Проект установки гидрокрекинга

Широкое развитие гидрогенизационных процессов переработки нефти  невозможно без достаточных ресурсов водорода. Основное количество водорода на нефтеперерабатывающих заводах получается в процессе каталитического риформинга. Однако при производстве малосернистых продуктов из сернистых и высокосернистых нефтей, а также при гидрокрекинге нефтепродуктов в больших объемах потребность в водороде не может быть удовлетворена только за счет платформинга. Дополнительно водород может быть получен двояким путем.

Во-первых, водород может  быть выделен из водоросодержащих газов, метано- водородной фракции установок  газоразделения, отдувочных газов установок гидроочистки и гидрокрекинга. Содержание водорода в этих газах колеблется от 30 до 60 объемн. %. Наиболее перспективные методы получения водорода с концентрацией 96-99 объемн. % – низкотемпературное фракционирование, адсорбция на молекулярных ситах, адсорбция нефтяными фракциями.

Во-вторых, водород можно получить специальными методами: каталитической конверсией углеводородных газов с водяным паром, термическим разложением углеводородных газов, газификацией тяжелого углеводородного сырья.

Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности – 3–4 млн. тонн в год по сырью. Обычно объемов водорода, получаемых на установках риформинга, недостаточно для обеспечения гидрокрекинга, поэтому на НПЗ сооружаются отдельные установки по производству водорода путём паровой конверсии углеводородных газов.

При использовании в качестве сырья прямогонного вакуумного газойля с относительно высоким содержанием серы, азота и полициклических ароматических углеводородов катализатор при работе в одну ступень быстро отравляется и теряет активность. Поэтому необходимо предварительно подготавливать сырье, т.е. проводить процесс в две ступени.

Вакуумный газойль, выделенный из нефти  месторождения Танатар отличается невысоким содержанием серы, азота и полициклических ароматических углеводородов. Следовательно, для получения топлива из вакуумного газойля нефти Танатара выбираем одноступенчатый гидрокрекинг на алюмокобальтмолибденовом катализаторе.

Технологический режим процесса одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля:

Температура, ^оС       

на входе в реактор     400–410

в сепараторе           50

Давление в реакторе, ат          50

Объемная скорость, ч^–1             1

Кратность циркуляции водорода, объем/объем     600

Содержание водорода в циркулирующем  газе

на входе в реактор, объемн. %         75

Тепловой эффект реакции, ккал/кг сырья     30–60

Пробег между регенерациями, ч       2000

 

2.3. Описание технологической схемы установки

 

Технологическая схема  одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля приведена на рис. 2.3.

Вакуумный газойль подается сырьевым насосом (1) на смешение с циркулирующим водородсодержащим газом, который нагнетается компрессором (18). Газо-сырьевая смесь нагревается в теплообменнике (5)  и печи (2) до температуры реакции. Нагретое и частично испаренное сырье вместе с циркуляционным газом поступает сверху в реактор (3), выходит снизу, далее поступает сверху в реактор (4) и выходит снизу. В каждом из реакторов катализатор укладывается слоями на специальных решетках. Между слоями в реакторы подводится холодный циркулирующий водород с целью отвода избыточного тепла реакции.

Выходящая из реактора смесь  циркуляционного газа и продуктов  реакции охлаждается в теплообменнике (5), холодильнике (6) и поступает в  сепаратор высокого давления (7). Здесь  происходит отделение циркуляционного  водородсодержащего газа от продуктов реакции, находящихся в жидкой фазе. Продукты реакции с низа сепаратора (7) под собственным давлением поступают в погоноразделительную часть установки, состоящую из атмосферной колонны (9), вакуумной колонны (12) и сопутствующей аппаратуры и оборудования. Циркуляционный газ отмывается от сероводорода в растворе моноэтаноламина и поступает на прием компрессора (18). Компрессор вновь подает газ на смешение с сырьем. Поскольку в реакторе происходит обеднение циркуляционного газа водородом и обогащение его метаном, этаном и пропаном, выделяющимися при реакциях гидрокрекинга, содержание водорода в циркуляционном газе после реактора становится ниже допустимых пределов. Поэтому часть циркуляционного газа из системы выводится (отдувается) и заменяется водородом с установки риформинга или со специальной установки получения водорода.

Высокий тепловой эффект реакции приводит к разогреву  реакционной смеси и катализатора, что нежелательно, так как разогрев алюмокобальтмолибденового катализатора выше 435 ^оС ведет к усиленному коксообразованию. По этой причине приходится вводить непосредственно в реакторы охлаждающий агент – циркулирующий водородсодержащий газ или смесь этого газа и дизельной фракции, получаемой на установке. При охлаждении реакционной смеси только водородсодержащим газом его расход  чрезмерно велик, особенно для установок большой производительности. Применением газо-жидкостного охлаждения дает возможность снизить количество хладагента за счет затраты тепла на испарение жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

3.1. Материальный баланс установки

 

За годы промышленного  применения гидрокрекинг стал одним  из наиболее гибких процессов нефтепереработки. Область использования процесса гидрокрекинга очень разнообразна как с точки зрения перерабатываемого сырья- от бензина до тяжелых нефтяных остатков, так с точки зрения ассортимента получаемых продуктов- от сниженных газов (С₃–С₄) до остаточных котельных топлив с пониженным содержанием серы. Однако основное направление гидрокрекинга- получение светлых нефтепродуктов: бензина, реактивного и дизельного топлива.

При использовании алюмокобальтмолибденового  катализатора  Д.И. Орочко и соавторы предлагает следующие кинетические уравнения для расчета выхода фракций [10]:

дизельного топлива (160–360^оС)

                       (3.1)

легкого бензина  (н.к.-160^оС)

 (3.2)

газа 

                                               (3.3)

где и макрокинетические коэффициенты, определяемые из экспериментальных данных и зависящие от температуры процесса и активности катализатора; для гидрокрекинга вакуумного дистиллята при 10МПа 1,3;  2,0.

Примем по практическим данным степень превращения сырья 60% [9] и рассчитаем по формулам (3.1) – (3.3) выход продуктов гидрокрекинга.

 

 

Выход дизельного топлива (160–350^оС);

           

Выход легкого бензина ( н.к.–160^оС):

Выход газа:

Выход остатка рассчитывается из следующего равенства:

Расчет материального  баланса установки проводится согласно действующим нормам технического проектирования на 340 рабочих дней [11]. На основании всех приведенных выше данных материальный баланс установки производительностью 650 тыс. т/год можно записать следующим образом. (таблица 3.1):

 

Таблица 3.1 Материальный баланс установки гидрокрекинга

 

Продукт	% масс.	т/год	т/сут	кг/час	кг/сек
Поступило – сырье  Вакуумный газойль	100	650000	1912	79657	22,1
Всего	100	650000	1912	79657	22,1
Получено – продукты Газ Бензин Дизельное топливо Остаток	13 15 32 40	84500 97500 208000 260000	248 287 612 765	10355 11949 25490 31863	2,9 3,3 7,1 8,8
Всего	100	650000	1912	79657	22,1

 

 

 

 

 

3.2. Расчет основного аппарата

 

Основным аппаратом  установки гидрокрекинга является реактор, в котором происходят основные химические реакции и превращения  сырья.

Исходные данные для  расчета:

Сырье – вакуумный газойль нефти месторождения Танатар;

 

Плотность сырья                        0,9102

Содержание серы                        0,41%

Коксуемость                        5,40%

Температура в реакторе                        t = 420–460 ^оС

Давление в реакторе                        3–7МПа

Объемная скорость подачи сырья                        =0,9–2,5час^-1

Циркуляция водород  содержащего газа (ВСГ)    1000м³/м³

Расход водорода    1–3 % масс

 

Процесс гидрокрекинга  в реакторе можно представить  следующей схемой [10]:

                                       (3.4)

где соответственно сырье, углеводородный газ и бензин; массовые коэффициенты; скорость реагирования сырья, отнесенная к единице поверхности катализатора, кг/(м²∙ч).

 

Отсюда можно получить приближенную математическую модель статики процесса гидрокрекинга:

                          (3.5)

           (3.6)

           (3.7)

         (3.8)

           (3.9)

        (3.10)

где объемная скорость подачи сырья в реактор, ч^-1; массовая доля сырья в реакционной смеси; коэффициент торможения, практически независимый от температуры и составляющий 0,864-0,868 при 400–425^оС; предэкспоненциальный множитель, равный 10¹³∙ч^-1; энергия активации, равная 1,17∙10⁴кДж/(кмоль∙К); температура процесса гидрокрекинга, выход соответственно углеводородного газа, бензина, дизельного топлива и остатка гидрокрекинга, массовые доли на сырье; выход водорода на процесс, массовые доли на сырье; массовые коэффициенты, соответственно равные 0,25; 0,27 и 0,714.

 

При 2,0 час^-1, определим массовую долю сырья в смеси:

5

Отсюда массовая доля сырья в реакционной смеси  0,448.

Подчитываем выход продуктов  по уравнениям (3.6) – (3.10).

Выход углеводородного  газа:

или 13 %.

Выход бензина:

или 15 %.

Выход дизельного топлива:

 или 32 %.

Выход остатка:

 или 12,8 %.

Расход водорода:

 или 2,6 %.

Составим материальный баланс для реактора гидрокрекинга  и сведем расчеты в таблицу 3.2.

Таблица 3.2    Материальный баланс реактора

Продукт	% масс.	кг/сек	кг/ч	т/сут	т/год
Поступило: Реакционная смесь    в том числе       Вакуумный газойль       Водородсодержащий  углеводородный газ	102,6   44,8 57,8	22,7   9,9 12,8	81728   35686 46042	1962   857 1105	666900   291200 375700
Всего	102,6	22,7	81728	1962	666900
Получено: Углеводородный газ Бензин (н.к.–160 оС) Дизельное топливо (160–360 оС) Остаток Водород	13 15 32 40 2,6	2,9 3,3 7,1 8,8 0,6	10355 11949 25490 31863 2071	249 287 612 765 49	84500 97500 208000 260000 16900
Всего	102,6	22,7	81728	1962	666900