Реакторный блок установки каталитического крекинга

Бункер Б-204 служит для выгрузки остаточного катализатора из регенератора Р-202 в период остановки РРБ. Разряжение в бункере Б-204 создается эжектором ЭЖ-202, при подаче в последний технического воздуха.

Отбор импульсов к приборам КИПА, замеряющим давление и перепады давления в аппаратах реакторного блока осуществляется методом продувки. Давление воздуха КИПиА к приборам секции С-200 контролируется поз.2-124.

 

2.  
Расчетная часть

 

.1 Физико-химические  свойства веществ, участвующих в  процессе

 

Таблица 2.1 Физико-химические свойства веществ

Показатели	Сырье		Продукты крекинга
	Вакуумный дистиллят	Рециркули-рующий газойль	бензин	каталитический газойль
				легкий	Тяжелый
Относительная плотность: r277	0.8970	0.9330	0.7350	0.9300	0.9400
r288	0.9131	0.9340	0.7641	0.9330	0.9420
Пределы выкипания, К	623-773	458-773	313-468	468-623	623-773
Молекулярная масса	360	248	105	200	340
Средняя молекулярная температура кипения, К	683	582	384	548	676

 

.2 Материальный  баланс

 

Зададимся глубиной превращения 75 объемн. % на исходное сырье [1, с. 7,8] и определим выходы продуктов крекинга.

Отношение количества сырья к количеству циркулирующего газойля

 

К= GC / 0.284 × GC = 260 / 0.284 × 260 = 3.52 (2.1)

 

По графику (рис. 1) определим выход бензина uб=54 объемн. % на свежее сырье или в массовых процентах

 

хб = r277 б × uб / r277с = (2.2)

= 0.735 × 54 / 0.897 = 44.25 масс % на свежее сырье

 

где uб - выход бензина, масс. % на свежее сырье

r277 б, r277с - относительные плотности соответственно бензина и свежего сырья

Выход кокса в зависимости от заданной глубины превращения по графику (рис. 2) составляет хк=8.7 масс. % на свежее сырье.

Выход газа при каталитическом крекинге вакуумного дистиллята, выкипающего в пределах 623-773 К, примем равным хГ=17.7 масс. % на свежее сырье [3, с.8].

Выход каталитического газойля, который в ректификационной колонне разделяется на легкий и тяжелый, определим по разности

 

хл.г + хт.г = 100-(42.8+8.7+17.7) =

= 30.8 масс. % на свежее сырье (2.3)

 

Расчет выхода продуктов крекинга приводится в таблице 2.2

 

Таблица 2.2 Выхода продуктов крекинга

Потоки	Количество т/ч	Состав
		масс. % на свежее сырье	масс % на загрузку реактора
Приход
Сырье - вакуумный дистиллят 623-773 К	260 т	100.0	77.9
Рециркулирующий каталитический газойль	69.2	31	22.1
Загрузка реактора	329.2	131.0	100.0
Расход
Газ	44.25	17.70	13.78
Бензин	112.75	44.25	35.13
Легкий газойль	44.25	16.20	12.22
Тяжелый газойль	37.00	13.15	9.97
Кокс	21.75	8.7	6.8
Всего	260	100.0	77.9
Циркулирующий каталитический газойль	69.2	28.4	22.1
Сумма	329.2	128.4	100.0

 

2.3 Количество циркулирующего катализатора и расход водяного пара

 

При кратности циркуляции катализатора R=7:1 количество циркулирующего катализатора

 

GK=R×GC= 7 × 260= 1820 т/ч (2.4)

 

Определим расход водяного пара.

Для регулирования плотности смеси паров сырья с катализатором в транспортную линию подается водяной пар в количестве 2-6 масс. %, считая на загрузку реактора [1, с.149,95,96]. На отпарку продуктов крекинга с закоксованного катализатора в зону отпарки подается 5-10 кг пара на 1т катализатора [1, с.152].

Принимаем расход водяного пара для регулирования плотности смеси равным 4 масс. % на сырье или

 

GП1= 260 × 0.04 = 10.4 т/ч = 10400 кг/ч (2.5)

 

На катализаторе после регенерации остается кокс в количестве 0.2-0.5 масс. %, считая на свежий катализатор. Примем содержание остаточного кокса на регенерированном катализаторе равным 0.4 масс.%, что составит

 

GО.К = (0.4 × 1820) / 100 = 7.28 т/ч (2.6)

 

Количество закоксованного катализатора на выходе из реактора

 

GЗ.К = GК+GО.К+21.75 = 1820+7.28+21.75 = 1848.78 т/ч (2.7)

 

Приняв расход водяного пара на отпарку 1 т закоксованного катализатора раным 7 кг, найдем часовой расход водяного пара

 

Gg1= 7 × 1848.78 = 12941.46 кг/ч (2.8)

 

2.4 Тепловой баланс реактора

 

Уравнение теплового баланса реактора в общем виде

 

QС+QЦ1+QК1+QП1+QД1+QО.К= QГ+Qб+QЛ.Г+QТ.Г+

+QК2+QК+QЦ2+QД2+QП2+Qр+QП (2.9)

 

Левая часть уравнения отвечает приходу тепла (в кВт):

QС - с сырьем;

QЦ1 - с рециркулирующим каталитическим газойлем;

QК1 - с циркулирующим катализатором;

QП1 - с водяным паром, подаваемым в транспортную линию;

QД1 - с водяным паром, подаваемым на отпарку углеводородов с

Катализатора;

QО.К - с остаточным коксом.

Правая часть отвечает расходу тепла (в кВт):

QГ - с образовавшимися газами крекинга;

Qб - с парами бензина;

QЛ.Г - с парами легкого газойля;

QТ.Г - с парами тяжелого газойля;

QК2 - с циркулирующим катализатором;

QК - с образовавшимся при крекинге коксом;

QЦ2 - с рециркулирующим газойлем;

QД2 - с водяным паром, подаваемым на отпарку углеводородов с

катализатора

QП2 - с водяным паром, подаваемым в транспортную линию;

Qр - на реакции каталитического крекинга;

QП - потери тепла в окружающую среду.

Из теплового баланса реактора определим температуру сырья при подаче его в узел смешения с катализатором.

По литературным и промышленным данным принимаем следующие температуры потоков на входе в реактор:

ТЦ1=561 К - температура рециркулирующего каталитического газойля;

ТК1=873 К - температура катализатора [1, с.266];

ТП1=873 К - температура водяного пара, подаваемого в транспортную

линию (с давлением p=0.46×106 Па) [5, с.107];

ТД1=783 К - температура водяного пара [6], подаваемого в отпарную

зону реактора при давлении 0.46×106 Па

Рассчитаем энтальпию потоков. Предварительно определим состав крекинг-газа.

При проектировании промышленных установок каталитического крекинга пользуются данными хроматографического анализа газа, полученного при крекинге сырья в лаборатории. При отсутствии лабораторных данных можно пользоваться литературными [1, с.210; 7, с.121; 8, с.125].

В табл.2.4.1 приведен примерный состав крекинг-газа.

 

 

Таблица 2.4.1 Состав крекинг-газа

Компоненты	Мi	Выход масс.% на сырье	Количество
			кг/ч	кмоль/ч
H2S	34	0.85	2125	62.5
H2	2	0.20	500	250.0
CH4	16	2.31	5770	361.0
C2H4	28	0.57	1424	51.0
C2H6	30	1.25	3120	104.0
C3H6	42	3.22	8050	191.8
C3H8	44	2.43	6070	138.0
C4H8	56	3.95	9868	176.4
C4H10	58	2.92	7323	126.3
Сумма		17.7	44200	1461.0

 

Ввиду низкого давления в реакторе влияние давления на энтальпию не учитывается. Зная состав крекинг-газа, можно найти энтальпию компонентов и затем подсчитать энтальпию смеси правилу смешения. В табл.2.4.2 приведены энтальпии компонентов газа в интервале температур 673-773 К. Например, энтальпия сероводорода при 673 К равна произведению удельной энтальпии, определяемой по справочникам, на массовую долю последнего в крекинг-газе: 432.2 × 0.048 = 20.74 кДж/кг

Сумма энтальпий компонентов равна энтальпии крекинг газа при данной температуре. Путем интерполяции можно определить энтальпию газа при промежуточных температурах.

 

Таблица 2.4.2 Энтальпии компонентов

Компоненты	Состав хi масс. %	Энтальпия, кДж/кг
		673 К		773 К
		qi	qi xi	qi	qi xi
H2S	4.80	432.2	20.74	548.3	26.3
H2	1.13	5798.0	65.50	7255.0	82.0
CH4	13.70	1127.0	147.2	1498.0	195.4
C2H4	3.22	858.6	27.66	1143.0	36.8
C2H6	7.07	988.0	69.82	1323.0	93.5
C3H6	18.22	853.8	155.60	1139.0	207.4
C3H8	13.76	967.3	133.00	1293.5	177.8
C4H8	22.28	896.0	199.70	1193.0	266.2
C4H10	16.45	967.3	159.20	1290.0	212.2
Сумма	100.00	-	~978.4	-	~1297.6

 

Энтальпию углеводородных паров (в кДж/кг) определяется по таблицам, приведенным в приложении, или по формуле [9, с.18]:

 

qT=209.2 - 130.25r288 + (0.543 - 0.134r288)T +

+ (0.00234 - 0.00059r288)T2 (2.10)

 

Для определения энтальпии жидких углеводородов (в кДж/кг) также можно воспользоваться таблицами или формулой [9, с.18]:

 

qT= 1 / (Ör288) × (0.0017T2 + 0.762T - 334.3) (2.11)

 

где r288 - относительная плотность жидкого углеводорода;

Т - температура потока, К.

 

Энтальпии углеводородных паров и жидкостей, а также катализатора и кокса подсчитаны и приведены в табл.2.4.3.

Энтальпия катализатора и кокса подсчитана по формуле:

 

q T = cT (2.12)

 

где q T - энтальпия катализатора или кокса, кДж/кг;

с - теплоемкость катализатора или кокса, кДж/(кг×К);

Т - температура катализатора или кокса, К.

Теплоемкость катализатора равна 1.05-1.13 кДж/(кг×К) [10, с.99], теплоемкость кокса 1.65-2,51 кДж/(кг×К) [12, с.36; 13, с.252].

Теплоемкость катализатора и кокса принята соответственно равной 1.13 и 2.51 кДж/(кг×К).

 

Таблица 2.4.3 Энтальпии углеводородных паров, жидкостей, катализатора и кокса

Обозначение потока	Состояние	Темпера тура, К	Количество кг/ч	Энтальпия, кДж/кг	Количество тепла , кВт
Приход
QС	Ж	Тс	250000	qc	Qc
QЦ1	Ж	561	71000	648.0	12790
QК1	Т	873	1750000	678.4	329500
QП1	П	873	10000	3708.0	10300
QД1	П	783	12430	3510.0	12130
Q0.К	Т	873	7000	1506.0	2930
Сумма	-	-	-	-	Qc+367550
Расход
QГ	Г	758	44250	1252.0	15380
Qб	П	758	112750	1162.0	36330
QЛ.Г	П	758	39250	1102.5	12020
QТ.Г	П	758	32000	1097.0	9755
QК2	Т	758	1750000	548.8	26650
QK	T	758	28750	1219.0	9720
QЦ2	П	758	71000	1102.5	21720
QП2	П	758	10000	3455.0	9600
QД2	П	758	12430	3455.0	11920
QР	-	-	260000	205.2	14250
QП	Принимается		-	-	815
Сумма	-	-	-	-	409160