Технологический расчет трубчатой печи для конверсии газа

Задание 
 

Вариант 5

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБЧАТОЙ  ПЕЧИ ДЛЯ КОНВЕРСИИ  ГАЗА

Рассчитать  материальный и тепловой баланс трубчатой  печи.

Данные  для расчета:

Содержание 

Введение                  4

1. Технологическая часть              5
2. Теоретические основы процесса             5
3. Описание  технологической схемы            10 

Заключение                         19

2. Практическая часть              21
1. Материальный  баланс               21
1. Тепловой  баланс                                 23 

Список  используемой литературы            26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

   Ранние работы по получению жидкого топлива из углей путем гидрирования под высоким давлением (процесс Бергуса) проводились главным образом в Германии с использованием весьма сильных катализаторов, таких, как оксиды молибдена, которые либо нечувствительны к присутствию серы, либо в значительной степени сохраняют свою активность после прошедшей сульфатизации. Для этого были необходимы следующие параметры: давление до 280 атм, температура ок. 450С и катализатор.

          Давления, используемые в современных процессах гидрокрекинга, составляют от примерно 70 атм для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм, когда происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.

          Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.[1]

                                          1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

     1.1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  ПРОЦЕССА.

          Гидрокрекинг - уникальная система,  состоящая из нескольких комплексов, в том числе - вакуумной перегонки,  непосредственно установок гидрокрекинга,  висбрекинга (дальнейшего облагораживания  тяжелых остатков), водородной установки,  производства элементарной гранулированной  серы, общезаводского хозяйства  (градирен, компрессорной и насосной  станции, водооборота).         

         Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации. Необходимость уменьшения загрязнения воздуха в промышленных районах США, Западной Европы и Японии обусловливает значительное увеличение использования процессов гидрирования для десульфатизации дистиллятов и остаточных топлив. Процессы гидрокрекинга, предназначенные главным образом для удаления серы при невысоких требованиях к выходу продукции, известны как «гидроочистка».

         Газообразные легкие фракции прежде всего проходят через вакуумную установку для сжижения, затем полученный на этой стадии газойль проходит десульфатизацию гидроочисткой, прежде чем вновь смешивается с некоторыми вакуумными остатками и другими низкосернистыми легкими фракциями сырой нефти.[2]

         Наверное, рассматривая канистры с маслом, вы встречали на некоторых надпись «гидрокрекинг». Зная, что масла бывают минеральные, синтетические и полусинтетические, возникает законный вопрос — что же это? К какому классу относить такие масла? Вот тут-то и начинается самое интересное. По цене «гидрокрекинг» ближе к «минералке», а по качеству, как уверяет продавец, ничуть не хуже «синтетики». Но мы же понимаем, что если бы дело обстояло именно так, такое дорогое удовольствие, как синтетическое масло, вымерло бы как класс... Чтобы понять, в чем разница, нужно немного углубиться в специфику производства масел. Все масла состоят из основы (базового масла) и активных добавок (присадок), улучшающих их функциональные свойства. Так вот, базовые масла производит небольшое количество крупных нефтяных компаний. Чем же объясняется огромное количество марок масел на рынке? А тем, что фирмы, владеющие маслосмесительными заводами, приобретают готовую основу и, добавляя в нее свои присадки, выпускают товар под собственной маркой. Свойства масла определяются прежде всего химическим составом основы, присадки же предназначены для корректировки и улучшения этих характеристик.

         Минеральное масло, как известно, — это продукт перегонки нефти, синтетическое — продукт синтеза из газов, полусинтетичекое — их смесь. Гидрокрекинговое масло ближе к минеральному не только по цене, но и по способу получения, потому что оно тоже получается из нефти. Чем же оно тогда лучше? Как следует из названия, оно проходит более глубокую обработку при помощи гидрокрекинга. А на первых этапах его производство ничем не отличается от производства минерального масла. Нефть, которая представляет собой смесь углеводородов с цепочками самой разной длины, порой соединенных в кольца, сначала отправляют на атмосферную перегонку. Осадок после атмосферной перегонки, называемый мазутом, и идет на вакуумную перегонку для более тонкого разделения. Самые тяжелые из фракций и вакуумный остаток служат сырьем для высоковязких базовых моторных и трансмиссионных масел, более легкие дистилляты — для трансформаторных и легких индустриальных масел. Поскольку нефть содержит еще массу примесей, после вакуумной перегонки необходима очистка.

Вот основные примеси:

• соединения серы (sulfur, sulfur compounds) и органические кислоты (organic acids), вызывающие коррозию металлов;

• непредельные углеводороды (unsaturated hydrocarbons), понижающие антиокислительную стойкость масла;

• смолистые  и асфальтеновые соединения (resins, bitumen), которые образуют лаковые отложения  и нагар на горячих поверхностях деталей, ухудшают низкотемпературные свойства, подавляют эффективность  антиокислительных и антикоррозионных присадок;

• растворенные в масле твердые углеводороды — парафины (wax), которые повышают температуру застывания масла и  ухудшают его низкотемпературную фильтруемость;

• полициклические  соединения (polycyclic aromatics, PCA), ухудшающие низкотемпературные свойства масла  и способствующие образованию смолистых  отложений и нагара. Классификация  взята из книги «Моторные масла: состав, свойства, классификация, применение».

         Из обычного минерального масла разнообразными физико-химическими методами удаляются нежелательные примеси, вроде соединений серы или азота, асфальтеновые (битумные) вещества и ароматические полициклические соединения, которые усиливают коксование и зависимость вязкости от температуры. Депарафинизацией удаляются парафины, повышающие температуру застывания масел. Однако понятно, что удалить все ненужные примеси таким методом невозможно — грубо говоря, это и служит причиной худших свойств «минералки». Обработка масла может продолжиться и дальше. Ведь остались еще ненасыщенные углеводороды, которые ускоряют старение масла из-за окисления, да и примеси тоже остались. Гидроочистка (воздействие водородом при высокой температуре и давлении) превращает непредельные и ароматические углеводороды в предельные, что увеличивает стойкость масла к окислению. Таким образом, масло, прошедшее гидроочистку, обладает дополнительным преимуществом. А что же гидрокрекинг? Это еще более глубокий вид обработки, когда одновременно протекает сразу несколько реакций. Каких? Удаляются все те же ненавистные серные и азотистые соединения, расщепляются кольца, насыщаются связи, длинные парафиновые цепи рвутся на более короткие, такие, как нужно для масла... Но не все так просто. Некоторые компоненты нефти, которые обычно считаются вредными, местами могут быть весьма ценными. Например, смолы, жирные и нафтеновые кислоты улучшают липкость и стойкость адсорбционной пленки масла и тем самым улучшают смазывающую способность масла. Некоторые соединения серы и азота обладают антиокислительными свойствами. Таким образом, при глубокой очистке масла некоторые его смазывающие, антиокислительные и антикоррозионные свойства могут ухудшиться. Эта неприятность исправляется специальными присадками, которые добавляют уже на маслосмесительных заводах.

         Итак, гидрокрекинговые масла — это продукты перегонки и глубокой очистки нефти. Гидрокрекинг отбрасывает все «ненужное», ну а если захватывается что-то «полезное», необходимые свойства придаются с помощью присадок. Но четко отфильтровать ненужные примеси сложно — поэтому может быть справедливым большее нагарообразование и «содействие» коррозии у гидрокрекинговых масел по сравнению «синтетикой». Зато они обладают высоким индексом вязкости, противоокислительной стойкостью и стойкостью к деформациям сдвига, а от износа могут защищать даже лучше, чем синтетические. С другой стороны, «синтетика» более однородна в смысле линейности углеводородных цепей, что дает преимущества, например, в температуре замерзания. К слову сказать, и гидрокрекинг и синтез можно доводить до разной степени совершенства — здесь в игру вступает соотношение «цена-качество». Ну, и желание сэкономить, и боязнь потерять репутацию, конечно. Так что разные компании, делая базовое масло при слегка отличающихся условиях, могут получить совершенно разные продукты... Какие-то компании причисляют гидрокрекинговые масла к «минералке», некоторые — выдают за «синтетику». [3]

Вот примеры  «гидрокрекинга»:

BP Visco 5000 5w-40,

Castrol TXT Softec Plus 5w-40,

Total Quartz 9000 5w-40,

Ravenol LLO 10w-40. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  СХЕМЫ.

  Гидрокрекинг - процесс, направленный на получение высококачественных керосиновых и дизельных дистиллятов, а также вакуумного газойля путём крекинга углеводородов исходного сырья в присутствии водорода. Одновременно с крекингом происходит очистка продуктов от серы, насыщение олефинов и ароматических соединений, что обуславливает высокие эксплуатационные и экологические характеристики получаемых топлив. Например, содержание серы в дизельном дистилляте гидрокрекинга составляет миллионные доли процента. Получаемая бензиновая фракция имеет невысокое октановое число, её тяжёлая часть может служить сырьём риформинга.

     Гидрокрекинг  также используется в масляном производстве для получения высококачественных основ масел, близких по эксплуатационным характеристикам к синтетическим.  
Гамма сырья гидрокрекинга довольно широкая - прямогонный вакуумный газойль, газойли каталитического крекинга и коксования, побочные продукты маслоблока, мазут, гудрон.  
Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности - 3-4 млн. тонн в год по сырью.  
Обычно объёмов водорода, получаемых на установках риформинга, недостаточно для обеспечения гидрокрекинга, поэтому на НПЗ сооружаются отдельные установки по производству водорода путём паровой конверсии углеводородных газов.[4] 
          Технологические схемы принципиально схожи с установками гидроочистки - сырьё, смешанное с водородосодержащим газом (ВСГ), нагревается в печи, поступает в реактор со слоем катализатора, продукты из реактора отделяются от газов и поступают на ректификацию. Однако, реакции гидрокрекинга протекают с выделением тепла, поэтому технологической схемой предусматривается ввод в зону реакции холодного ВСГ, расходом которого регулируется температура.