Процесс гидрокрекинга

м³/сек

Общий объем паров и газов:

м³/с

Находим общий объем катализатора в реакторе:

м³

Подсчитываем сечение и диаметр реактора по уравнениям:

м²

м

По стандартному ряду принимаем Д=1,8 м [13].

Общая высота катализаторного слоя в реакторе:

м

Высота цилиндрической части реактора:

м

Общая высота реактора:

м

В результате расчетов были определены основные размеры и тип реактора:

- Тип реактора политропический

- Диаметр реактора 1,8 м

- Общая высота реактора 21 м

- Высота катализаторного слоя 14,39 м

- Высота цилиндрической части 19,19 м

- Количество слоев катализатора 3 слоя

3.3 Расчет вспомогательных аппаратов

Расчет теплообменного аппарата

Сырье в реактор поступает через теплообменник и печь. Для определения температуры смеси, поступающей в печь необходимо рассчитать теплообменник.

Исходные данные для расчета:

Температура поступающего сырья 70^оС

Температура реакционной смеси после реактора 460^оС

Температура охлажденной реакционной смеси 200^оС

Поверхность теплообмена аппарата определяют из уравнения теплопередачи:

ф (3.24)

где поверхность теплообмена, м²; коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•К); средняя логарифмическая разность температур.

Тепловую нагрузку аппарата определяют, составляя тепловой баланс.

(3.25)

где тепловая нагрузка аппарата, кДж/час; массы горячего и холодного теплоносителя, кг/с или кг/час; энтальпия горячего теплоносителя при температуре входа и выхода из аппарата, кДж/кг; КПД теплообменника, практически он равен 0,95-0,97; энтальпия холодного теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, кДж/кг.

Горячий теплоноситель - реакционная смесь из реактора:

кг/ч

Энтальпия горячего потока при 460 ^оС:

кДж/кг

Энтальпия горячего потока при 200^оС:

для бензина

кДж/кг

для дизельного топлива

кДж/кг

для остатка

кДж/кг

для сухого газа при 200 ^оС

кДж/кг

Тепловая нагрузка теплообменника по горячему потоку:

кДж/ч

или

=22308714,815 Вт

Тепловая нагрузка теплообменника по холодному потоку:

Энтальпия сырья при 70^оС

кДж/кг

Энтальпия водородсодержащего газа:

(3.26)

где А, В, С, Д - коэффициенты, значения табличные [14].

Для водорода:

кДж/кг

Для С₁:

кДж/кг

Для С₂:

кДж/кг

Для С₃:

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

так как

кДж/кг

Так как энтальпия паров нефтепродукта равна найдем кДж/кг.

кДж/кг

Из приложения 20 [10] t=210 ^оС.

Выберем схему теплообмена:

для прямотока

_________________________

для противотока

_________________________

Поэтому рассчитывается как среднеарифметическое значение.

^оС

Поверхность теплообмена, при 60Вт/(м²•К) [15]:

м²

Необходимая поверхность теплообмена 1690,054 м².

Выбираем стандартный нормализованный теплообменник по справочным данным [15]:

Поверхность теплообмена 831м²

Диаметр кожуха 1400 мм

Диаметр труб 20х2 мм

Число ходов по трубному пространству 2

Длина труб 6000 мм

Необходимое количество теплообменников:

Принимаем 2 теплообменника с поверхностью 831м².

Расчет трубчатой печи

Основные показатели работы трубчатой печи: полезная тепловая нагрузка печи, теплонапряженность поверхности нагрева, производительность по сырью, коэффициент полезного действия, температура газов на перевале, в топке, на выходе из печи и др.

Исходные данные для расчета:

- производительность печи по сырью 92434 кг/ч

- плотность вакуумного газойля 0,9102

- плотность циркулирующего газа 0,146 кг/м³

- доля отгона 0,6

- температура на входе 210 ^оС.

- температура на выходе 440 ^оС.

- температура на перевале печей 800 ^оС.

Полезная тепловая нагрузка печи

Полезная тепловая нагрузка печи складывается из тепла, затраченного на нагрев и испарение сырья:

(3.27)

Тепло, необходимое для нагрева сырья :

(3.28)

Тепло, необходимое для испарения сырья

(3.29)

где производительность печи (по сырью), кг/ч; массовая доля отгона сырья, доли единицы; энтальпия жидкости при температурах входе и выхода ее из печи, кДж/кг; энтальпия паров при температуре выхода их из печи, кДж/кг.

Энтальпия сырья при t =210 ^oC:

для вакуумного газойля:

кДж/кг

для циркулирующего газа:

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

Энтальпия смеси:

кДж/кг

Энтальпия сырья при t = 440 ^oC:

кДж/кг

для циркулирующего газа:

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

Энтальпия смеси:

кДж/кг

Тепло, необходимое для нагрева продукта:

кДж/кг

или 5116252,711 Вт

Энтальпия паров вакуумного газойля при t =440 ^оС.

кДж/кг

Энтальпия смеси:

кДж/кг

Тепло, необходимое для испарения смеси:

кДж/кг

или 8984122,63 Вт

Полезная тепловая нагрузка печи:

кДж/кг

или 14100375,341 Вт

Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива - количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг топлива.

Для определения низшей теплоты сгорания любого топлива можно использовать формулу Д.И. Менделеева:

(3.30)

В качестве топлива взят газ следующего состава:

С - 85,15%; Н - 13,24%; N₂-0,05%; S - 0,67%; О₂-0,89%

кДж/кг

Определим теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг газа по формуле:

(3.31)

кг/кг

Для печей с излучающими стенками коэффициент избытка воздуха =1,031,07. Принимаем =1,05. Тогда действительное количество воздуха:

кг/кг

м³/кг

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг топлива:

кг/кг

кг/кг

Јкг/кг

Јкг/кг

Суммарное количество продуктов сгорания:

кг/кг

Проверка:

бкг/кг

Коэффициент полезного действия (КПД)

Коэффициент полезного действия трубчатой печи - доля тепла, полезно использованного в печи на нагрев нефтепродукта. При полном сгорании топлива КПД печи зависит от ее конструкции, от потерь тепла с уходящими дымовыми газами и через кладку печи, от коэффициента избытка воздуха.

КПД печи определяется по формуле:

(3.32)

где КПД печи; теплота сгорания топлива, кДж/кг;

потери тепла в окружающую среду через кладку печи, кДж/кг топлива;

потери тепла с уходящими дымовыми газами, кДж/кг топлива;

потери тепла неполноты сгорания топлива, кДж/кг (практически 0,5%).

Тепловые потери в окружающую среду через кладку составляют 4-8% от рабочей теплоты сгорания топлива. Потери тепла с дымовыми газами, уходящими из печи в дымовую трубу, зависят от коэффициента избытка воздуха и температуры этих газов. Обычно температуру уходящих дымовых газов принимают на 150-200^оС выше температуры поступающего в печь сырья, т.е.

(3.33)

где температура уходящих дымовых газов, ^оС; температура поступающего в печь сырья, ^оС.

^оС

Потери тепла с дымовыми газами определяются по графику [Приложение 36; Сард] зависимости теплоты от температуры и коэффициента избытка воздуха.

кДж/кг

Потери тепла от неполноты сгорания топлива примем 0,5%.

кДж/кг

По полученным данным рассчитаем КПД печи:

КПД печи составляет 76,9%.

Расход топлива

Расход топлива в печи вычисляют по формуле:

(3.34)

кг/ч

Расчет радиантной секции

1) Задаются температурой дымовых газов над перевальной стенкой 800^оС.

2) Определяют среднюю теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива при этой температуре.

(3.35)

Теплоемкость продуктов сгорания определяют по графику на рис. 39 [10].

кДж/кг•К

Энтальпия продуктов сгорания:

 кДж/кг

3) Приведенную температуру исходной системы определяют по формуле, но в случае работы без рециркуляции дымовых газов ее можно принять равной температуре поступающего воздуха, т.е.

4) Максимальную расчетную температуру горения определяют по формуле:

(3.36)

где КПД топки - рекомендуется принимать в пределах 0,94-0,98.

^оС

К

5) Количество тепла, воспринимаемого сырьевой смесью через радиантные трубы рассчитывают по формуле:

(3.37)

кДж/ч

или 10670283,460 Вт

6) Количество тепла, воспринимаемого сырьевой смесью через конвекционные трубы

кДж/ч

или 11136407,714 Вт

7) Энтальпия смеси на входе в радиантные трубы по формуле:

 (3.38)

где энтальпия сырья при входе в печь, кДж/кг, масса сырья.

кДж/кг

По таблицам зависимости энтальпии от температуры [16] находим .

8) Средняя температура наружной поверхности радиантных труб по формуле:

(3.39)

где конечная температура нагрева сырья, ^оС; разность температур между наружной поверхностью труб и температурой сырья (.

^оС

К

9) По графикам на рис. 39 (а, б) по известным и интерполяцией находят значение параметра :

Вт/м²

Общее количество тепла, вносимого в топку составляет:

кДж/ч

или 17419200,548 Вт

Предварительное значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:

м²

10) Задаемся степенью экранирования кладки .

По графику [10] определяют величину

11) Эквивалентная плоская поверхность

м²

12) Площадь заэкранированной плоской поверхности заменяющей трубы:

м²

Фактор определяют по графику [10]. При однорядном экране и расстоянии между трубами 2d фактор формы

13) Поверхность радиантных труб:

м²

14) Проводим проверочный расчет радиантной секции. Величина неэкранированной поверхности по формуле:



м²

15) Уточненное значение абсолютно черной поверхности по формуле:

(3.40)

где степень черноты поглощающей среды, зависит от концентрации трехатомных газов в продуктах сгорания топлива; приближенно для данного топлива можно подсчитать:

принимается равной 0,8-0,85; и соответственно степень черноты экрана и кладки печи; рекомендуется коэффициент.

Коэффициент определяется по уравнению:

(3.41)

где угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей экрана и кладки, определяется в зависимости от отношения ; если то ; если то ; суммарная поверхность экрана и кладки, м².

т.е.

Значение абсолютно черной поверхности:

м²

16) Коэффициент теплоотдачи свободной конвекцией от дымовых газов к радиантным трубам по формуле:

(3.42)

Вт/(м²•^оС)

17) Температурная поправка теплопередачи в топке определяется по формуле:

(3.43)

где поверхность радиантных труб, м²; максимальная температура горения, ; средняя температура экрана, ; постоянная излучения абсолютно черного тела; Вт/(м²•К).

18) Аргумент излучения определяется по формуле:

(3.44)

19) Характеристика излучения может быть найдена по графику на рисунке 43 [10] в зависимости от найденного аргумента излучения; .

20) Уточненное значение температуры дымовых газов на перевале по формуле:

(3.45)

^оС

Результат между найденной температурой дымовых газов на перевале и принятой небольшая, т.е. равняя 5,15^оС, поэтому результат вычислении можно считать окончательным.

21) Коэффициент прямой отдачи определяют по формуле:

(3.46)

где приведенная температура исходной смеси, ^оС.

22) Количество тепла, полученного радиантными трубами

кДж/час

или Вт.

23) Тепловая напряженность радиантных труб по формуле:

(3.47)

Вт/м²

или кДж/м²_.

24) Число труб в радиантной камере.

Полезная поверхность одной трубы определяется по формуле:

(3.48)

где диаметр труб, м.

Диаметр трубы определяется по приложению 41 [10], в зависимости от необходимого сечения труб, определяемого по формуле:

(3.49)

где производительность печи, кг/час; плотность сырья; скорость протекания продукта по трубам, м/с.

Скорость протекания по трубам 3-10 м/с для паров и газов, находящихся под давлением.

м²

Этому значению сечения соответствуют трубы с диаметром d = 152x12 мм.

По полученным значениям и выбираем марку печи из приложения 42 [10].

кДж/час

кДж/м²

Этим значениям соответствуют печи типа ГН2.

Количество труб в радиантной камере:

м²

Принимаем 76 труб в радиантной камере.

3.4 Выбор основных и вспомогательных аппаратов

Реактор гидрокрекинга представляет собой цилиндрический аппарат со сферическими днищами. Реактор имеет диаметр 2600 мм, высоту цилиндрической части 11000 мм. Стенка выполнена из стали 12ХМ и имеет внутреннюю защитную футеровку из торкрет-бетона. Ввод газопродуктовой смеси осуществляется через штуцер в верхнем днище со специальным распределительным устройством. Вывод продуктов реакции - через штуцер в нижнем днище, снабженный специальной сеткой для задержки катализатора.

Ввиду высокого теплового эффекта реакции необходимо вводить хладагент непосредственно в реактор. По этой причине катализатор не укладывается сплошным слоем, а располагается на 2-4 специальных решетках с промежутками между остальными слоями. Под решетки через специальные распределители вводится хладагент. Под решетки через специальные распределители вводится хладагент.

Теплообменные аппараты выбирают по поверхности теплообмена и по величине условного давления. На аппараты теплообменные кожухотрубчатые стальные с поверхностью теплообмена до 5000м² на условное давление до 6,4МПа для охлаждения и нагрева жидких и газообразных сред и при температуре от -60 до +600^оС разработан ГОСТ 9929-77. ГОСТом предусмотрено четыре типа теплообменников: Н-с неподвижными трубными решетками; К-с температурным конденсатором на кожухе; П-с плавающей головкой; У-с U-образными теплообменными трубками. Теплообменные аппараты типа Н используют при незначительной разности температур корпуса и пучка труб (не более 30-40^оС); при большей разности температур применяют теплообменники типа К, П, У. Кроме того, теплообменники с жестоко закрепленными трубными решетками типов Н и К рекомендуется применять в тех случаях, когда не требуется механическая чистка со стороны межтрубного пространства. Когда по условиям работы такая чистка требуется, то рекомендуется использовать теплообменники типов П и У. При этом трубы в трубных решетках следует размещать по квадрату, что значительно облегчает чистку наружной поверхности труб.

Печи типа ГН - коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральным трубным экраном и объемно - настильного сжигания комбинированного топлива (вариант I) или настильного сжигания газового топлива на фронтальные стены (вариантII).

При исполнении печи по варианту I горелки расположены в два ряда на фронтальных стенах под углом 45^оС. По оси печи расположена настильная стена, на которую направлены горящие факелы. Печь ГН2 имеет две камеры радиации и применяется для процессов, требующих «мягкий» режим нагрева (установка замедленного коксования, крекинг - процессы. По варианту II горелки расположены ярусами на фронтальных стенах, а двухрядный горизонтальный экран - по оси печи. Данный тип печи предназначен для реконструкции существующих печей беспламенного горения, а также в процессах средней производительности, обеспеченных газовым топливом, в том числе с большим процентом водорода.

4. Технико-экономические показатели

В данной части дипломного проекта производится расчет основных технико-экономических показателей установки с обоснованием экономической эффективности капитальных вложений и производства в целом. В число показателей включаются годовая проектируемая мощность, среднегодовая численность и заработная плата основного производственного персонала и инженерно технических работников, производительность труда, единовременные затраты на осуществление проекта, стоимость вводимых основных фондов, оборотных средств, себестоимости продукции, годовой объем прибыли и уровень рентабельности производства.

В расчетах используются соответствующие нормативные, проектные, бухгалтерские, статистические данные, результаты технологической практики на аналогичной заводской установке.

Средний баланс рабочего времени при средней продолжительности месяца составляет:

ч

Число бригад необходимых для обеспечения бесперебойной работы цеха:

бр.

где - среднемесячная норма рабочего времени.

По числу бригад составляем график сменности, в проекте сменооборот составляет 12 дней.

Длительность смены 8 ч. Для ведения процесса и обеспечения отдыха персонала проектируется следующий график сменности:

1 смена с 8⁰⁰ - 16⁰⁰ ч.

2 смена с 16⁰⁰ - 24⁰⁰ ч.

3 смена с 0⁰⁰ - 8⁰⁰ ч.

Сметная стоимость зданий и сооружений

№ п.п.	Наименование	V, м3	Стоимость строительства	Стоим. сан-тех и электр. работ 45%, тыс. тг.	Сметная стоимость, тыс. тг.	Амортиз. отчисления тг.
			1м3 тг	Общая стоимость, тыс. тг.
	Здания						2,5%
1	Компрессорная станция	216,0	5000	1080,00	486,00	1566,00	39150
2	Насосная станция	108,0	5000	540,00	243,00	783,00	19575
3	Операторная		5000	540,00	243,00	783,00	19575
	Сооружения	108,0					4,5%
4	Площади и проезды	62,3	6000	37,38	168,21	542,01	24390
5	Канализационные сети		500	36,00	16,20	52,20	2349
6	Технологические коммуникации	72,0	1000	360,00	162,00	522,00	23490
7	Водопроводные сети	36044,0	500	22,00	9,90	31,90	1436
	Всего				4280,11		129965

Капитальные вложения на строительство

Наименование	Капитальные затраты
	?, тг	% к итогу
Объекты основного назначения: здания сооружения оборудования	3132000 1148110 325287998	1,3 0,7 88
Итого по основному производству	329568108	90%
Внеобъемные капитальные затраты	32956810	10%
Всего полная стоимость строительства	362524918	100

Баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего

№ п.п.	Наименование статей	Непрерывное производство по графику	Непрерывное производство 8 час. раб. день 5 дневная неделя
1	Календарное число дней в году	365	365
2	Нерабочие дни а) выходные дни по календарю б) выходные дни по графику в) выходные субботние дни г) праздничные дни	- 90 - -	52 - 52 9
3	Номинальный фонд рабочего времени	275	252
4	Плановые невыходы а) очередной трудовой отпуск б) выходные за выслугу лет в) выполнение общественных обязанностей г) неявки по болезни	24 2 1 15	24 2 1 15
5	Эффективный фонд времени	233	210
6	Коэффициент перехода	1,18	1,2

Расчет численности работающих

№	Наименование профессий	Кол-во чел.-к в смену	Кол-во смен в сутки	Явочное кол-во в сутки	Коэфф-т перехода	Списочное кол-во в сутки	Взято в произв.
	I Основные производственные рабочие
1	Аппаратчик абсорбции	1	3	3	1,18	3,54	4
2	Оператор технической установки	1	1	1	1,18	1,18	1
3	Машинист технической установки	1	1	1	1,18	1,18	1
4	Аппаратчик очистки газа	1	3	3	1,18	3,54	4
5	Машинист газодувных машин	1	3	3	1,18	3,54	4
	Итого						14

Расчет калькуляции себестоимости продукции

№ п.п.	Наименование статей	Единицы измерения	Норма расх.	Годовой расход, тыс. тг	Затраты за 1 т	Общая сумма, тыс. тг
1	Сырье и металлы			650	1200	780000
	Итого					780000
2	Вспомогательные материалы, кат-р	т		21	975998	204959
	Итого					216959
3	Энергетические затраты: эл. энергия сжатый воздух вода в.п.	кВт/ч. м3 м3 кол.	19,9 2,4 1,9 2,0	11940 1440 1140 1200	5,3 903 3200 80	6328 130032 36480 9600
	Итого					51076
	Всего					27583,5

Расчет годового производства установки гидрокрекинга

№ п.п.	Наименование статей затрат	Сумма, тыс. тг
1	Сырье и материалы	7800000
2	Вспомогательные материалы	21695,958
3	Энергетические затраты	5107,602
4	Заработная плата ОПР	10930,38
5	Отчисления ФОТ (26%)	2841,8
6	Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (37% Т №2)	120356
7	Расходы на подготовку и освоение новой техники (10%)	12036
8	Затраты на внутризаводские перекачки (5%)	6620
9	Цеховые расходы (5% от 3:7)	7895
10	Цеховая себестоимость (? 1:9)	967481
11	Общезаводские расходы (10% 3:8)	15798
12	Внепроизводственные расходы (30 т на каждую т сырья)	30000
13	Производственная себестоимость продукции (? 10)	1013270
14	Производственная себестоимость единицы продукции	1014
15	Полная себестоимость единицы продукции с учетом себестоимости продукции предыдущих цехов	21014

Прибыль:

, тг

Рентабельность продукции:

%

Срок окупаемости

, лет.

Производительность труда:

;

где - капиталовложения; V - Объем произведенной продукции; N - количество работающих.

тг.

тыс. тг.

%

лет.

Удельные капиталовложения



Технико-экономические показатели установки гидрокрекинга

№	Наименование	Единицы измерения	Показатели
1	Годовая проектируемая мощность	тыс. тг	650
2	Капитальные вложения	тыс. тг	362524,92
3	Удельные капитальные вложения	тг/т	557,73
4	Состав работающих: а) ОПР б) ИТР	человек человек	14 5
5	Годовой фонд заработной платы: а) ОПР б) ИТЖ	тг тг	6640328 4290000
6	Производительность труда	т/чел.	34210,53
7	Себестоимость единицы продукции	тг	21014
8	Прибыль	тыс. тг	141960
9	Рентабельность	%	12,3
10	Срок окупаемости	лет	2,6
11	Коэффициент эффективности капитальных вложений	-	0,4

Заключение

В данном дипломном проекте разработана установка гидрокрекинга вакуумного газойля с проектной мощностью 650 тыс. т/год.

Сырьем для данной установки является нефть месторождения Танатар.

На основании технологического расчета рассчитаны и подобраны основные и вспомогательные оборудования, технологический режим установки.

Габаритные размеры политропического реактора: диаметр реактора D = 1,8 м; общая высота реактора 21 м.

Размеры стандартный нормализованного теплообменника: диаметр кожуха 1400 мм; диаметр труб 20х2 мм; длина труб 6000 мм

Трубчатая печь типа ГН2.

Разработана система автоматизации и контроля, позволяющая осуществлять работу объекта в нормальном технологическом режиме без постоянного присутствия обслуживающего персонала непосредственно у технологического оборудования и защиту технологического оборудования при аварийных ситуациях.

Подтверждена целесообразность проекта данной установки на основании технико-экономических показателей. Срок окупаемости данного проекта составляет 2 года 6 месяцев.

Размещено на Allbest.ru

...