Установка гидроочистки керосиновой фракции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Краткая характеристика производства

технологический тепловой баланс гидроочистка

В проекте представлена установка гидроочистки керосиновой фракции, которая используется в качестве компонента топлива для реактивных двигателей. Процесс гидроочистки основан на реакции гидрогенолиза гетероорганических соединений серы, кислорода и азота, которые превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака, олефины преобразуются в более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового ряда. При высоком содержании в сырье полициклических аренов они подвергаются частичному гидрированию в нафтены, в результате чего повышается качество топлива.

Гидроочищенная и стабильная керосиновая фракция по эксплуатационным характеристикам и с точки зрения требований охраны окружающей среды удовлетворяет требованиям как отечественны, так и иностранных фирм и, по затратам на производство, вполне конкуретно способна на внутреннем и внешнем рынках.

Технологические процессы, в которых под давлением водорода осуществляется химические преобразования органических молекул, играют важнейшую роль в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и по масштабам применения занимают первое место в мире среди каталитических химических процессов.

Гидроочистка - является каталитическим процессом, протекающим в стационарном или подвижном слое катализатора в среде водородсодержащего газа. В качестве катализаторов используют алюмокобальтовые системы. Выход очищенного продукта весьма высок 93-99% от исходного сырья.

Гидроочистка дистилятных фракций, благодаря широкой распространенности и огромному влиянию ее результатов на качество продуктов нефтепереработки, на термокаталитические процессы их дальнейшей переработки относится к числу наиболее совершенных и эффективных процессов.

Целью процесса гидроочистки керосиновых фракций является получение малосернистого реактивного топлива, осветительного керосина или растворителя.

Процессы гидроочистки углеводородного сырья, нефтяных фракций и нефти являются в настоящее время самыми распространенными гидрогенизационными процессами. Их быстрое развитие и внедрение было представлено в основном тремя факторами:

1) вредным воздействием сернистых соединений, содержащихся

в топливах, входе эксплуатации двигателей и загрязнением атмосферы сернистым газом после сгорания этих соединений;

2) значительным удельным весом сернистых нефтей в общем балансе

нефтедобычи;

3) широким внедрением процесса риформинга, который является

источником дешевого водорода.

Проектируемая установка гидроочистки керосиновой фракции значительно улучшит качество дизельных, реактивных топлив и других нефтепродуктов (бензина, котельного топлива, масел), за счет снижения содержания полициклических аренов при сгорании которых образуются раскаленные частицы сажи вызывающие эрозийный износ деталей проточной части двигателей.

В процессе гидроочистки топлив удаляются не только сернистые, азотистые, но и кислородсодержащие соединения, что ведет к улучшению цвета и запаха, повышению их стабильности. Все это приводит к значительному повышению качества топлив и следовательно, к уменьшению износа и повышению надежности и длительности эксплуатации двигателей. Кроме того, использование малосернистых топлив способствует снижению загрязнения окружающей среды.

Одновременно возрастает выход очищенного продукта, а следовательно эффективность производства.

Стратегия здорового экономического роста Казахстана основывается на сильной рыночной экономике, активной роли государства и привлечении значительных иностранных инвестиций.

В Казахстане будет продолжаться разработка энергетических и других природных ресурсов. Ее цель - получение доходов от экспорта, которые будут способствовать не только экономическому росту, но и политической стабильности страны, а также обеспечению национальной безопасности.

Необходимость формулирования индустриальной технологический стратегии для Казахстана продиктована мировым опытом. Все развивающиеся страны, за редким исключением, прошли путь от трудоемких к капитало-, технолого-, и наукоемким производствам. Инерционную и тяжеловесную структуру производства нельзя исправить одним махом. Мировой опыт говорит о необходимости определенной последовательности, заключающейся в неуклонном снижении в валовом национальном продукте доли сельского хозяйства, добывающей промышленности и, напротив, росте доли перерабатывающих производств и, прежде всего - наукоемких, с высокой добавочной стоимостью, а также сферы услуг.

Казахстан имеет достаточные предпосылки для весьма значительного роста объемов нефтедобывающего сектора - опорной отрасли страны, а ткже всей добывающей промышленности. При этом индустриальная стратегия Казахстана, как правило, не будет затрагивать отдельные предприятия.

Физико-химические основы процесса

Выбор технологической схемы, параметров и катализатора зависит от качества исходного сырья (его фракционного и группового составов), химического состава, присутствующих в нем примесей, а также требований к качеству получаемого продукта.

Известно, что распределение органических соединений серы и азота по фракции нефтепродуктов различна в керосиновых фракциях, выкипает в пределах 180-240єС, сернистые соединения представлены в виде меркаптанов, сульфидов, нафтеновых и ароматических сульфидов (тиафаноми и тиофенами)

Известен, также, способ гидроочистки нефтепродуктов, выбранный в качестве прототипа, по которому предварительно нагретое сырье смешивают с водородом и пропускают над твердым катализатором. Процесс протекает при 380-430^оС, давлении 30-60атм, циркуляции водородсодержащего газа 100-600 м³/м³ сырья и объемной скорости 3-10^-1.

При гидроочистке происходит частичная деструкция в основном сераорганических и частично кислородных и азотистых соединений. Продукты разложения насыщаются водородом с образованием сероводорода, воды, аммиака и предельных ароматических углеводородов. Расход водорода на реакцию зависит от условий процесса Ии состава перерабатываемого сырья и составляет 20-30% от подаваемого в процесс водорода, 35-40% водорода расходуется на деструкцию сераорганических соединений с образованием сероводорода. Сероводород направляют на образование серы в процессе Клауса или сжигают до SO₂ и выбрасывают в атмосферу. Окисление H₂S до серы кислородом воздуха протекает при 1173-1573 К (900-1300^оС). 35-40% водорода поступает в сухой газ, который направляет на концентрирование и возвращают в процесс.

При гидроочистке происходит частичная деструкция в основном сераорганических и частично кислородных и азотистых соединений. Продукты разложения насыщаются водородом с образованием сероводорода, воды, аммиака и предельных ароматических углеводородов.

Сравнительно небольшая (347 кДж/моль) энергия связи элементов серы и водорода в сероводороде показывает целесообразность организации производства водорода из сероводорода.

Разложение сероводорода ведут над катализатором V₂O₅ /Al₂O₃ при температуре 723-873 К.

При 873 К и времени контакта 0,38 мин конверсии Н₂ составляет максимум 70%.

При гидроочистке получают сухой газ, сероводород, гидрогенизат.

Сухой газ направляют в секцию водорода, и полученный водород возвращают в секцию гидроочистки. Сероводород направляют в секцию разложения сероводорода с образованием водорода и серы. Полученный водород возвращают на смешение с нефтепродуктами, серу выводят как побочный продукт, а непревращенный сероводород возвращают на стадию разложения. Очищенный гидрогенизат направляют на фракционирование.

Процесс гидроочистки - это удаление сернистых, азотистых, кислородсодержащих и смолистых соединений под давлением водорода в присутствии катализатора, в результате такого воздействия при сравнительно умеренных температурах (350-400єС) органические соединения серы, азота и кислорода разлагаются с образованием сероводорода, аммиака и воды. олефины преобразуются в более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового рядов в зависимости от природы олефинов в исходном сырье.

Относительная скорость и глубина протекания реакции зависит от условий процесса, физико-химических свойств перерабатываемого сырья, применяемого катализатора и его состояния.

Ниже приведены схемы основных реакций гидроочистки:

Реакции сернистых соединений. В зависимости от строения сернистых соединений меркаптаны, сульфиды алициклического или циклического строений, дисульфиды и простые тиофены при гидроочистке превращаются в парафиновые или ароматические углеводороды с выделением сероводорода.

Из всех сернистых соединений легче всего гидрируются меркаптаны, сульфиды, труднее всего - тиофены. При одних и тех же условиях первые гидрируются на 95%, степень гидрирования тиофенов составляет 40-50%.

Скорость гидрообессеривания уменьшается с увеличением молекулярного веса нефтяных фракций.

Реакции кислородных и азотных соединений. В процессе гидроочистки одновременно с реакциями протекают реакции кислородных и азотных соединений.

Установлено, что пиридин, пиррол удаляются сравнительно легко, хинолин, м-крезол и анилин - более стойкие, особенно м-крезол.

Природа металлоорганических соединений в различных нефтяных фракциях и их реакции в процессе гидроочистки изучены мало. Металлы, содержащиеся в сырье, практически полностью отлагаются на катализатор, ванадий удаляется на 100-98%, никель на 98-93%.

Реакции углеводородов. В процессе гидроочистки одновременно с реакциями сернистых, азотных и кислородных соединений протекают многочисленные реакции углеводородов:

- изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов;

- насыщение непредельных;

- гидрокрекинг;

- гидрирование ароматических углеводородов и др.

Изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов происходит при любых условиях обессеривания, интенсивность гидрокрекинга усиливается с повышением температуры и давления. При более высоких температурах и низких давлениях происходит частичное дегидрирование нафтеновых и дегидроциклизация парафиновых углеводородов. В некоторых случаях гидрогенизационного обессеривания эти реакции могут служить источником получения водорода для реакций собственно обессеривания, т.е. обеспечивают протекание процесса автогидроочистки.

Из сопутствующих обессериванию реакций углеводородов особый интерес представляет насыщение олефиновых и ароматических углеводородов.

Как показали исследования, наиболее стойкими в процессе гидрирования являются ароматические углеводороды. Моноциклические (бензол и его гомологи) в заметном количестве гидрируются при высоком парциональное давлении водорода (200 атм.выше).

Гидрирование ароматических углеводородов с конденсированными кольцами протекает легче, и может происходить в условиях процесса гидроочистки.

При температуре 350-500°С происходит практически полное гидрирование непредельных соединений при сравнительно низком парциальном давлении водорода.

Влияние параметров на процесс гидроочистки керосиновой фракции. Условия проведения процесса гидроочистки зависят от фракционного и химического состава сырья, от требуемой степени обессеривания, применяемого катализатора и его состояния.

Основными параметрами, характеризующими гидроочистку, являются температура, давление, объемная скорость подачи сырья, краткость циркуляции водородсодержащего газа по отношению к сырью и активность катализатора.

1) Температура

Подбор оптимальных температур гидроочистки зависит от качества исходного сырья, от условий ведения процесса, потери активности катализатора с течением времени и лежит в пределах 300-370° С.

При повышении температуры степень гидрирования сернистых соединений возрастает, достигая максимума при 370°С. При дальнейшем повышении температуры степень гидрирования снижается, для сернистых соединений незначительно, для непредельных углеводородов довольно резко, так как при повышенной температуре происходит реакция гидрокрекинга, в результате которых снижается выход жидких продуктов и увеличивается отложение кокса на катализатор.

Поэтому работа выше 370°С не рекомендуются.

Реакции экзотермичны, количество выделяемого тепла зависит от содержания серы и непредельных углеводородов в сырье.

2) Давление

С повышением общего давления в системе увеличивается степень обессеривания сырья, уменьшается коксообразование и увеличивается срок службы катализаторов.

Процесс гидроочистки проводится при давлении 25-40 атм. Вблизи верхнего предела рост степени обессеривания от повышения давления незначителен.

При изучении факторов, влияющих на глубину гидроочистки было определено, что гидрированию в основном способствует не повышение общего давления в системе, а то, что с повышением общего давления в системе гидроочистки растет парциональное давление водорода.

При увеличении парционального давления водорода до 30 атм. степень гидрирования сернистых соединений увеличивается довольно резко, а выше 30 атм. - очень незначительно.

3) Объемная скорость подачи сырья

Объемной скоростью называется отношение объема сырья, подаваемого в реактор в час, к объему катализатора.

С увеличением объемной скорости уменьшается время пребывания сырья в реакторе, и, наоборот, с уменьшением объемной скорости, увеличивается время контакта паров сырья с катализатором, и следовательно, углубляется степень очистки. Однако, с уменьшением объемной скорости уменьшается количество пропускаемого через реактор сырья, т.е. уменьшается производительность установки.

Поэтому для каждого вида сырья определяется максимально-допустимая объемная скорость, и процесс гидроочистки ведут именно при этой скорости подачи сырья.

Для гидроочистки керосина допускается объемная скорость подачи сырья до 11,5 час^-1.

При подборе объемной скорости учитывают не только фракционный и химический состав сырья, но и состояние катализатора, а также и другие показатели (температуру, давление), оказывающих влияние на степень гидрообессеривания, кратность циркуляции водородсодержащего газа к сырью.

4) Кратность циркуляции водородсодержащего газа к сырью

Термодинамические расчеты показывают, что уже в присутствии теоретически необходимого количества водорода реакции гидрирования могут протекать до практически полного завершения. Однако, скорость реакций при этом будет крайне мала вследствие низкого парциального давления водорода.

Поэтому процесс гидрообессеривания проводят с избыточным количеством водорода. При повышении содержания водорода в газосырьевой смеси скорость процесса увеличивается, однако заметное возрастание скорости реакции при этом происходит только до определенного предела.

Увеличение объема циркулирующего водорода снижает также коксообразование на катализаторе.

В настоящее время в промышленности применяется в основном гидроочистка с циркуляцией водородсодержащего газа. Относительное количество подаваемого водородсодержащего газа выражается объемом циркулирующего газа в нормальных кубометрах, приходящихся на 1 м³ жидкого сырья.

Для процесса гидроочистки керосина рекомендуется кратность циркуляции не менее 140. Концентрация водорода в циркулирующем газе не менее 65% об.

5) Активность катализатора

Чем выше активность катализатора, тем с более высокой объемной скоростью можно проводить процесс и достигать большей глубины обессеривания. С течением времени активность катализатора падает за счет отложения серы и кокса на его поверхности.

Снижение парциального давления водорода в циркулирующем газе и ужесточение режима способствует закоксованию катализатора.

Поэтому периодически раз в год проводят регенерацию катализаторов, в результате которой выжигается кокс и сера, отложившиеся на катализаторе, активность катализатора восстанавливается.

Постепенно катализатор «стареет» за счет рекристаллизации и изменения структуры поверхности, а также за счет абсорбции на поверхности катализатора металлоорганических и других веществ, блокирующих активные центры. В этом случае каталитическая активность снижается безвозвратно, и катализатор заменяется на свежий.

Характеристика сырья и готового продукта

В таблице 3.1 приведена характеристика исходного сырья, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов и готовой продукции.

Таблица 3.1. Характеристика сырья и готовой продукции

Характеристика исходного сырья, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов изготовляемой продукции.	Показатели качества	Нормы	Область применения
1 Сырье: фракция 140-230° С	1 Плотность при 20°С, кг/см3	?775	Использут-ся в качестве основного сырья гидроочист-ки керосина.
	2 Фракционный состав: - температура начала перегонки, °С	135-155
	- 10% отгоняется при температуре, °С	?170
	- 50% отгоняется при температуре, °С	?200
	- 90% отгоняется при температуре, °С	?230
	- 98% отгоняется при температуре, °С	?245
	3 Вязкость кинематическая при температуре 20°С, с СТ	?1,25
	4 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С	?28
	5 t начала кристаллизации, °С,	?-50
	6 Содержание механических примесей и воды	Отсутст-вует
	7 Испытание на медной пластинке	Выдерживает
2 Водородсодер-жащий газ с секции С-200)	1 Компонентный состав,% об. - содержание Н2, н.м.	?65	Использует-ся как компонент
	содержание N2, н.б.	?1,5
	2	3
	- содержание СН4	Не норм
	- содержание С2Н6	Не норм
	- содержание С3Н8, н.б.	?5
	- сумма С4, н.б.	?0,85
	- сумма С5, н.б.	?0,5
	2 Содержание Н2S,% об., н.б.	?0,003
3 Стабильное топливо	1 Плотность при 20° С, кг/см3	?775	Компонент товарного реактивного топлива
	2 Фракционный состав:
	- температура начала перегонки, ° С	135-155
	- 10% отгоняется при t, ° С	?175
	- 50% отгоняется при t, ° С	?205
	- 90% отгоняется при t, ° С н.в.	?230
	- 98% отгоняется при t, ° С	?245
	3 Вязкость кинематическая при t 20° С, с СТ	?1,25
	4 t вспышки, определяемая в закрытом тигле, ° С	?28
	5 t начала кристаллизации, ° С	?-50
	6 Содержание механических примесей и воды	Отсутст-вует
	7 Испытание на медной пластинке	Выдер- живает
	8 Содержание серы,% масс	? 0,2
	9 Термоокислительная стабильность в статистических условиях при 150оС
	а) концентрация осадка, Мг на 100см3 топлива	? 6
4 Топливо для реактивных двигателей (РТ)	1 Плотность при 20° С, кг/см3	? 775	Использует-ся в качестве компонента реактивных двигателей
	2 Фракционный состав: - t начала перегонки, ° С	135-155
	- 10% отгоняется при t, ° С	? 175
	- 50% отгоняется при t, ° С	? 225
	90% отгоняется при t, ° С	? 270
	2	3
	3 Вязкость кинематическая при t
	- 20° С, с СТ	? 1,25
	- 40 о С	? 16
	- мм2 /с (с СТ)
	4 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, ° С	? 28
	5 t начала кристаллизации, ° С	? -50
	6 Содержание механических примесей и воды	Отсутст-вует
	7 Испытание на медной пластинке при 100о С в течении 3 ч.	Выдерживает
	8 Содержание серы,% масс	? 0,2
	9 Термоокислительная стабильность в статистических условиях при 150оС
	а) концентрация осадка, Мг на 100см3 топлива	? 6
	б) концентрация растворимых смол на 100 см3 топлива	? 30
	в) кристаллизация растворимых смол на 100 см3 топлива	? 3
	10 Низкая теплота сгорания, кДж/кг	? 431-20
	11 Высота некоптящего пламени, мм	? 25
	12 Кислотность, мг кон на 100 см3 топлива	0,2-0,7
	13 Йодное число, г йода на 100 см3 топлива	? 0,5
	14 Концентрация фактических смол, на 100 см3 топлива	? 4
	15 Массовая доля ароматических углеводородов,%	? 22
	16 Массовая доля общей серы,%	? 0,1-0
	2	3
	18 Массовая доля Н2S	Отсутствует
	19 Зольность,% масс	? 0,003
	20 Содержание водорастворимых кислот и щелочей	Отсутствует
	21 Содержание мыл нафтеновых кислот	Отсутствует
	22 Массовая доля нафталиновых углеводородов,%	? 1,5
	23 Люминометрическое число	? 50
	24 Термоокислительная стабильность в статистических условиях при 150 -180оС
	а) перепад давления на фильтре за 5 ч. кПа	? 10
	б) отложение на подогревателе, баллы	? 2
	25 Взаимодействие с водой, балл	? 1
	а) состояние поверхности радела	? 1
	б) состояние разделенных фаз	50…600
	26 Удельная электрическая проводимость, ? см/м при t заправки техники при 20о С
	27 Давление насыщенных паров, гПа (мм. рт. ст.)
	28 Содержание суммы водорастворимых щелочных соединений	Отсутст-вует
5 Бензин-отгон (сырье каталитического риформинга)	1 Плотность при 20о С, кг/м3	Не норм	Использует-ся в качестве сырья риформинга
	2	3
6 Неочищенный углеводородный газ	1 Содержание Н2,% об	Не норм	Направляет-ся на очистку от сероводоро-да
	2 Содержание углеводородов,% об	Не норм
	3 Содержание Н2S,% об	Не норм
7 Очищенный углеводородный газ	1 Содержание Н2,% об	Не норм	Использует-ся в качестве топлива технологи-ческих печей
	2 Содержание углеводородов,% об	Не норм
	3 Содержание Н2S,% об	? 0,002
	4 Плотность при 20о С, кг/м3	Не норм
8 Неочищенный ВСГ	1 Содержание Н2,% об	Не норм
	2 Содержание углеводородов,% об	Не норм
	3 Содержание Н2S,% об	Не норм
9 Газы регенерации	1 Содержание О2,% об	Не норм	Сбрасываются в атмосферу
	2 Содержание СО2% об	Не норм
10Анализ газовых продувок - при подготовке системы к регенерации (ремонту)	1 Содержание водорода и углеводородов в инертном газе из системы,% об., н.б.	? 0,15
- при подготовке системы к приему сырья (ВСГ)	1 Содержание кислорода в инертном газе перед подачей сырья (ВСГ) в систему,% об.,	? 0,5
11 Дымовые газы	1 Содержание О2,% об	6,0	Сбрасываются в атмосферу
12 Дымовые газы (газы регенерации) на выходе из Р-302	1 Содержание кислорода,% об.		Сбрасываются в атмосферу
	- I стадия	0,1-0,3
	- II стадия	0,3-1,0
	- III стадия, н.б.	? 3
	2 Содержание СО2	5-12
	3 Содержание СО, н.б.	? 0,5
	4 Содержание SО2	1-4
13 Катализатор гидроочистки ГДК-202	1 Диаметр гранул, мм	1,7-3,0	Использует-ся для гидроочистки дизельных фракций
	2 Насыпная плотность, г/см3	0,55-,75
	3 Содержание влаги после прокаливания 650° С,%, н.б.	? 3
	4 Индекс прочности на раскалывание ножом, имеющим ширину лезвия 0,8 мм, кг/мм, н.м.	? 2,2
	5 Химический состав в пересчете на сухое вещество,% масс
	а) массовая доля оксида никеля (NiО), н.м.	? 3
	б) массовая доля оксида (МоО3), н.м.	? 12
	в) массовая доля оксида кобальта (СоО)	0,5-1,0
	6 Массовая доля оксида натрия (Nа2О),%, н.б.	? 0,3-5
	7 Определение пыли и крошки при отсеве на сите с квадратной ячейкой 1,0 мм,% масс, н.б.	? 2,5
	8 Обессеривающая активность при температуре 370° С,% масс при объемной скорости подачи сырья 4 час-1, н.м.	? 90
14 Регенерированный раствор моноэтанолами на	1 Концентрация МЭА,%	10-15
	2	3
(МЭА)	3 Содержание бутанов,% масс	? 3
15 Раствор ингибитора коррозии ИКБ 2-2	1 Концентрация,%	1,5-2,5	Использует-ся для предотвращения коррозии оборудова-ния
16 Раствор этиленгликеля	1 Концентрация,%	50-60
17 Инертный газ	1 Содержание - кислорода,% об.	? 0,5	Используется для продувки аппаратов от горючих газов и О2 при подготовке их к ремонту или пуску
	- азота,% об.	? 99,6

Технологическая схема установки

Установка гидроочистки керосина предназначена для очистки

прямогонной фракции 140-230^оС. Целью процесса гидроочистки является получение малосернистого реактивного топлива.

Гидроочистка является каталитическим процессом, протекающим в

стационарном или подвижном слое катализатора в среде водородсодержащего газа. В качестве катализаторов используют алюмокобальтмолибденовые или алюмоникельмолибденовые системы

В процессе гидроочистки, основанном на реакции умеренной

гидрогенизации, соединения серы, кислорода и азота превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака, олефины преобразуются и более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового ряда.

Сырье насосом 4 направляется через теплообменники в линию смешения его с предварительно нагретым в теплообменниках 12 и 5 водородсодержащим газом. Газосырьевая смесь с температурой 50-55°С поступает в межтрубное пространство теплообменников 8 и 6, где нагревается горячим потоком газопродуктовой смеси до температуры 260-290° С. Температура потоков на теплообменниках контролируется.

Далее газосырьевая смесь поступает в трубчатую печь 3, где нагревается до 300-380° С. Температура потока, выходящего из печи, контролируется.

Нагретая газосырьевая смесь поступает в реактор 2. В реакторе на катализаторе происходит гидрирование сераорганических, азоторганических и непредельных соединений, содержащихся в сырье, с образованием сероводорода и аммиака. Могут использоваться катализаторы:

- алюмоникельмолибденовые по ТУ 38101192-77;

- алюмокобальтмолибденовые по ТУ 38101194-77, ГКД -202 ТУ 38101806-82

Кроме того, в зоне реакции происходит так же частичный гидрокрекинг с образованием углеводородов и легких бензиновых фракций.

Реакция гидроочистки керосиновой фракции 140-230°С протекает с выделением тепла, в результате чего температура на выходе из реактора повышается на 4-6° С.

Температура по зонам реактора и на выходе из него замеряется обычными и многозонными термопарами. Давление выходящего из реактора потока и перепад давления по реактору контролируются.

Полученная газосырьевая смесь проходит змеевики печи 3 и при давлении 4,2-4,4 МПа и температуре около 380⁰ С поступает в реактор с неподвижным слоем катализатора. Выходящая из реактора снизу газопродуктовая смесь охлаждается последовательно в кипятильнике 18 и теплообменниках 5 и 6 и подается в сепаратор 9. Здесь в высокотемпературном (горячем) сепараторе 9, смесь разделяется при давлении около 3,8 МПа на жидкую и газопаровую фазы. Жидкая фаза, представляющая собой керосин с растворенными в нем газами и фракциями бензина (отгон), после сепаратора 9 подвергается физической стабилизации в колонне 17.

Смесь газов и паров на выходе из сепаратора (при высоком давлении) охлаждается в соединенных последовательно теплообменниках 12 и 16. Перед входом в теплообменник 12 в данную смесь впрыскиваются конденсационная вода и раствор ингибитора коррозии, поскольку участок от теплообменника и до конденсатора - холодильника 15 включительно наиболее подвержен коррозии кислым сульфитом аммония. Предпочтительно. Чтобы на этом участке при температуре охлаждающего потока ниже 177 ⁰С скорость движения смеси не превышала 9 м/с. Поступающая из водяного конденсатора холодильника 13 трехфазная смесь разделяется при давлении 3,7 МПа и температуре около 43 ⁰С в низкотемпературном (холодном) сепараторе 14. Отстоенный от воды углеводородный конденсат, состоящий преимущественно из бензиновых и легких керосиновых фракций, на выходе из сепаратора 14 нагревается в теплообменнике 16 и поступает в стабилизационную колонну 17. Режим работы колонны 17:

- температура верха - 80-115°С;

- температура низа - 190-220°С;

- давление внизу - 0,15 мПа.

Уходящий из сепаратора 14 водородсодержащий газ, пройдя приемник 11 с каплеотбойником, сжимается компрессором 10 примерно до 4,9 МПа, затем объединяется со свежим газом- техническим водородом. После нагрева в теплообменнике 5 смесь газов присоединяется к нагретому сырью.

Из стабилизационной колонны 17 сверху отходят пары отгона и газы, а снизу -очищенный керосин. Режим работы колонны выдерживается таким, чтобы получить продукт с нужной температурой вспышки. Температура низа этой колонны 267 ⁰С, давление 0,44 Мпа. Перед теплообменником 12 в поток горячей газопаровой смеси. Впрыскиваются вода и раствор ингибитора, при этом температура смеси понижается до 205⁰С. далее смесь поступает в теплообменник 12. В горячем сепараторе 9 газопродуктовая смесь разделяется при более высокой температуре.

Нормы технологического режима

В таблице 5.1 приведены нормы технологического режима гидроочистки керосиновой фракции.

Таблица 5.1. Нормы технологического режима

Наименование стадии процессов, аппаратуры, показатели режима	Единица измерения	Допускаемые пределы тех. параметров	Требуемая точность измерения параметра +; -	Примечание
Расход сырья от насосов	м3/ч	70-125	2,5	регулиров
Расход ВСГ от компрессора	нм3/ч	1800-7000	100,0	регулиров
Расход ВСГ от компрессора
(при кратности не ниже 140 нм3/ч)	нм3/ч	12000-30000	100,0	регулиров
Концентрация водорода	%		1,0	регистр.
Теплообменник сырьевой 3-6
а) в трубах	оС	н.б. 370	1,5	регистр.
б) в корпусе	оС	50-290	1,5	регистр
Температура продукта на выходе	оС	н.в. 370	1,5	регистр
Температура дымовых газов на перевале	оС	н.б. 800	1,5	регистр
Температура мазута на отопление	оС	90-130	1,5	регистр
Температура газа на отопление	оС	н.н. 65	1,5	регистр
Давление мазута на отопление	кгс/см2	6-8	0,5	регистр
Давление топливного газа	кгс/см2	н.б. 2,5	0,5	регистр
Давление пара на распыленном мазуте	кгс/см2	5-7	0,5	регистр
Температура продукта на выходе	оС	н.б. 380	1,5	регистр
Перепад давления	кгс/см2	н.б.2	0,5	регистр
Максимальное давление	кгс/см2	49	1,0	регистр
Общий перепад давления	кгс/см2	н.в.18	0,5	регистр
Температура продукта после холодильника 11	оС	н.в. 50	1,5	регистр
Давление в сепараторе 12	кгс/см2	25-36	1,0	регистр
Давление в сепараторе 13	кгс/см2	4-11	0,5	регистр
Температура верха	оС	80-115	2,0	регистр
Температура низа	оС	190-220	2,5	регистр
Расход орошения	м3/ч	2,0-15,0	1,0	регулиров
Давление	кгс/см2	0,6-1,5	0,5	регистр
Температура продукта после холодильника 23	оС	н.в. 50	1,5	регистр
Давление	кгс/см2	0,5-1,0	0,05	регулиров
Расход 10-15% раствора МЭА	м3/ч	2-15	0,5	регулиров
Давление	кгс/см2	25-36	1,0	регистр
Расход 10-15% раствора МЭА	м3/ч	2-15	1,0	регулиров
Концентрация Н2S в очищенном газе	% об.	н.б.0,01
Давление циркуляционного газа в С -30,31	кгс/см2	25-36	1,0
Давление в сепараторе С -24,25	кгс/см2	17-22	1,0	регулиров
Температура продукта после холодильника 32	оС	н.в. 50	1,5	регистр
Давление в сепараторе С -33	кгс/см2	н.б. 1,0	0,01

Контроль и автоматизация

Автоматический контроль и управление технологическими процессами осуществляется централизованно из операторной, с помощью автоматизированной системы управления, созданной на базе пневматического комплекса "Режим" и вычислительного комплекса СМ-2.

В операторной создана своя зона обслуживания (рабочее место оператора).

Рабочее место оборудовано пятью стойками "Режим" и дисплейным модулем.

На стойке "Режим" расположены:

- мнемосхема процесса, с встроенными в нее лампами технологической сигнализации, задатчиками дистанционного и автоматического управления, переключателями дистанционного и автоматического управления;

- многошкальный показывающий прибор по выводу текущего значения параметра;

- пять двухзаписных приборов для постоянной регистрации десяти технологических параметров;

- один двухзаписный прибор для регистрации по вызову любых 12 подключенных и данной стойке технологических параметров;

- табло аварийной сигнализации.

Над щитом расположена мнемосхема процесса со встроенными в нее лампами аварийной сигнализации.

Дисплейный модуль предназначен для связи оператора с вычислительным комплексом. По вызову оператора на дисплей выводится таблица текущих значений параметров по любому из технологических процессов секции.

Вычислительный комплекс осуществляет автоматический сбор, обработку и выдачу информации о ходе технологических процессов. Автоматический опрос датчиков осуществляется с периодичностью один раз в 2,3 минуты. Информация о мгновенных значениях параметров хранится в памяти машины 48 часов и может выводится на автоматическую печать по вызову обслуживающего персонала.

Усредненные за час значения технологических параметров представляются в виде режимного листа оператора, который автоматически печатается один раз в смену.

Вычислительный комплекс выполняет также расчет технико-экономических показателей работ установки. Результаты расчета выдаются в виде сменного и суточного рапортов.

Типовые схемы контроля и регулирования технологических параметров.

I. Температура:

а) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту - датчик (термопара - ТХК, ТХА, термосопротивление типа ТСМ, ТСП)

- линия связи - термокомпенсационные, соединительные провода -

Прибор на щите - вторичный прибор, показывающий (М-64, Л-64), регистрирующий (КСП-4, КСМ-4)

б) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту - датчик (ТХК, ТХА, ТСМ, ТСП)

- линия связи соединительные провода-

1) Промежуточные преобразователи (МП-ТЛ, ЭПП)

- пневмотрубка -

Промежуточные преобразователи (НП-ТЛ, ЭПП)

- пневмотрубка -

Регулирующий клапан

Прибор на щите - регулирующий клапан на техническом трубопроводе типа 25 с 48 н. ж.

2) - Пневмотрубка -

Электроконтактный манометр ЭКМ - 14

- соединительный провод -

Электросхемы технические организаций и блокировки

- соединительный провод -

ЭПК

- пневмотрубка -

Клапан отсекатель на технический трубопровод

II. Давление:

а) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту - датчик давления (преобразователь давления типа МС - П, ТРСW, НС - П)

- пневмотрубка или соединительные (контрольные провода) -

Электроконтактный манометр ЭКМ - 14

- пневмотрубка или соединительные (контрольные провода) -

Вторичный прибор - показывающий, регистрирующий типа ПВН, ППМ, ПКР

б) Контроль параметров и Регулирование:

прибор по месту - датчик - преобразователь давления типа

МС - П, НС -П, ВС - П2ДД ЗО «Сапфир» - ДН, и т. д.

- пневмотрубка или соединительные (контрольные) провода -

Вторичный прибор - показывающий, регистрирующий, регулирующий, пневматический, типа ПВ.101Э, контролер UDC 6300

- пневмотрубка (контрольные провода)-

Вторичный прибор - регулирующий клапан на техническом трубопроводе (типа 25 с 48 н. ж.) ПОУ - 8

в) Прибор по месту - датчик - электроконтактный манометр типа ВЭ - 16РБ

- соединительные провода -

Электросхемы технической сигнализаций и блокировки, противоаварийная защита

- соединительные провода -

Вторичный прибор - разрешение на пуск, аварийное отключение технического агрегата (насоса, компрессора)

III. Расход

а) Контроль параметров и Регулирование:

Прибор по месту - первый преобразователь расхода (диафрагма, ротаметр, турбо-квант и т. д.)

- имп. линия -

Датчик расхода (дифманометр 13ДД11, ДСП, Сапфир - ДД и т. д.) преобразователь импульсов

- пневмотрубка или соединительный (контрольный) провод-

1) Вторичный прибор - показывающий, регистрирующий типа ПВ.4, ППМ, ПКР, контроллёр UDC 6300

- пневмотрубка или соединительный (контрольный) провод-

2) Электроконтактный манометр типа ЭКМ - 14

- соединительные провода -

Электросхемы технологической сигнализаций блокировки и ПАЗ

- соединительные провода -

Вторичный прибор - разрешение на пуск, аварийная остановка технологического процесса, агрегата

б) Прибор по месту - первичный преобразователь расхода (ротаметр, диафрагма, турбоквант, турбина)

- имп. трубка -

Датчик расхода (дифманометр 13ДД11, ДСП, ДМПК, Сапфир - ДД и т. д.)

- пневмотрубка или соединительные (контрольные) провода -

Вторичный прибор - показывающий, регистрирующий, регулирующий типа ПВ10.1Э, модули «Каскад», электроконтролёр UDC 6300

- пневмотрубка -

- контрольный провод -

Вторичный прибор - регулирующий клапан на технологическом трубопроводе типа 25 с 48 н. ж. ПОУ - 8

Уровень:

а) Прибор по месту - первичный преобразователь расхода (уровнемер буйковый - 46; П, поплавковый УПП, гидростатический ДГ, поплавковый УДУ, УГ - с электросвязью

- пневмотрубка или соединительные (контрольные) провода -

1) Вторичный прибор- показывающий, регистрирующий типа ПВ4, ППМ, ППВ, ПКР

2) Электроконтактный манометр типа ЭКМ - 14

- соединительные провода -

Электросхема технологической сигнализаций, блокировки

б) Прибор установленный по месту - первичный преобразователь уровня (уровнемер буйковый - УБ - П, «Сапфир - 22» поплавковый)

- пневмотрубки или (контрольные) соединительные провода -

Вторичный прибор - показывающий, регистрирующий, регулирующий типа ПВ101Э, контролирующий UDC 6300

- пневмотрубка (контрольный провод) -

Регулирующий клапан на технологическом трубопроводе

7. Расчётная часть

Материальный баланс

Расчет ведется на 100 кг сырья, так как в этом случае абсолютное значение содержания компонентов в смеси (в кг) совпадает с истинными значениями их относительного содержания (в% масс)

G_C +G_BCГ +G_{ЦВСГ =} G_рт + G_б + G_Н2S + G_СХ + G_ЦВСГ, (7.1)

где G_C - расход сырья, кг/ч;

G_BCГ,G_ЦВСГ - количество (расход) свежего и циркулирующего водородсодержащего газа (далее ВСГ), поступающего в реактор на 100 кг сырья;

G_рт - выход реактивного топлива,% масс;

G_б - выход бензина,% масс;

G_Н2S - выход сероводорода,% масс;

G_СХ - сухой газ,% масс.

А) Выход гидроочищенного топлива В_РТ. Расчет выхода гидроочищенного топлива В_РТ находим по формуле:

В_рт = 100 - В _б - В_г - ?S, (7.2)

где В_г, В _б, ?S - выход бензина, газа и количества удаленной из сырья

серы соответственно на сырьл,% (масс).

В_г, В _б, ?S рассчитаем так:

- высчитываем ср Мr, она равна:

ср Мr = 44,29 * p_, (7.3)

1,03 - p

ср Мr = 44,29 * 0,778 = 136,74

1,03 - 0,778

p¹⁵ ₁₅ = а * 5 + p_, (7.4)

где а - поправка = 0,00061

p= 0,00061 * 5 + 0,775 = 0,778

при ср Мr = 136,74 в 100 кг сырья содержится

100: 136,74 = 0,743 кмоль, 1 кг серы содержит

1:32= 0,0313 кмоль серы.

Если принять равномерное распределение атомов серы по длине углеводородной цепочки, то при гидрогенолиза сероорганических соединений с разрывом у атома серы выход бензина и газа составит:

В _б = ?S = 1 - 0,1 = 0,9% масс (7.5)

В _б = 0,3 ?S = 0,3 · 0,9 = 0,27% масс

Тогда выход реактивного топлива равен:

В_рт = 100 - 0,9 - 0,9 - 0,27 = 97,93%

Б) Расход водорода на гидроочистку. Водород в процессе гидроочистки расходуется на:

1) гидрогенолиз сероорганических соединений;

2) гидрирование непредельных углеводородов;

3) потери водорода и отходящими потоками.

Расход водорода на гидрогенолиз сероорганических соединений можно найти по формуле

G₁ = m ?S, (7.6)

где G₁ - расход 100%- го водорода,% (масс) на сырьл;

?S - количество серы удаляемое при гидроочистке,% (масс) на сырьл;

m - коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений.

Свободная сера S_св m = 0,0625

S_м m = 0,062

S_с m = 0,125

S_q m = 0.0938

S_t m = 0,250

S_{,бензиофеновая} m = 0,187

Наиболее стабильные при гидроочистке тиофеновые соединения, поэтому при расчете принимаем, что вся остаточная сера (0,1% масс на сырьл) в гидрогенизате - тиофеновая, а остальные сероорганические соединения разлагаются полностью.

Получаем

G₁ = 0,05 * 0,062 + 0,54 * 0,125 + 0,1 * 0,0938 + (0,35 - 0,1) * 0,25 = 0,137

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов равен:

G₂ = 2 ?С_н / Мr, (7.7)

где G₂ - расход 100% -го водорода,% масс на сырьл;

?С_н - разность содержания непредельных углеводородов в сырье

и гидрогенизате,% (масс) на сырьл, считая на моноолефины;

Мr - средняя молекулярная масса сырья.

Принимая, что степень гидрирования непредельных углеводородов и гидрогенолиза сернистых соединений одинакова, находим:

G₂ = 2 * 6 * 0,9 / 136,74 = 0,079

мольную долю водорода, растворимого в гидрогенизате, можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления:

Хґ_Н2 = Yґ _Н2 / K_p = 0,72 / 30 = 0,024, (7.8)

где Хґ_Н2, Yґ _Н2 - мольные доли водорода в жидкой и паровой фазах;

K_p - const фазового равновесия (при p = 4 МПа, K_p = 30)

...