.

Входящие потоки:

Пар – темпетатура 450 ⁰С, давление 0,25 МПа;

Сырьё – 300 ⁰С, давление 0,25 МПа;

Исходящие потоки:

Пары продуктов реакции и водяной пар – темпетатура 450 ⁰С, давление 0,20 МПа;

4.4. Изображение графических моделей ХТС

4.4.1. Функциональная схема

4.4.2. Структурная схема

1 — теплообменники, 2 — трубчатая печь, 3 — реактор «КС», 4 — ректификационная колонна, 5 — холодильник-конденсатор, 6 — газоотделитель, 7 — отпарнаа колонна, 8 — холодильники, 9 — шламоотделитель, 10 — узел смешения, 11 — регенератор катализатора «КС», 12 — котел-утилизатор, 13 — электрофильтр.

4.4.3. Операторная схема

4.4.4. Технологическая схема

Сырье через теплообменники 1 подается в печь 2. Нагретое сырье смешивается с рециркулятом поступает в реактор крекинга 3. В нижнюю отпарную зону реактора вводится водяной пар для отдувки катализатора. Пары продуктов реакции и водяной пар из верхней части реактора 3 поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 4. Пары бензина и водяной пар отбираются с верхней части колонны, проходят холодильник-конденсатор 5 и поступают в сепаратор 6, в котором разделяются на водяной слой, бензиновый слой и газ. Газ компрессируется и подается на газофракционирование, а бензин поступает на ректификацию. Часть бензина отбирается на орошение колонны.

Дизельное топливо и тяжелая фракция проходят через секции отпарной колонны 7, охлаждаются в теплообменниках 1 и холодильниках 8 и отводятся как товарные продукты. Часть тяжелой фракции в виде рециркулята смешивается с сырьем и подается в реактор 3, а часть направляется на орошение нижней части колонны 4. Смесь тяжелых жидких продуктов крекинга и катализаторной пыли из низа колонны 4 поступает в шламоотделитель 9, из которого шлам возвращается в реактор 3, а богатый ароматическими углеводородами декантат отводится с установки.

Дезактивированный в процессе работы катализатор из кипящего слоя реактора опускается в его отпарную зону и катализаторопроводом отводится в узел смешения с воздухом 10. Из него за счет воздушного потока катализатор переносится в регенератор 11, в котором создается кипящий слой. Основная часть воздуха для выжигания катализатора подается непосредственно в регенератор. Газы, образовавшиеся в результате выжигания кокса, проходят котел-утилизатор 12, электрофильтр 13 для улавливания катализаторной пыли и выбрасываются в атмосферу. Регенерированный катализатор из нижней части регенератора 11 поступает в катализаторопровод и вместе с сырьем и рециркулятом возвращается в реактор 3.

5. Анализ ХТС

5.1. Представление изучаемого объекта в виде иерархической структуры ХТС

5.2. Построение математической модели ХТС

Химическая модель процесса каталитического крекинга имеет очень сложный вид. Рассмотрим наиболее простую из реакций протекающих вс процессе крекинга:

С_nН₂_n₊₂ → C_mH₂_m₊₂ + C_pH₂_p,

Скорость прямой реакции выражается уравнением

где ν – скорость прямой реакции, k - коэффициент пропорциональности (константа скорости реакции)

Принимаем, что x₁ =

можно записать, что

ν = k×x₁

Принимая, что температурный коэффициент скорости данной химической реакции равен 2.7, можно записать, что

где x₂ – изменение температуры химической реакции ΔТ.

Поскольку процесс синтеза происходит в газовой фазе, можно количественно оценить влияние давления в системе на скорость химического процесса. Так, при увеличении давления в системе, эквивалентного уменьшению объема системы в 2 раза (при этом во столько же раз происходит повышение концентраций реагирующих веществ), скорость прямой реакции возрастает в 2 раза. Таким образом, правомерно записать

где x₃ – изменение давления, соответствующее уменьшению объема системы в 2 раза.

Анализируя полученную математическую зависимость можно сделать вывод о характере влияния основных технологических параметров на скорость прямой химической реакции. При возрастании температуру и давления в реакторе скорость реакции возрастает согласно уравнению.

5.3. Изучение свойств и эффективности функционирования ХТС

На основе расходных коэффициентов и соотношения фракций готового продукта, полученных из литературных данных [1] рассчитаем материальный баланс установки каталитического крекинга.

Расходные коэффициенты для установки крекинга «КС» (на 1 т сырья):

катализатор 1,9 кг,

водяной пар (потребляемый) 270 кг,

водяной пар (вырабатываемый) 685 кг.

кокс 4–8 % .

Состав готового продукта, %:

Крекинг-газ – 10–20, примем 15

Крекинг-бензин – 30–55 примем 50

Дизельное топливо – 25–30 примем 25

Широкая фракция – 5–20 примем 20

Приход	кг	Расход	кг
нефтепродукт	1000	Крекинг-газ	82,5
катализатор	1,9	Крекинг-бензин	292,5
водяной пар	270	Дизельное топливо	146,5
		Широкая фракция	117
		водяной пар	685
Итого	1271,9	Итого	1324

Невязка баланса = │1271,9 – 1324│ / 1271,9 × 100 = 4,0 %

Невязка баланса в пределах нормы.

6. Заключение

В разработанном курсовом проекте приведён критический анализ различных промышленных способов производства бензина. Рассмотрены основные достоинства и недостатки существующих технологических схем производства. Из реализуемых в современном производстве вариантов выбрана наиболее оптимальная технологическая схема. Производство бензина по рассматриваемой схеме характеризуется одним из наиболее высоких выходов и при этом технология более простая по сравнению с платформингом. В выбранной схеме применяется подогрев исходного сырья теплом продуктов реакции, что повышает экономичность производства. Реализован принцип многократного прохода сырья через основной реактор синтеза, что повышает степень превращения.

В результате проведённой работы, разработана экономически эффективная, экологически безопасная и технологически приемлемая модель производства бензина при каталитическом крекинге нефтепродуктов.

7. Список использованных источников

1. Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1990. 520 с.

2. Расчёты химико-технологических процессов / Под ред. И. П. Мухлёнова, изд 2. М.: Химия. 1982, 245 с.

3. Курс физической химии / Под ред. Я. И. Герасимова. М.: Химия, т 1. 1966, 656 с.

4. Общая химическая технология / Под ред. И. П. Мухлёнова М.: Высшая школа, т 1. 1984, 419 с.

5. Общая химическая технология / Под ред. И. П. Мухлёнова М.: Высшая школа, т 2. 1984, 419 с.

5. Расчёты химико-технологических процессов / Под ред. И. П. Мухлёнова, изд 2. М.: Химия. 1982, 245 с.

6. Бесков С. Д. технологические расчёты. М.: Высшая школа,1966, 519 с.