Гидроочистка дизельного топлива

 

Установки гидроочистки могут быть самостоятельными или в составе комбинированных установок, причем в зависимости от назначения они располагаются в начале или в конце производственной цепи. Принципиальная технологическая схема установки гидроочистки дизельного топлива представлена на рис. 1.

 

Сырьем служат прямогонные дизельные фракции с содержанием серы до 2,4 %, а также смеси прямогонных дизельных фракций и соответствующих дистиллятов вторичного происхождения. Установка имеет два блока, позволяющих перерабатывать два вида сырья раздельно, но имеющие общие узлы, например, регенерация моноэтаноламина (МЭА), используемого для очистки циркулирующего газа от сероводорода.

 

Т-1, Т-2 – теплообменники; П-1, П-2 – печи; Р-1 – реактор;

Х-1, Х-2 – холодильники; Е-1, Е-2 – сепараторы;

К-1 – стабилизационная колонна; Е-3 – рефлюксная емкость

 

Сырье насосом подают в систему теплообменников Т-1 и трубчатую печь П-1. В выкидную линию насоса перед Т-1 врезана линия циркулирующего ВСГ от компрессора. Нагретая до 360–380 °С смесь сырья и ЦВСГ проходит реактор Р-1, заполненный катализатором. Предусмотрена возможность съема избыточного тепла реакции подачей в реактор холодного циркулирующего газа (сверху). Продукты реакции в виде газо-паровой смеси выходят из реактора, отдают часть тепла газо-сырьевой смеси, проходя через трубное пространство Т-1, охлаждаются в холодильниках Х-1, и поступают в сепаратор высокого давления Е-1, где отделяется ЦВСГ, обогащенный сероводородом. Очистка ЦВСГ от сероводорода осуществляется раствором МЭА в абсорберах, при необходимости в ЦВСГ добавляется свежий ВСГ.

Нестабильный гидрогенизат с сепаратора Е-1 дросселируют до 0,6 МПа в сепараторе низкого давления Е-2. За счет перепада давления из гидрогенизата выделяется растворенный углеводородный газ, который также поступает на очистку от сероводорода

в другой абсорбер.

 

 

 

 

В катализате из сепаратора Е-2 помимо целевой фракции дизельного топлива содержится некоторое количество легких продуктов – углеводородные газы и бензиновые фракции (продукты разложения серо-, азот- и кислородсодержащих соединений), для их отделения гидрогенизат направляют через Т-2 в стабилизационную колонну К-1, температуру низа которой поддерживают циркуляцией части остатка колонны через печь П-2. Балансовое количество гидроочищенного дизельного топлива проходит через Т-2, и если сероводород удален не полностью, подвергается защелачиванию и водной промывке. С низа рефлюкс емкости Е-3 выводится бензин-отгон.

 

Выход дизельного топлива ~96 % мас.; бензина–отгона ~2,0 %; углеводородных газов – 0,75 %, Н₂S – 0,65 % (остальное – потери).

 

Расход водорода 0,4–0,8 % мас. в зависимости от содержа серы в исходном сырье.

 

Для более тяжелого сырья могут использоваться два или три последовательных реактора. Вторичные дистилляты в чистом виде (без смешения с прямогонными) не рекомендуется подвергать гидроочистке, так как не обеспечивается достаточное из серо и азотсодержащих соединений и олефинов образуются высококипящие продукты уплотнения, приводящие к образованию кокса в змеевиках печи. Очистку реактивных топлив (РТ) с целью повышения их эксплуатационных свойств можно проводить по двум вариантам – неглубоко (удаление серы, азота) и глубоко (удаление серы, азота и частичное насыщение ароматических углеводородов до их остаточного соде 14–15 %).

 

Используется два способа сепарации ВСГ из газо-продуктовой смеси – холодный и горячий.

 

Холодная сепарация применяется на установках гидроочистки бензина, керосина, иногда дизельного топлива.

 

Горячая сепарация применяется преимущественно на установках гидроочистки высококипящих фракций дизельного топлива и более тяжелых нефтепродуктов.

 

 

2.2  Технологическое оборудование

Реактор гидроочистки – полый цилиндрический аппарат с или эллиптическими днищами, диаметр и высота его зависят от мощности установки. Сначала его корпус изготавливали из углеродистой или марганцовистой стали с внутренней футеровкой из торкретбетона, затем перешли на хроммолибденовую или двухслойную сталь марки 12ХМ+ОХ18Н10Т без внутренней футеровки. Реакторы могут быть с радиальным или аксиальным вводом сырья. В зависимости от размещения катали реакторы делятся на одно- и многосекционные (секционирование увеличивает срок работы катализатора). В последнем случае между секциями монтируются устройства для снятия теплоты реакции.

 

В современных секционированных реакторах градиент температур (в слое катализатора) не превышает 5 °С (в реакторах гидрокрекинга – 10 °С).

 

Для гидроочистки дизельного топлива при наличии жидкой фазы и значении теплового эффекта реакции выше 63 кДж/кг  используют секционный реактор.

 

 

2.3 Теплообменная аппаратура

 

На действующих  установках гидроочистки используют в основном кожухотрубчатые теплообменные аппараты с плавающей головкой. Наиболее эффективны кожухотрубчатые теплообменники с компенсатором на плавающей головке, так как в них обеспечивается строгий противоток и хорошая компенсация теплового расширения.

 

Для конечного  охлаждения потоков первоначально  использовались  водяные  холодильники  типа   «труба в трубе». В настоящее  время  на  всех  строящихся и  проектируемых установках применяется  воздушное охлаждение.

Компрессоры применяются  для циркуляции водородсодержащего газа в цикле реакции; циркуляции инертного газа в цикле газовоздушной  регенерации, в качестве дожимных для  повышения давления свежего водородсодержащего газа. В настоящее время на установках гидроочистки применяются два типа компрессоров: поршневые и центробежные.

 

 

2.4 Мощность установок

 

На нефтеперерабатывающих  заводах страны эксплуатируются  установки по гидроочистке прямогонных  бензиновых, керосиновых, дизельных  фракций, вакуумного дистиллята, компонентов смазочных масел. Мощность установок по перерабатываемому сырью колеблется от 300 до 2000 тыс. т/год. Мощность установок для гидроочистки бензина составляет 300 - 1000 тыс. т/год, керосина – 600 - 2000 тыс. т/год, дизельного топлива – 1200 - 2000 тыс. т/год, компонентов смазочных масел 300 - 600 тыс. т/год,

вакуумного дистиллята 600 - 2000 тыс. т/год.  
3 Инженерная часть

 

3.1 Расчет выхода гидроочищенного  дизельного топлива

 

,      (3.1.1)

где    – выход дизельного топлива;

 – выход бензина, %;

 – выход газа, %.

 

Количество удалённой серы рассчитаем по формуле:

,       (3.1.2)

 где    – исходное содержание серы, %

          – остаточное содержание серы, %

 

Выход газа рассчитаем по формуле:

      (3.1.3)   

 

Выход бензина всегда численно равен  количеству удаленной серы:

      (3.1.4)

 

Тогда выход гидроочищенного дизельного топлива:

   (3.1.5)     

                                

Выразим молекулярную массу по формуле:                                                                                                                        

     (3.1.6)

 

 

     (3.1.7)

Согласно справочным данным

 

Тогда молекулярная масса будет  равна:

 

 

Определим количество водорода, затрачиваемого на гидроочистку:

 

1. Расход водорода на удаление  серы:

     (3.1.8)

 

2. Расход водорода на гидрирование  непредельных углеводородов

,     (3.1.9)

,              (3.1.10)

 

где

- степень извлечения непредельных углеводородов, %

- содержание непредельных углеводородов, %

 

 

3. Потери  водорода от растворения в  жидком гидрогенезате.

 

,                      (3.1.11)

где - мольная доля водорода в растворённом гидрогенезате

      - молекулярная масса водорода, г/моль

 

Примем,

 

4. Потери  водорода от механических потерь

 

,             (3.1.12)

 

где    -  плотность циркуляции,

         - молекулярная масса водорода, моль/кг

 

Всего водорода на гидроочистку пошло:

              (3.1.13)

 

Рассчитаем  количество водорода в чистом виде:

,              (3.1.14)

 

где а –  содержание водорода в водородсодержащем  газе.

 

 

 

3.2 Расчет материального баланса.

 

1. Выход сероводорода

 

,     (3.2.1)

 

где   - молекулярная масса сероводорода

        - молекулярная масса серы

 

 

 

2. Водород пошедший на гидроочистку дизельного топлива

 

    (3.2.2)

     (3.2.3)

 

 

3. Уточненный выход дизельного топлива.

 

    (3.2.4)

 

4. Выход сухого газа

    (3.2.5)

 

5. Расход циркулирующего водородсодержащего газа из расчета на 100 кг сырья.

    (2.3.6)

3.3 Материальный  баланс установки

Установка
Наименование		% мас		тонн/год		тонн/сутки	кг/ч
Взято
Сырье		100		1000000		2941,17647	122549,02
ВСГ		1,78		17800		52,3529412	2181,37255
(в т.ч. водород)		0,445		4450		13,0882353	545,343137
ИТОГО		101,78		1017800		2993,52941	124730,392
Получено
ГОДТ		96,113		961130		2826,85294	117785,539
Сероводород		1,913		19130		56,2647059	2344,36275
сух.газ+мех.пот		1,954		19540		57,4705882	2394,60784
Бензин		1,8		18000		52,9411765	2205,88235
ИТОГО		101,78		1017800		2993,52941	124730,392
Реакторы
Наименование	% мас		кг/ч
Взято
Сырье	100		122549,02
свежий ВСГ	1,78		2181,37255
ЦВСГ	18,382		22526,9608
ИТОГО	120,162		147257,353
Получено
ГОДТ	96,113		117785,539
Сероводород	1,913		2344,36275
сух.газ+мех.пот	1,954		2394,60784
Бензин	1,8		2205,88235
ЦВСГ	18,382		22526,9608
ИТОГО	120,162		147257,353

 

3.4 Тепловой баланс

 

1. Количество при гидрировании серы.

 

    (3.4.1)

 

2. Тепловой эффект гидрирования непредельных углеводородов.

 

    (3.4.2)

 

 

 

3. Определение температуры на выходе реактора.

 

    (3.4.3)

 

 

4. Определение диаметра реактора

 

,     (3.4.4)

 

Объем катализатора равен:

     (3.4.5)

 

или

,

 

откуда диаметр равен

      (3.4.6)

 

5. Тогда высота реактора

 

 

 

5.   Расчет потери напора на слое катализатора.

 

   (3.5.1)

Порозность в слое катализатора:

     (3.5.2)

Линейная  скорость потока равна:

    (3.5.3)

 

где V – объем реакционной смеси, включающий объем сырья и объем циркулирующего водородсодержащего газа, т.е. V= V_с+ V_ц.                   (3.5.4.)

Объем реакционной смеси рассчитывают по формуле:

,    (3.5.5)

где G_c – расход сырья в реактор, кг/ч;

                z – коэффициент сжимаемости ( при Т_пр=1,16 и Р_пр=2,2 коэффициент сжимаемости равен 0,45);

       t_cp – средняя температура в реакторе, °С.

                                       

Средняя температура:

     (3.5.6)

 

 

Объём реакционной смеси:

Объем циркулирующего водородсодержащего газа:

 

    (3.5.7)

 

 

Тогда общий объём равен:

      (3.5.8)

Линейная скорость потока равна:

 

 

 

Плотность реакционной смеси

             (3.5.9)