Изомеризация бензиновых фракций

Размещено на http://www.allbest.ru/

23

Введение

углеводород октановый изомерация

Изомеризация бензиновых фракций - это процесс соединения линейных углеводородов в соединения с разветвленной цепью, которые имеют более высокое октановое число.

Обычно сопровождает процессы переработки нефтяных продуктов (пиролиз, крекинг).

Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения.

Изомеризация бензиновых фракций позволяет уменьшить содержания ароматических углеводородов при сохранении высокого октанового числа.

Установка изомеризации позволяет извлекать из состава бензинов низкооктановые легкие фракции, производя изомеризат, который, в свою очередь, позволяет увеличить выход автомобильных бензинов из перерабатываемой нефти с повышенным октановым числом, с одновременным уменьшением содержания ароматических углеводородов, бензола и олефинов.

Технологический процесс изомеризации предполагает использование катализатора с определенными каталитическими, физико-химическими и устойчивыми к действию каталитических ядов характеристиками.

Особо не вдаваясь в технологию производства, отметим, что уникальность технологии - в сочетании процессов изомеризации и селективной жидкофазной адсорбции на молекулярных ситах, что позволяет за счет увеличения конверсии н-парафинов повысить антидетонационные характеристики легкого прямогонного бензина.

Цель данного курсового проекта - рассмотреть технологию изомеризации лёгких бензиновых фракций. Произвести технологический расчет реактора, рассчитать материальный баланс.



1. Общая часть

1.1 Литературный обзор [3]

Процесс каталитической изомеризации предназначен для получения высокооктановых компонентов бензина, а также сырья для нефтехимической промышленности. Сырьем являются н-бутан, легкие прямогонные фракции н.к.--62°С, рафинаты каталитического риформинга, н-пентан и н-гексан или их смеси, выделенные при фракционировании газов. Процесс проводят в среде водородсодержащего газа.

Основными катализаторами являются: катализатор Фриделя-Крафтса, сульфид вольфрама, бифункциональные, цеолитсодержащие с благородными металлами и комплексные. Наиболее распространены в настоящее время бифункциональные катализаторы, содержащие платину или палладий на кислотном носителе (оксид алюминия, цеолит).

Выход целевого продукта - изомеризата с октановым числом 88-92 (исследовательский метод) - составляет 93--97% (масс.); побочным продуктом процесса является сухой газ, используемый как топливный.

Установка изомеризации состоит из двух блоков -- ректификации и изомеризации. В блоке ректификации сырье предварительно разделяется на пентановые и гексановые фракции, направляемые на изомеризацию, после которой проводится стабилизация полученного продукта и выделение из него товарных изопентана и изогексана. В блоке изомеризации получают изомеризаты.

Эксплуатация установок изомеризации имеет много общего с эксплуатацией установок каталитического риформинга. Большинство процессов, получивших распространение, проводят в паровой фазе и при довольно высоких температурах. Это, а также значительная стоимость фракционирующей секции установки, сдерживает широкое промышленное внедрение процесса. Внедрению должно способствовать улучшение технико-экономических показателей.

Для решения этой задачи необходимо продолжать поиски путей удешевления и совершенствования ректификации, а также разработки новых катализаторов, обладающих более высокой изомеризующей активностью.

Также как и установка изомеризации бутана, установка изомеризации пентан-гексановой фракции может включать колонну фракционирования сырья, в которой нормальные углеводороды концентрируются, а углеводороды изостроения отделяются. После этого нормальные парафины смешивают с водородом и небольшим количеством органического хлорида и подают в реактор. На платиновом катализаторе, находящемся в реакторе, примерно половина сырья изомеризуется, так что продукт, выходящий из реактора, (изомеризат) можно фракционировать, и полученный при этом нормальный пентан можно возвращать в процесс вплоть до полной конверсии. Так как гексаны кипят при более высокой температуре, чем н-пентан, а изопентан кипит при более низкой температуре, то для разделения гексанов требуются дополнительные приспособления; поэтому иногда более выгодно не проводить рециркуляцию н-гексана.



2. Технологическая часть

2.1 Химизм процесса [14]

Изомеризацией называют процесс превращения одних изомеров (соединений одинаковых по составу и молекулярной массе, но отличающихся по свойствам) в другие. В отличие от прочих термокаталитических процессов, каталитическая изомеризация протекает без изменения реакционного объёма системы. Поэтому изменение давления не сказывается на получении целевого продукта. Реакцию изомеризации желательно проводить при не высоких температурах, так как это способствует образованию более разветвлённых изомеров. Однако для интенсификации реакции процесс приходится вести при относительно высоких температурах. Схематично реакцию можно представить следующим образом:

вначале на металлических центрах катализатора происходит дегидрирование исходного парафина;

затем на кислотных центрах катализатора происходит взаимодействие олефина с протоном (протонизация) и изомеризация образовавшегося карбкатиона;

далее идёт депротонизация карбкатиона на металлических центрах катализатора с образованием олефина изомерного строения и его гидрирование до парафина со скелетом изомерного строения - целевого продукта.

Катализатору процесса изомеризации также свойственно закоксовываться, так как вначале происходит дегидрирование парафина на металлических центрах катализатора. Образовавшийся олефин на кислотных центрах катализатора превращается в карбкатион, который легко подвергается дальнейшей изомеризации либо полимеризуется. Для предотвращения этого процесс каталитической изомеризации углеводородных фракций бензинов так же, как и каталитический риформинг проводят под повышенным давлением водорода.

Основные составляющие сырья, влияющие на процесс изомеризации:

воздействие олефинов, циклических соединений, у.в. С₇+ и бутана - количество и типы олефиновых у.в. содержащихся во фракции С₅/С₆ с установки риформинга приемлемы, но потоки с высоким содержанием олефинов нельзя перерабатывать без предварительного гидрирования для насыщения этих компонентов. Вредное воздействие большого количества олефинов заключается в том, что они физически обволакивают катализатор после их полимеризации.

адсорбируются на катализаторе, снижая количество активных центров для изомеризации парафинов. При содержании бензола в исходном сырье более 5% масс.требуется дополнительный запас катализатора в реакторах. Насыщенные циклические у.в. потребляют значительное количество водорода в результате протекания экзотермической реакции, которая нежелательна для равновесия процесса изомеризации. Бензол быстро гидрируется и затем ведёт себя как эквивалентное количество циклогексана. Циклогексан и другие нафтеновые у.в. С₆ конвертируются в парафиновые у.в. С₆, что приводит к снижению октанового числа.

у.в. С₇⁺. В сырье установки “Пенекс” содержание у.в. С₇ и выше не должно быть более 3% масс. Парафиновые у.в. С₇+ легко подвергаются гидрокрекингу с образованием у.в. С₃ и С₄. Некоторая часть у.в. С₇+, которая не подвергалась гидрокрекингу, изомеризуется с получением смеси у.в. с более низким октановым числом по сравнению с продуктами получаемыми из у.в. С₅ и С₆. Нафтеновые у.в. С₇ оказывают такое же отрицательное воздействие, как и нафтеновые у.в. С₆.

Бутан. И более лёгкие парафины проходят через реактор без изменений, т.к. являются инертными относительно каталитической реакции. Обычно содержание бутанов не должно превышать 4% об. содержание в сырье примесей.

Присутствие в сырье серы приведёт к снижению активности катализатора. В этом случае для получения нужного соотношения продуктов необходима работа катализатора при более высокой температуре. После удаления серы по методике удаления серы из катализатора, катализатор постепенно восстанавливает свою активность. Необходимо также контролировать содержание в сырье примесей, являющихся ядом для катализатора. Ядами, необратимо отравляющими катализатор, являются соединения, которые оказывают на активность катализатора необратимое вредное воздействие. Для катализатора установки “Пенекс” такими соединениями являются вода, соединения азота, фториды, кислородсодержащие соединения.

Деактивация катализатора в результате воздействия таких соединений необратима. Примерно один килограмм кислорода в любой форме будет деактивировать 100 кг катализатора. Кислородсодержащие соединения вступают в химическую реакцию с активным хлором на катализаторе, который химически связан со структурой окиси алюминия во время производства катализатора.

Эти соединения реагируют с хлоридом в катализаторе или с HCl, содержащимся в рециркулирующем газе, с образованием солей, которые могут необратимо деактивировать катализатор: заблокировать активные центры катализатора, привести к потере хлоридов или к нарушению распределения потока из-за отложения солей.

Эти соединения также являются ядом, который отравляет катализатор необратимо. Приблизительно один кг этого соединения будет деактивировать 100 кг катализатора.

Катализатор может противостоять воздействию лишь определённого количества этих примесей, при повышении котрого катализатор необратимо деактивируется и подлежит замене.



Таблица 1. Максимально допустимые уровни содержания примесей

Загрязняющая примесь	Предельно допустимая концентрация (масс.)
Общая сера	0,5 ppm
Общий азот	0,1 ppm
Суммарное содержание кислородсодержащих соединений	10 ppm
Вода	0,05 ppm
Суммарное содержание хлоридов	0,5 ppm
Медь	до 20 ppb
Свинец	до 10 ppb
Мышьяк	до 1 ppb
Фториды	до 0,5 ppm
Бромное число	-

Наилучшей подготовкой сырья к процесс у изомеризации является его гидрогенизационное облагораживание - гидроочистка. Этим процессом из состава сырья удаляются нежелательные компоненты.

При работе в режиме получения высокооктанового компонента (установки, строящиеся на НПЗ) сырьем являються легкие прямогонные фракции, продукцией - изокомпонент, который направляется на смешение с катализатами риформинга и каталитического крекинга для получения высокооктановых бензинов. Нижеприводится характеристика сырья и продуктов установки изомеризации при переработкефракций НК-62°С (I) и НК-70°С (II).

При использовании первуй из этих фракцій изомеризации подвергается пентан, при использовании второй - пентан и гексан.

2.2 Выбор технологической схемы

Процессы каталитической изомеризации легкой бензиновой фракции и бутана играют все большую роль в схемах нефтеперерабатывающих заводов, связанных с получением высокооктановых компонентов смещения бензинов. Изомеризация увеличивает октановое число бензина, снижает содержание ароматических углеводородов, дает возможность уменьшения жесткости процессов риформинга и, в конечном счете, увеличивает общий бензиновый ресурс, что делает эти процессы очень актуальными. К тому же, изомеризация бензиновой фракции позволяет снизить расхождение значений октановых чисел, измеряемых по моторному и исследовательскому методам.

Процесс изомеризации является одним из самых рентабельных способов получения высокооктановых компонентов бензинов с улучшенными экологическими свойствами. Актуальность установок изомеризации также возросла с введением новых сверхжестких ограничений на экологические свойства автомобильных бензинов, включая ограничение по фракционному составу, содержанию ароматических соединений и бензола. Установки изомеризации позволяют получить топливо с характеристиками, отвечающими жестким стандартам ЕВРО-4 и ЕВРО-5. Интенсивное наращивание мощностей процесса изомеризации осуществляется за счет реконструкции существующих и строительства новых установок. Одновременно проводятся модернизация и интенсификация действующих установок изомеризации под процессы с рециркуляцией непревращенных нормальных парафинов.

В однопроходной схеме процесса изомеризации, легкая прямогонная фракция смешивается с водородсодержащим газом. Смесь нагревается и поступает в 1-й реактор, где происходит насыщение бензола и частичная изомеризация.

Поток, выходящий из 1-го реактора, охлаждается и поступает во 2-й реактор для завершения реакции изомеризации до уровня близкого к химическому равновесию.

Газопродуктовая смесь, выходящая из 2-го реактора, охлаждается и направляется в сепаратор, где отделяется водородсодержащий газ. Данный газ смешивается со свежим водородом и через осушители рециркулируется для смешения с сырьем.

Нестабильный изомеризат из сепаратора нагревается и подается в колонну-стабилизатор. Верхние пары колонны-стабилизатора охлаждаются и поступают в рефлюксную емкость. Жидкие углеводороды рефлюксной емкости возвращаются в колонну в качестве рефлюкса, а несконденсированные легкие углеводороды выводятся из системы в качестве нефтяного углеводородного газа. С куба колонны-стабилизатора выводится стабильный изомеризат, который после охлаждения направляется на компаундирование бензинов.

Сочетание процессов Penex (изомеризации) и Molex (селективной жидкофазной адсорбции на молекулярных ситах) фирмы UOP позволяет за счет увеличения конверсии н-парафинов повысить антидетонационные характеристики легкого прямогонного бензина. Процесс ТИП также представляет собой комбинированную технологию, сочетающую процессы изомеризации, выделения и рециркуляции н-парафинов.

Добиться этого можно путем смешивания риформата (процесс компаундирования бензинов) с высокооктановым компонентом, практически лишенным ароматики.

Процесс изомеризации в данной технологической цепочке является одним из самых легко встраиваемых звеньев для получения высокооктановых компонентов бензинов.

Сырьем для него главным образом служат легкие фракции прямогонных, газовых бензинов, а также бензинов риформинга и гидрокрекинга, имеющие низкое октановое число - от 69 до 85 пунктов.

В процессе изомеризации нафты получают так называемый изомеризат, октановое число которого в результате увеличивается и находится в интервале 85-90 пунктов, причем выход продукта из сырья очень высокий и составляет 98%.

Установка изомеризации бензиновых фракций должна быть встроена в общую технологическую схему переработки нефтяных продуктов.



2.3 Параметры технологического процесса [14]

Основные технологические параметры процесса установки изомеризации ”Пенекс”:

температура на входе в реакторы;

давление;

объёмная скорость подачи сырья;

кратность циркуляции водородсодержащего газа;

мольное соотношение “водород/у.в.”;

промотор катализатора.

Изменением указанных параметров с учётом качества перерабатываемого сырья подбирается жёсткость процесса, обеспечивающая заданную октановую характеристику изомеризата.

Глубина очистки исходного сырья от серы, азота и других микропримесей зависит от следующих параметров:

температуры процесса;

давления процесса;

кратности подачи водородсодержащего газа;

содержания водорода в водородсодержащем газе;

объёмной скорости подачи сырья.

С увеличением температуры интенсивность реакций гидрообессеривания, гидрирования непредельных углеводородов увеличивается, что приводит к снижению содержания серы, азота, кислорода и металлов в продуктах гидрогенизации.

По мере повышения температуры расход водорода увеличивается, а затем может несколько снизиться, так как могут начаться реакции дегидрирования, при этом до этого момента расход водорода возрастает весьма быстро при увеличении температуры. Однако, при высокой температуре протекают реакции между олефинами и сероводородом с образованием меркаптанов.

Поэтому рекомендуется поддерживать температуру процесса возможно более низкой, если это не отражается на качестве получаемых продуктов. Также при высоких температурах интенсивность реакции гидрообессеривания и особенно гидрирования непредельных углеводородов снижается. Это связано с возрастанием интенсивности реакции гидрокрекинга. При гидрокрекинге снижается выход жидких продуктов, увеличивается отложение кокса на катализаторе и сокращается тем самым, срок службы последнего. Процесс гидроочистки бензина протекает с выделением незначительного количества тепла, которое расходуется на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду.

Подбор оптимальных температур гидроочистки зависит от состава сырья.

При гидроочистке пентан - гексановых фракций для катализатора НКЮ-100 оптимальными пределами температур являются 290 - 340 ^оC.

В гидрогенизационных процессах следует рассматривать комплексно - учитывать общее давление в системе и парциальное давление водорода в циркулирующем газе с повышением парциального давления водорода в циркулирующем газе.

С повышением парциального давления водорода увеличивается скорость гидрирования и достигается более полное удаление серы, азота, кислорода и металлов, а также насыщение непредельных углеводородов снижается содержание ароматических углеводородов и асфальтенов, и уменьшается закоксованность катализаторов, что увеличивает срок их службы. Целесообразно также поддерживать содержание водорода в циркулирующем газе на максимально возможном уровне.

Повышение общего давления в системе способствует увеличению глубины сероочистки и возрастанию срока службы катализатора. Это связано с повышением концентрации реагентов в единице объёма (увеличение числа эффективных столкновений реагирующих молекул).

Для данной установки технологическое давление в реакторе составляет 4,0 МПа, что при объёмной скорости 2,5 - 3,5 час^-1 обеспечивает глубину гидроочистки сырья изомеризации до требуемых количеств -0,00005 % весовых (0,5 ppmпо сере).

Объёмной скоростью называют отношение объёма жидкого сырья, подаваемого в реактор за один час, к объёму катализатора, объёмная скорость измеряется в м³/м³ час или час^-1.

При определении объёма сырья принимается его плотность, отнесённая к стандартным условиям, то есть при температуре 20 ^оС.

Размер объёмной скорости: м³/час * м³ = 1/час = час^-1.

С увеличением объёмной скорости уменьшается время пребывания сырья в реакторе, то есть время контакта сырья с катализатором. При этом уменьшается глубина гидрообессеривания сырья. В случае уменьшения объёмной скорости (увеличения времени контакта сырья и катализатора) увеличивается глубина обессеривания, но снижается производительность установки.

Реакционная способность сернистых соединений неодинакова. Меркаптаны, сульфиды и дисульфиды легко гидрируются при высоких объёмных скоростях; тиофены удаляются значительно труднее, поэтому гидрирование тиофенсодержащего сырья следует проводить при более низких объёмных скоростях.

В зависимости от химического и фракционного состава сырья и требуемой глубины гидроочистки, объёмные скорости процесса могут быть в пределах от 2,5 до 3,5 час^-1. Для лёгких нефтепродуктов, более термостойких, уменьшение глубины гидроочистки при повышенных объёмных скоростях компенсируется за счёт повышения температур.

Для данной установки принята объёмная скорость 2,5 - 3,5 час^-1.

Кратность подачи водородсодержащего газа.

С увеличением кратности подачи водородсодержащего газа увеличивается парциальное давление водорода в системе, что в свою очередь способствует увеличению глубины очистки пентан - гексановой фракции и уменьшению закоксовывания катализатора.

Кратность подачи водородсодержащего газа циркуляционным компрессором гидроочистки составляет не менее 200 нм³/м³ сырь.

В данной установке на предварительную гидроочистку в качестве свежего водородсодержащего газа поступает избыточный водородсодержащий газ риформинга.

Концентрация водорода в свежем водородсодержащем газе может колебаться в пределах от 75% до 85% объёмных, в зависимости от характера сырья и степени отработки катализатора риформинга.

Для номинального режима данной установки принята концентрация водорода в свежем водородсодержащем газе в пределах 76-82% об.

Чем выше активность катализатора, тем с более высокой объёмной скоростью можно проводить процесс при обеспечении заданной глубины очистки сырья.

Определение активности катализатора проводят по сравнительной способности эталонного образца.

Испытания ведут на пилотной установке по специальной методике.

Индекс активности рассчитывают по формуле:

где S₀ - содержание серы в исходном образце сырья;

S_k - содержание серы в гидрогенизате, очищенном на испытываемом катализаторе;

S_э - содержание серы в гидрогенизате, очищенном на эталонном катализаторе.

Свежий катализатор должен иметь индекс активности не ниже 95%. Если активность свежего катализатора не достигает максимальной величины, катализатор активируют в течение нескольких часов при температуре выше 300 ^оC.

При этом окись молибдена восстанавливается. Молибден меняет свою валентность от высшей валентности до каталитически более активной низшей. Окончательное повышение активности до максимума происходит в процессе сульфирования катализатора, после чего окисный катализатор переходит в более активную сульфидную форму.

Со временем активность катализатора падает за счёт отложения кокса на поверхности катализатора. Частичную регенерацию катализатора можно провести гидрированием коксовых отложений при циркуляции водорода и температуре 340 ^оC.

Однако такая регенерация не удаётся, если коксообразование произошло при падениях давления в системе, превышениях температур выше допустимых. Поэтому при кратковременном нарушении технологических параметров за пределы допустимых колебаний температуры и давления, прекращение циркуляции водородсодержащего газа недопустимо.



2.4 Аппаратурное оформление технологического процесса

Рисунок 1. Технологическая схема установки изомеризации

Блок изомеризации

Сырье процесса изомеризации, содержащее низкооктановые нормальные парафины, поступает в сырьевую ёмкость Е-1. Из емкости сырье насосом Н-1 подается в тройник смешения с циркуляционным водородсодержащим газом, поступающим с нагнетания компрессора К-2/1,2 и низкооктановые гексаны. Газосырьевая смесь поступает в межтрубное пространство теплообменника Т-1, где нагревается газопродуктовой смесью из реактора Р-2, затем нагревается в печи П-1 и подается в реактор Р-1. В реакторе Р-1 на катализаторе изомеризации - хлорированном оксиде алюминия, содержащем платину, в присутствии водорода происходят реакции изомеризации. Изомеризация заключается в превращении низкооктановых нормальных парафинов в соответствующие изомеры с более высокой октановой характеристикой. Из реактора Р-1 поток направляется в теплообменник Т-2, где отводится теплота реакции, нагревая газосырьевую смесь. Охлажденный до требуемой температуры поток направляется во второй реактор Р-2, где на катализаторе протекают завершающие реакции процесса. Тепло газопродуктовой смеси, выходящей из реактора Р-2, используется для нагрева газосырьевой смеси в теплообменнике Т-1, затем газопродуктовая смесь охлаждается в воздушном холодильнике Х-1, и поступает в сепаратор С-1. В сепараторе С-1 происходит отделение циркулирующего водородсодержащего газа от жидкой фазы. Водородсодержащий газ из сепаратора С-1 возвращается к циркуляционному компрессору К-2/1,2 через воздушный холодильник Х-2, сепаратор-отбойникПК-1.

Блок стабилизации изомеризата

Колонна стабилизации К-3 предназначена для отделения от нестабильного изомеризата растворенных газов и хлористого водорода, образовавшихся в результате крекинга.

Нестабильный изомеризат из сепаратора С-1 поступает в стабилизационную колонну К-3 на 20 тарелку. Из верхней части колонны К-3 выводятся газы стабилизации. Стабильный изомеризат из нижней части стабилизационной колонны К-3 подается в колонну деизогексанизации К-4 (ДИГ).

Блок колонны деизогексанизации

Колонна деизогексанизации (ДИГ) К-4 предназначена для выделения углеводородов, имеющих высокие октановые числа, из смеси изомеров.

Стабильный изомеризат с низа колонны стабилизации К-3 подается на 25 тарелку деизогексанизатора К-4. Из верхней части колонны К-3 выводятся пары высокооктанового изомеризата, состоящего из изомеров пентана и гексана. Балансовое количество кубового продукта состоящего, в основном, из углеводородов С₇ и выше, из нижней части колонны выводится с установки в линию низкооктановых бензинов.



2.5 Характеристика основного технологического оборудования

[7]

Рисунок 2. Трубчатая печь

Трубчатые печи предназначены для нагрева нефти, газового конденсата, мазута и других органических видов сырья. Используются в составе нефтеперерабатывающих установок, установок подготовки нефти, установок вакуумной переработки мазута, в качестве термомасляного котла и прочее.



Рисунок 3. Центробежный насос

Насосы. По характеру сил преобладающих в насосе: объёмные, в которых преобладают силы давления и динамические, в которых преобладают силы инерции.

По характеру соединения рабочей камеры с входом и выходом из насоса: периодическое соединение (объёмные насосы) и постоянное соединение входа и выхода (динамические насосы).

Объёмные насосы используются для перекачки вязких жидкостей. В этих насосах одно преобразование энергии -- энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости (механическая => кинетическая + потенциальная).

Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочий процесс в объёмных насосах неуравновешен (высокая вибрация), поэтому необходимо создавать для них массивные фундаменты. Также для этих насосов характерна неравномерность подачи. Большим плюсом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию).

Для динамических насосов характерно двойное преобразование энергии. В динамических насосах можно перекачивать загрязнённые жидкости, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объёмных насосов, они не способны к самовсасыванию.

Рисунок 4. Теплообменник «труба в трубе»

Теплообменники «труба в трубе». Известно, что высокая скорость движения среды, омывающей поверхность теплообменной трубы, снижает вероятность загрязнения поверхностей теплообмена, тем самым обеспечивая постоянство коэффициента теплопередачи. Кроме того, при больших скоростях движения теплоносителей значение коэффициента теплопередач и значительно возрастает.

Основным достоинством теплообменников «труба в трубе» является возможность установления наиболее целесообразных для данного процесса скоростей движения теплоносителей.

Другим достоинством теплообменников «труба в трубе» является возможност ьсоздания режимап ротивотока.

[4]

Рисунок 5. Реактор с неподвижным слоем катализатора



Реактора с неподвижным слоем катализатора широко распространены при проведении гетерогенных каталитических процессов в различных областях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. В связи с разнообразием процессов, реализуемых в реакторах с неподвижным зернистым слоем, разнообразны и конструкции таких аппаратов.

Одной из основных проблем, с которой сталкиваются специалисты при разработке каталитических реакторов, является формирование оптимального диапазона температур в слое катализатора. Для этого в реакционном узле предусматривается отвод или подвод тепла (для экзо- и эндотермических процессов соответственно).



3. Расчетная часть

3.1 Технологический расчет материального баланса реактора

В реактор поступает сырье, свежий водородсодержащий газ и циркулирующий водородсодержащий газ (ЦВСГ). Состав ЦВСГ приведен ниже:

Мольная доля y?	0,720	0,200	0,050	0,020	0,010
Массовая доля y	0,192	0,427	0,201	0,103	0,077

Средняя молекулярная масса ЦВСГ

Наименование	%(масс.)	т/год	т/сут*	кг/ч
Взято Сырье ВСГ в том числе 100%	100, 00 1,48 0,43	2 000 000 29 600 8600	5882,35 87,06 25,29	245 098 3627 1053
?	101,48	2 029 600	5969,41	248 725
Получено Дизельное топливо очищенное Сероводород Сухой газ** Бензин	96,11 1,91 1,66 1,80	1 922 200 38 200 33 200 36 000	5653,53 112,35 97,65 105,88	235 564 4681 4068 4412
?	101,48	2 029 600	5969,41	248 726

*Из 365 дней установка работает 340 дней перерабатывает сырье, 22 дня - ремонт установки, 3 дня - регенерация катализатора.

**Механические потери водорода в балансе присоедины к сухому газу. [1]



Наименование	%(масс.)	КГ/Ч
Взято Сырье Свежий ВСГ Циркулирующий ВСГ	100,00 1,48 15,96	245098 3627 39118
?	117,44	287843
Получено Дизельное топливо очищенное Сероводород Сухой газ Бензин Циркулирующий ВСГ	96,11 1,91 1,66 1,80 15,96	235564 4681 4069 4412 39118
?	117,44	287843



4. Охрана труда и промышленная безопасность

4.1 Санитарная характеристика объекта [12]

Установка изомеризации включает в себя процессы выделения изопентана из пентан - гексановой фракции, выделения изогексана из стабильного изомеризата, которые относятся к числу взрывоопасных и пожароопасных.

Продуктам, определяющим взрывоопасность установки изомеризации, являются водородсодержащий и углеводородный газы, пары лёгкого бензина, которые в смеси с кислородом воздуха образуют смеси, взрывающиеся при наличии огня или искры.

По взрывопожарной опасности установка относится к категории ”А”.

Процессы гидроочистки и изомеризации относятся к вредным для здоровья обслуживающего персонала, так как обращающиеся в этих процессах вещества являются токсичными (2, 3, 4 классов опасности).

На установке имеются опасности, обусловленные следующими особенностями используемого оборудования и условиями его эксплуатации:

наличие аппаратов и трубопроводов с рабочей температурой, превышающей 60 ^оC, вызывает необходимость содержать в исправности теплоизоляцию во избежание ожогов обслуживающего персонала;

необходимость обслуживания оборудования и трубопроводов на высоте;

наличие агрегатов с высокой скоростью вращения двигателей вызывает повышенный шумовой фон и необходимость контроля за наличием ограждающих и защитных устройств;

наличие разъёмных соединений, что может привести к утечкам ЛВЖ и ГГ;

наличие высокого напряжения на электродвигателях.

При несоблюдении правил безопасности работающие на установке изомеризации подвергаются опасности отравления токсичными веществами, получения термических, химических ожогов и обморожения при работе в зимнее время года. Возможно травмирование при обслуживании вращающихся частей механизмов, поражение электрическим током, при работе на высоте, при работе с грузоподъёмными механизмами и при отборе проб.

На основании требований п. 2.1 ”Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимическихпроизводств ПБ 09-540-03” выполнено разделение на отдельные технологические блоки технологических процессов. Разделение технологических схем секций установки выполнено, исходя из условия обеспечения минимального уровня взрывобезопасности технологических блоков. Каждый технологический блок отделяется от других блоков запорными или быстродействующими отсечными устройствами и снабжён средствами контроля, управления и противоаварийной защиты с целью обеспечения минимального уровня взрывоопасности блока.

Причинами возникновения аварийных ситуация на установке являются следующие нарушения:

прекращение подачи сырья;

прекращение подачи циркуляционного водородсодержащего газа в реакторных блоках гидроочистки и изомеризации;

прекращение подачи свежего ВСГ на установку изомеризации;

высокий перепад температур в реакторах изомеризации;

прекращение подачи электроэнергии;

прекращение подачи охлаждающей воды;

прекращение подачи воздуха КИП;

прекращение подачи водяного пара;

прекращение подачи топлива к печи гидроочистки;

нарушение герметичности трубопроводов или аппаратов.

4.2 Охрана труда технологического персонала [13]

Работа с персоналом по охране труда является одним из основных направлений производственной деятельности, обеспечивающей безопасность, надежность и эффективность работы предприятия, и направлена на решение следующих основных задач:

обеспечение соответствия квалификации лиц, принимаемых на работу, требованиям, характеристикам и условиям производства;

формирование необходимых знаний и навыков работника перед допуском к самостоятельной работе, в том числе специальных, необходимых для допуска работника к обслуживанию оборудования и/или выполнению работ, подконтрольных органам государственного надзора;

сохранение необходимых знаний и навыков, развитие производственных навыков в процессе трудовой деятельности;

совершенствование знаний и навыков при изменении производственных условий;

постоянный и систематический контроль профессиональных знаний и навыков работника в процессе его трудовой деятельности;

изучение и применение передовых безопасных приемов производства работ, воспитание у персонала ответственности за соблюдение правил, норм и инструкций по охране труда.

Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себяправовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия (ст. 1 ФЗ «Об основах охраны труда в РФ»).

Эти мероприятия имеют своей целью создание условий труда, отвечающих требованиям сохранения жизни и здоровья работников в процес се трудовой деятельности. На практике под. охраной труда нерідко подразумевают технику безопасности, производственную санитарию и т.п. Такая позиция ошибочна. Охрана труда - это система мероприятий, где техника безопасности или гигиена труда являются ее составляющими.

Конституция РФ в главе «Основы конституционного строя» провозглашает, что в Российской Федерации охраняется труд и здоровье людей, устанавливается гарантированный минимальный раз мер оплаты труда, обеспечивается государственная піддержка семьи, материнства, отцовства и детства, инвалидов и пожилых граждан, развивается система социальных служб, устанавливаются государственный пенсии и иные гарантии социальной защиты.

Сертификат соответствия работ по охране труда (сертификат безопасности) - документ, удостоверяющий соответствие проводимых в организации работ по охране труда установленням государственный нормативным требованиям охраны труда.

Производственная деятельность - совокупность действий работников с применением средств труда, необходимых для превращения ресурсов в готовую продукцию, включающих в себя производство и переработку различных видов сырья, строительство, оказание различных видов услуг.

Основными направлениями государственный политики в области охраны труда являются:

обеспечение приоритета сохранения жизни и здоровья работников;

принятие и реализация федеральных законов, федеральных, отраслевых и территориальных программ улучшения условий и охраны труда;

государственное управление охраной труда;

государственный надзор и контроль за соблюдением требований охраны труда;

расследование и учет несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

координация деятельности в области охраны труда, охраны окружающей природной среды и других видов экономической и социальной деятельности;

распространение передового отечественного и зарубежного опыта работы по улучшению условий и охраны труда;

подготовка и повышение квалификации специалистов по охране труда;

международное сотрудничество в области охраны труда и т.п.

Средстваиндивидуальнойзащиты (СИЗ) - это одежда и особые приспособления для обеспечения безопасности работы и жизнедеятельности человека. Исходя из особенностей производственного процесса и условий на предприятии, его работники должны иметь средства индивидуальной защиты кожи, органов дыхания, зрения, слуха, что регулируется правилами обеспечения работников специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты в постановлении Министерства труда.

Под СИЗ понимают защитную одежду, обувь, очки, респираторы, противогазы, каски и многоедругое - всего 11 типов в установленной ГОСТ классификации. Они могутзащищать людей от вредных излучений, газов, пыли, химических и инфекционных агентов. Постановление Министерства труда обязывает кметь специальную одежду не только работникам вредных предприятий, но и индустрии общественного питания и медицинских учреждений - как для их собственной защиты, так и с целью соблюдения гигиенических требований - защиты окружающих людей.

Средства индивидуальной защиты подбираются индивидуально для каждого предприятия, в зависимости от его особенностей. Условия, при которых необходимы такие средства, разнообразны - к ним могут относиться:

особый температурный режим;

загрязнения окружающей среды;

повышенный риск поражения электрическим током;

повышенный уровень шума и другие факторы.

Выдача средств индивидуальной защиты работникам и посетителям строго учитывается и обязательна для предприятий с вредными, опасными и особыми условиями труда. Кроме того, использование средств индивидуальной защиты должно соответствовать требованиям ГОСТ - одежда и другие приспособления в обязательном порядке проходят сертификацию. Они должны иметь сертификат соответствия, выдаваемый специальной комиссией, которая:

проверяет средства индивидуальной защиты работников на предмет качества, ориентируясь на нормативно-техническую документацию ГОСТ;

устанавливает сроки износа одежды и других предметов защиты;

определяет соответствие размерам, назначению и т.д., отмеченным в заявке заказчика и маркировке самих средств.

Поэтому необходимо приобретать средства индивидуальной защиты только у серьезных поставщиков, которые обязательно проверяют сертификат соответствия каждой партии. НИИ БЖД Тюменской области не только соблюдает все государственные требования, но и, при необходимости, осуществляет комплексный подбор СИЗ с учетом особенностей работы предприятия.

Комплексный подбор и поставка сертифицированной спецодежды и средств индивидуальной защиты, с учетом особенностей производства, в том числе на основании результатов аттестации рабочих мест.

4.3 Экологическая безопасность объекта

Работа оборудования установки связана с образованием и выбросом загрязняющих веществ в атмосферу.

Выбросы установки делятся на организованные и неорганизованные.

К организованным выбросам относятся дымовые газы печей и вентиляционные выбросы из производственных помещений.

К неорганизованным выбросам относятся выбросы через неплотности аппаратов, запорной, регулирующей, предохранительной арматуры, фланцевых соединений оборудования, уплотнений вращающихся валов и так далее.

В процессе производства образуются твёрдые и жидкие отходы. Накопление и хранение отходов на территории установки допускается временно, с целью использования отходов в последующем технологическом цикле и их полной утилизации.

Временное складирование, перевозку и захоронение отходов необходимо осуществлять в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.1322 - 03 ”Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления”.



Заключение

Процесс изомеризации легких бензиновых фракций экономически эффективен при выходе изомеризата на сырье не менее 95 % и приросте октанового числа от 6 пунктов и выше. Прежде всего этим требованиям отвечает технология изомеризации на высоко хлорированных катализаторах. Выход изомеризата достигает 98 %, а прирост октанового числа составляет 12-14 пунктов. Технология широко апробирована в мировой нефтепереработке. Вместе с тем она имеет некоторые серьезные недостатки. Катализатор чрезвычайно чувствителен к влаге, азоту и сере. Поэтому традиционная гидроочистка недостаточна. Требуется дополнительная осушка на специальных адсорбентах не только ВСГ, но и гидрогенизата до содержания Н2О менее 1 ррт. Но и в этомслучае, для восполнения уноса хлора с катализатора, необходима постоянная подача хлористих соединений. Соответственно в процес существуют кислые стоки, и установка должна быть оборудована блоком их нейтрализации.

Необходимо отметить следующиее достоинства: процесс характеризуется высокой селективностью; возможно применять оборудование из углеродистой стали; практически нет коксообразования; примеси бензола и нафтенов в сырье не влияют на активность катализатора; увеличение содержания серы и углеводородов С7 в сырье за пределы нормы приводит лишь к временному снижению активности катализатора; низкая скорость реакцій гидрокрекинга и небольшое коксообразование позволяют осуществлять процесс с выходами продуктов, близкими к получаемым по условиям термодинамического равновесия.

В данном курсовом проекте рассчитаны тепловой баланса реактора, материальный баланс реактора и регенерация катализатора гидроочистки на установке изомеризации. Также была рассмотрена технология изомеризации лёгких бензиновых фракций.



Список используемых источников

1. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А., Волошин Н.Д., Золотарёв П.А. Технологические расчёты установок переработки нефти. - М.: Химия, 1987 г. - 352 с.

2. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа.: Гилем, 2002. - 669 с.

3. Эрих В.Н. Химия и технология нефти и газа. - М.: Химия, 2007 г. - 424 с.

4. Баранов Д.А. Процессы и аппараты. - М.: Академия, 2005 г. - 304 с.

5. Черножуков Н.И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. - М.: Химия, 2004 г. - 423 с.

6. Ластовкин Г.А. Справочник нефтепереработчика. - Л.: Химия, 1986 г. - 648 с.

7. Сугак А.В., Леонтьев В.К., Веткин Ю.А. Оборудование нефтеперерабатывающего производства. - М.: Академия, 2012 г. - 336 с.

8. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. - М.: Химия, 2007 г. - 311 с.

9. Павлычев В.П. Установка первичной переработки нефти. - М.: Химия, 1977 г. - 69 с.

10. Коротков П.И., Исаев Б.Н., Тетерук В.Г. Первичная переработка нефти на высокопроизводительных атмосферно-вакуумных установках. - М.: Химия, 1975 г. - 120 с.

11. Воронкова Л.Б. Охрана труда в нефтехимической промышленности. - М.: Академия, 2011 г. - 208 с.

12. Медведев В.Т. Охрана труда и промышленная экология. - М.: Академия, 2006 г. - 416 с.

13. Маринина Л.К., Васин А.Я. Безопасность труда в химической промышленности. - М.: Академия, 2007 г. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru

...