Каталитический риформинг

 

В отечественной нефтепереработке мощности по процессу каталитического риформинга относительно других современных "бензиновых" процессов развиты более удовлетворительно. На отдельных НПЗ мощности риформирования бензинов достигают 17-24 % к мощности первичной переработки, на ряде НПЗ - 9-12 % и ряде - 6-8 %. В среднем по России - 11,3% [9].

 

 

 

2.Расчет реакторов установки каталитического риформинга

Реакторный  блок установок КР состоит из последовательно  соединенных реакторов с межступенчатым нагревом реакционной смеси в трубчатой печи.     Для облегчения расчетов вместо трех (или четырех) реакторов примем один гипотетический комбинированный реактор . Из анализа поточной его схемы следует, что блок из трех последовательно соединенных реакторов можно рассматривать по материальным и тепловым балансам как один общий реактор, в котором эндотермические эффекты химических реакций (ароматизации и гидрокрекинга) и потеря тепла в окружающую среду восполняются промежуточным межступенчатым нагревом           реакционной смеси в трубчатой печи.         Из опыта эксплуатации промышленных установок каталитического риформинга можно принять, что температуры на входе в первый реактор и на выходе из хвостового реактора практически совпадают ≈495 °С. Это позволяет рассматривать комбинированный реактор как псевдоизотермический по тепловому режиму реагирования. В этой связи в тепловом его балансе энтальпии катализатора можно не рассматривать по причине отсутствия энтальпийного градиента. В тепловом балансе общего реактора дисбаланс между приходом и расходом тепла можно рассматривать как количество тепла, подводимого извне, величину которого необходимо учитывать при расчете трубчатой печи каталитического риформинга. Фракционный состав и плотности фракций гидроочищенного бензина и катализата риформинга, а также примерные компонентные составы газов каталитического риформинга приведены в таблицах 5 и 6. Примем следующие исходные данные: 

• Производительность установки: 900 тыс т/год (34,72 кг/с при 300 р.д./год);
• Сырьё: Гидроочищеная прямогонная фракция бензина 85-1800С;
• Катализатор: Полиметаллический (насыпная плотность 620 кг/м³);
• Число реакторов: 3 и распределение катализаторов по реакторам 1:2:4;
•     Обьемная скорость сырья: 1,4 ч^-1;
•      Допустимая линейная скорость газов и паров риформинга в реакторах = 0,6 м/с на полное их сечение;
•      Температура сырья и ц.ВСГ на входе в первый реактор t₁=495 °C (768 К) и реакционной смеси на выходе из третьего реактора t₂=495 °С (768 К);
• Кратность рециркуляции водородсодержащего газа (ВСГ): 1800;                
• Давление в реакторах Р= 3 МПа.

Таблица 5. Фракционный  состав и плотности фракций гидроочищенного  бензина I (80-180 ⁰С, =0,750) и катализата риформинга II ( =0,7554).

I и II	Свой-ства	Процент выкипания, % об.
		нк	10	20	30	40	50	60	70	80	90	кк
I М=119,6 =407К	, 0С , i	95 -	109 0,7248	114 0,7266	118,5 0,7305	124 0,7323	130 0,7409	136 0,7428	142,5 0,7505	150 0,7537	160 0,7607	182 0,7705
II М=104,2 =384К	, 0С , i	42 -	68,5 0,6621	83,5 0,6778	97 0,7055	108,5 0,7297	116 07589	127 0,7813	136 0,8700	147,5 0,8261	160,5 0,8501	200 0,8680

 

 

Таблица 6. Примерные компонентные составы газов каталитического риформинга

Газы	Компоненты
	Н2	СН4	С2Н6	С3Н8	∑С2Н6	∑С5Н12
Ц.ВСГ, в % об. =5,92 в % масс. Сухой газ, % масс. =20,38 Жирный газ, % масс. =49,8	86 29,05 -   -	7 18,9 62,3   -	3 15,2 18,7   3,0	2 14,9 12,2   55,0	1 9,8 6,8   39,7	1 12,15 -   2,3

 

 

 

2.1 Материальный  баланс установки

Материальный  баланс установки каталитического  риформинга приведен в табл.7

Таблица 7. Материальный баланс установки каталитического риформинга производительностью 900 тыс. т/год

Компоненты	% масс.	кг/с*
Взято:      бензин Итого	100 100	34,72 34,72
Получено:       катализат      балансовый ВСГ      в т.ч.  Н2      сухой газ      головка стабилизации Итого	82,3 5,8 1,68 7,4 4,5 100	29,29 2,06 0,598 2,63 1,60 35,58

^*из расчета 300 рабочих дней в году

2.2 Тепловой баланс комбинированного реактора

Тепловой баланс составляется исходя из материального  баланса установки с добавлением  рециркулирующего ВСГ и определением энтальпий компонентов реакционной смеси при температуре в реакторе.

Расчеты показывают, что при   К и МПа все компоненты сырья и продуктов риформинга находятся в газопаровом состоянии.

Расчет удельного количества циркулирующего ВСГ на 100 кг сырья производится исходя из принятых исходных данных по его кратности циркуляции К_ц:

  % масс.

Тогда кг/с.

Расчеты теплосодержаний  сырьевых потоков ( ) при температуре Т производятся как произведение теплоемкости на температуру Т:

.

Теплоемкости  низкомолекулярных углеводородных газов (ц.ВСГ, сухого и жирного газов) определяется по формуле:      

, кДж/кг·К,

где  значения коэффициентов  и приведены в таблице .

 Теплоемкости  исходного бензина и риформата  рассчитывались по формуле:

,

где , .

Для многокомпонентных  газовых смесей (ц.ВСГ, сухой и  жирный газ) значения молярных масс и  теплоемкостей определяем по принципу аддитивности. Значение среднемольной  температуры кипения ( ) для бензина и риформата рассчитывались по формуле:

Рассчитанные  значения приведены в таблице 5.

Результаты  расчетов при Т=768 К по вышеуказанным формулам приведены ниже:

Н₂         кДж/кг·К;

СН₄      ;

С₂Н₆     ;

С₃Н₈     ;

С₄Н₁₀    ;

С₅Н₁₂    ;

Ц.ВСГ           

Сухой газ      

Жирный  газ    

 

Сырье (бензин)   

Риформат 

Результаты  расчетов теплового баланса комбинированного реактора приведены в таблице 8.

Кроме того, в  тепловом балансе необходимо учитывать эндотермический тепловой эффект реакции  ароматизации q_р и потери тепла через наружные поверхности реакторов (Q_пот) в окружающую среду.

Усредненное значение q_р можно определить из формулы кДж/кг, где - выход водорода в % масс. на сырье. Из материального баланса реактора выход балансового ВСГ составляет 5,8 % масс., в т.ч. водорода (табл.7.):

% масс.

Отсюда  кДж/кг.

Общий тепловой эффект реакции КР составляет:

 кДж/с.

Потери тепла  принято рассчитывать как:

 кДж/с.

Суммарный расход тепла на выходе из 3-го реактора составит:

 кДж/с.

Дисбаланс тепла  между приходом и расходом составляет:

 кДж/с  МВт.

 

 

 

Таблица 8. Тепловой баланс обобщенного реактора каталитического риформинга производительностью 1 млн.т/год (35,58 кг/с).

Компоненты	% масс. на сырье	Тi, К	, кг/с	, кДж/кг·К	, кДж/кг	Qi, кДж/с
Поступило: Сырье (бензин) Ц.ВСГ Всего	100 63,42 163,42	768 768 -	34,72 22,02 56,74	3,1664 6,733 -	2431,79 5170,9 -	84431,74 113863,21?? 198294,95
Получено: сухой газ жирный газ катализат балансовый  ВСГ Ц.ВСГ Всего	7,40 4,50 82,3 5,8 63,42 163,42	768 768 768 768 768 -	2,57 1,56 28,57 2,01 22,02 56,74	3,631 3,237 3,0916 6,733 6,733 -	2788,6 2486,01 2374,34 5170,9 5170,9 -	7166,7 3878,1 67834,9 10393,5 113863,21 203134

 

2.3 Определение основных размеров реакторов каталитического  риформинга

Объем катализатора в комбинированном реакторе определяется по формуле:

  м³.

Распределение объема катализатора по реакторам из отношения 1:2:4

Р₁=17 м³, Р₂=34,01 м³, Р₃=68,02 м³.

Поскольку реакции  КР протекают с увеличением объема реакционной системы, разумеется, что  наибольший объем газов и паров  составит на выходе из 3-го реактора. Суммарный их объем при температуре 768 К и давлении 3,0 МПа (z=1) можно рассчитать по формуле (м³/с):

При допустимой линейной скорости паров  =0,6 м/с требуемое сечение и диаметр 3-го реактора составят:

 м²;

 м.

Расчетная высота катализаторного слоя этого реактора составит:

  м.

С учетом площади  сечений внутренний трубки и между  стаканом и наружным диаметром (0,4м) аппарата примем =3,5 м.

Фактическая высота 3-го реактора составит:

 м.

Примем Н₃=16 м.

 

Основные размеры 1-го реактора

Секундный объем  паров (бензина и ц.ВСГ) на входе  в Р-1 составит:

  м³/с.

Сечение Р-1 при  допустимой линейной скорости паров V_доп=0,6 м/с составит:

  м².

Диаметр Р-1:    D₁= 4,24 м.

Примем  D₁=4,3 м., м².

Высота катализаторного  слоя в Р-1:

  м.

Полная высота реактора Р-1:

 м.

Примем H₁=11,5 м.

Основные размеры 2-го реактора

Без расчетов объема паров (он неизвестен) в Р-2 примем его  диаметр D₂=4 м.

Высота катализаторного слоя:

  м. 

Полная высота реактора Р-2 составит:

м.

Примем Н₂=12м.

Рисунок 1. Гипотетическая схему к расчету теплового баланса комбинированного реактора каталитического риформинга. Цифры – номера реакторов.

Заключение

 В данной курсовой работе приведен  расчет блока каталитического риформинга, т.е определение материального баланса и основных разменов реакторов. Материальный баланс приведен в таблице 7. По результату расчета размеров реакторов, были приняты следующие велечины: