Гидроочистка дизельного топлива 2 (стр. 8 из 16)

G₃= Х′н₂∙Мн₂∙100/ Х′н₂∙Мн₂+(1- Х′н₂)∙М

G₃=0,027∙2-100/0,027∙2+(1-0,027)∙177,6=5,4/0,054+172,8=0,031%(масс.)

Кроме этих потерь имеют место потери водорода за счет деформации водорода через стенки аппаратов и утечки через неплотности, так называемые механические потери. Механические потери G₄ (%масс.) на сырье равны:

G₄=æ∙0,01∙Мн₂∙100/(ρ₀∙22,4),

где æ - кратность циркуляции водородсодержащего газа, нм³/м³;

ρ₀ – плотность сырья, кг/м³.

G₄=200∙0,01∙2∙100/(824,4∙22,4)=0,022%(масс.)

Потери водорода с отдувом.

На установки гидроочистки обычно подается водородсодержащий газ (ВСГ) с установок каталитического риформинга, в котором содержание концентрации водорода колеблется от 70 до 85%(об.)

Состав водородсодержащего газа, при производстве автомобильного бензина с октановым числом 85:

Содержание компонента Н₂ СН₄ С₂Н₆ С₃Н₈ ∑С₄Н₁₀

%(об.) 85,0 7,0 5,0 2,0 1,0

%(масс.) 29,4 19,4 26,0 15,2 10,0

Объемный баланс по водороду и углеводородным газам записывают в следующем виде:

V₀ ∙y′₀=V_p+V_отд∙у′,

V₀ ∙(1-y′₀)+V_г.к=V_a+V_отд(1-у′),

где V₀,V_г.к,V_a,V_отд, V_p – объемы свежего ВСГ, химически реагирующего и сорбируемого гидрогенизатом водорода, отдува, газов гидрокрекинга и газов, абсорбируемых жидким гидрогенизатом, м³/ч;

у′₀, у′ - объемные концентрации водорода в свежем и циркулирующем ВСГ.

Решением этой системы уравнений получаем объем газов отдува:

V_отд=V_p∙((1- у′₀)+V_г.к-V_a)∙y′₀/( y′₀-y′)

Объем водорода в отдуваемом газе равен V_отд∙у′. Тогда общий расход водорода с учетом газа отдува составит:

V_отд+V_p= V_p∙[1+((1-y′₀)∙y′₀/ y′₀-y′)]+( V_г.к- V_a)∙( y′₀-y′/ y′₀-y′)

Расчет ведем на 100кг, так как при этом абсолютные значения расходных показателей (в%масс.) можно использовать с размерностью кг:

V_p=0,387∙22,4/2=4,34м³

V_г.к=0,54∙22,4/М_г.к=0,54∙22,4/37=0,327м³

Содержание отдельных компонентов в циркулирующем газе константы фазового равновесия в условиях газосепаратора высокого давления (40⁰Си 0,5МПа)приведен ниже:

С₁ С₂ С₃ С₄

Содержание компонента уⁱ, мольные доли 0,2 0,05 0,02 0,01

Константа фазового равновесия К_pi 3,85 1,2 0,47 0,18

Количество абсорбируемого компонента i в кг на 100кг гидрогенизата:

g_i=x_i∙M_i∙100/Mr

Количество абсорбируемого компонента i (υ_i , м³ на 100кг гидрогенизата) составляет:

υ_i=g_i∙22,4/M_i=x_i∙ M_i ∙100/Mr∙22,4/M_i= x_i ∙100∙22,4/Mr

x′_i=y′_i/K_pi

Подставляя для каждого компонента соответствующие данные, получим объем компонента, растворенного в гидрогенизате:

V₁=V_метана=y_метана/Kpi_метана∙100∙22,4/Mr=0,2/3,85∙100∙22,4/177,6=0,655м³

V₂=V_этана=y_этана/Kpi_этана∙2240/Mr=0,05∙22,4/1,2∙177,6=0,526м³

V₃=V_{пропана}=y_{пропана}/Kpi_{пропана}∙2240/Mr=0,02∙2240/0,47∙177,6=0,526м³

V₄=V_бутана=y_бутана/Kpi_бутана∙2240/Mr=0,01∙2240/0,18∙177,6=0,700м³

Суммарный объем абсорбированных газов будет равен:

∑Vi=V_метана+V_этана+V_{пропана}+V_бутана

∑Vi=0,655+0,525+0,537+0,700=2,48м³

Балансовый объем углеводородных газов определяем по формуле:

V₀∙(1-y′₀)+V_г.к≤V_a

4,34∙(1-0,855)+0.327≈0,98<V_a

Так как равенство выполняется, возможна работа без отдува части циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ). Таким образом, общий расход водорода в процессе гидроочистки будет складываться из водорода, поглощаемого при химической реакции, абсорбируемого в газосепараторе высокого давления и механически теряемого.

G_{водорода} =G₁+G₂+G₃+G₄=0,0645+0,101+0,031+0,022=0,219%(масс.)

Расход свежего ВСГ на гидроочистку равен:

G^o_{водорода}=G_{водорода}/0,29=0,219/0,29=0,755%(масс.),

где 0,29-содержание водорода в свежем ВСГ, %(масс.)

3.2 Материальный баланс установки

На основании полученных данных составляем материальный баланс установки (таблица 3.1).

Вначале рассчитываем выход сероводорода:

B_{сероводорода} =∆S∙M_{сероводорода}/M_s=0,44∙34/32=0,468%(масс.)

Таким образом, балансовым сероводородом поглощается 0,468-0,44=0,028%(масс.) водорода.

Количество водорода вошедшего при гидрировании в состав дизельного топлива равно:

G₁+G₂-0,028=0,0645+0,101-0,028=0,138%(масс.)

Уточненный выход гидроочищенного дизельного топлива, равен:

98,99+0,138=99,13%

Выход сухого газа, выводимого с установки, складывается из углеводородных газов, поступающих со свежим ВСГ, газов, образующихся при гидрогенолизе, а также абсорбированного гидрогенизатом водорода:

В_с.г=0,755∙(1-0,29)+0,132+0,031=0,536+0,132+0,031=0,699%(масс.)

Таблица 3.1

Материальный баланс установки

Наименование потоков	%(масс.)	Т/год	Т/сутки	Кг/ч
Взято: Дизельное топливо (неочищенное) ВСГ, в том числе 100% водород	100 0,755 0,219	2100000 15855 4599	6562,5 49,55 14,37	273437,5 2064,6 598,8
Итого	100,75	2115855	6612,05	275502,1
Получено: Дизельное топливо (очищенное) Сероводород Сухой газ Бензин	99,13% 0,468 0,72 0,44	2081730 9828 15120 9240	6505,40 30,71 47,25 28,88	271058,6 1279,6 1968,8 1203,3
Итого	100,75	2115918	6612,2	275510

3.3 Материальный баланс реактора

В реактор поступает сырье, свежий водородсодержащий газ и циркулирующий водородсодержащий газ (ЦВСГ):

Состав ВСГ:

Н₂ СН₄ С₂Н₆ С₃Н₈ С₄Н₁₀

Мольная доля у′ 0,720 0,200 0,050 0,020 0,010

Массовая доля у 0,192 0,427 0,201 0,103 0,077

Средняя молекулярная масса ЦВСГ М_ц равна:

М_ц=∑М_iy′_i

М_ц=2∙0,720+16∙0,2+30∙0,05+44∙0,02+58∙0,01=7,6кг/кмоль

Расход ЦВСГ на 100кг сырья G_ц можно найти по формуле:

G_ц=100∙æ∙М_ц/ρ_с∙22,4=100∙200∙7,6/824,4∙22,4=8,23кг

Составляем материальный баланс реактора гидроочистки (таблица 3.2).

Таблица 3.2

Материальный баланс реактора

Наименование потоков	%(масс.)	Кг/т
Взято: Сырье Свежий водородсодержащий газ ЦВСГ	100 0,755	273437,5 2064,6
Итого	108,99	298006
Получено: Дизельное топливо очищенное Сероводород	99,13 0,468	271058,6 1279,6
Сухой газ Бензин ЦВСГ	0,72 0,44 8,23	1968,8 1203,3 22503,9
Итого	108,99	298014

3.4 Тепловой баланс реактора

Уравнения теплового баланса реактора гидроочистки:

Q_c+Q_ц+Q_s+Q_г.н=∑Q_см,

где Q_c,Q_ц – тепло, вносимое в реактор со свежим сырьем и циркулирующим водородсодержащим газом;

Q_s,Q_г.н – тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирования непредельных соединений;

∑Q_см – тепло, отводимое из реактора реакционной смесью.

Средняя теплоемкость реакционной смеси при гидроочистке незначительно изменяется в ходе процесса, поэтому тепловой баланс реактора можно записать в следующем виде:

G_ct0+∆Sq_s+∆C_нq_н= G_ct,

t=t₀+(∆Sq_s + ∆C_нq_н)/( G_c),

где G - суммарное количество реакционной смеси, %(масс.);

с-средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/(кг∙К);

∆S, ∆C_н – количество серы и непредельных, удаленных из сырья, %(масс.);

t и t₀ – температуры на входе в реактор и при удалении серы ∆S, ^оС;

q_s и q_н – тепловые эффекты гидрирования сернистых и непредельных соединений, кДж/кг.

Температура процесса составляет 350^оС, суммарное количество реакционной среды на реактор составляет 108,99кг, количество серы, удаленное из сырья ∆S=0,44%(масс.) Глубину гидрирования непредельных углеводородов можно принять равной глубине обессеривания:

∆С_н= С_н∙0,9=10∙0,9=9%(масс.)

Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений (на 100кг сырья) при заданной глубине обессеривания, равной 0,9, составит:

Q_s=∑q_si∙g_si,

где q_si – тепловые эффекты гидрогенолиза отдельных сераорганических соединений, кДж/кг;

g_si – количество, разложенных сераорганических соединений, кг (при расчете на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сераорганических соединений в % (масс.).

Таким образом, Q_s=0,1∙2100+1,0∙38,10+0,2∙5060+0,5∙8700=8471кДж.

Количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных углеводородов равно q_н=126000 кДж/моль, тогда:

Q_н=∆С_н∙ q_н/М

Q_н=9∙12600/2095421 кДж

Среднюю теплоемкость ЦВСГ находим на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов (таблица 3.3).

Таблица 3.3

Теплоемкость отдельных компонентов