Расчет реактора установки Гидрокрекинга

Рассмотрим результаты процесса гидрокрекинга декана при одинаковых параметрах процесса на примере использования в качестве катализатора:

• чистого алюмосиликата, обладающего только кислотной активностью;
• никеля на алюмосиликате, обладающего высокой гидрирующей активностью и относительно низкой кислотной активностью;
• сульфида никеля на алюмосиликате, обладающего умеренной гидрирующей активностью и высокой кислотной активностью. [2]

 

 

1. Таким образом из таблицы видно, что значительно лучшие результаты гидрокрекинга достигаются при использовании катализаторов с высокой кислотной и оптимальной гидрирующей активностями, таких как «Сульфид никеля на алюмосиликате».

2. В свою очередь для реакций преимущественного гидрирования, таких как гидрогенолиз гетероорганических соединений, необходим соответствующий катализатор - катализатор преимущественного гидрирования, такой как «Никель на алюмосиликате».

 

 

Получение изомеризованных продуктов гидрокрекинга на примере пентана в качестве исходного сырья на катализаторе «Сульфид никеля на алюмосиликате» объясняется схемой превращения:

Это объясняется образованием в малых количествах алкенов на гидрирующих-дегидрирующих активных центрах, легко инициирующих образование                  карбоний-ионов. [2]

 

Достоинства катализаторов с преимущественным кислотным свойством и умеренным гидрирующим применительно к промышленным видам сырья заключаются в следующем:

1. Низок выход парафинов C1–С3 и особенно метана и этана.

2. Бутановая фракция содержит 60…80 % изобутана.

3. Пентановая и гексановая фракции  на 90…96 % состоят из изомеров. Циклопарафины  С5 содержат около 90 % метилциклопентана. В ре зультате легкий бензин (до 85 °С), содержащий 80…90 % парафинов, до 5 % бензола и 10…20 % нафтенов, имеет достаточно высокие антидетонационные характеристики: ОЧИМ составляет 85…88.

4. Бензины С7 и выше содержат 40..50 % нафтенов, 0…20 % ароматических и являются исключительно качественным сырьем риформинга.

5. Керосиновые фракции ввиду  высокого содержания изопарафинов и низкого – бициклических ароматических углеводородов являются высококачественным топливом для реактивных двигателей. Дизельные фракции содержат мало ароматических углеводородов и преимущественно состоят из производных циклопентана и циклогексана, имеют высокие цетановые числа и относительно низкие температуры застывания. [3]

 

Известные марки катализаторов ГК

Практически все перспективные процессы гидрокрекинга разработаны с использованием цеолитсодержащих катализаторов: «ICR-126», «ICR-136», «ICR-139», «ICR-142», «ICR-147», «ICR-I50», «ICR-210», «ICR-220 (Шеврон)».

 

Технологическая схема установки гидрокрекинга Одноступенчатый процесс

Одноступенчатый процесс обычно используется для получения максимального количества реактивного или дизельного топлива. По мере ухудшения качества сырья снижаются качество продуктов и избирательность; кроме того, для поддержания постоянной степени превращения необходимо повышать температуру реакции. В одноступенчатом варианте гидрокрекинга поток сырья и водородсодержащего газа подается непосредственно в реактор без предварительной гидроочистки сырья. Подогрев газосырьевой смеси осуществляется первоначально в теплообменнике 2, а затем до температуры реакции – в трубчатой печи 3, после чего эта смесь поступает в реактор гидрокрекинга. Продукты реакции, выходящие с низа реактора, проходят теплообменник и охлаждаются в водяном холодильнике; а затем поступают в сепаратор высокого давления 5, в котором происходит разделение жидкой и газовой фаз. Газовая фаза, содержащая водород, с помощью циркуляционного насоса 6 снова подается на смешение с сырьем. Часть циркуляционного газа отдувается для поддержания постоянного парциального давления водорода в водородсодержащем газе. В отличие от большинства установок гидроочистки, в установках гидрокрекинга не требуется очистка циркуляционного газа, выходящего из сепаратора высокого давления, где под высоким давлением водорода (10-15 МПа) как легкие углеводороды С2-С4, так и сероводород и аммиак остаются в жидкой фазе. Газовая фаза из сепаратора 5 содержит в основном водород с небольшими примесями метана и этана.

Установка одноступенчатого гидрокрекинга может иметь либо один реактор, либо несколько (чаще всего два) с параллельным или последовательным расположением.

Эта схема получила наибольшее распространение в промышленности, значительно превышая по количеству реализаций другие схемы.

 

Рис. Схема установки одноступенчатого гидрокрекинга

1 – сырьевой насос; 2 – теплообменник; 3 – трубчатая печь; 4 – реактор; 5, 7 – сепаратор; 6 – циркуляционный насос; 8 – колонна стабилизации; 9 – дистилляционная колонна. I – сырье; II – водород; III – газ; IV – легкий бензин; V – тяжелый бензин; VI – реактивное топливо; VII – средние дистилляты; VIII – остаток

Реактор гидрокрекинга

[4]

Расчет  реактора и выхода продуктов гидрокрекинга

Примечание

Рассмотрим одностадийный ГК вакуумного газойля с преимущественным получением летнего дизельного топлива. Установка гидрокрекинга включает в себя 3 параллельных реактора одинаковой производительности. [5]

Исходные данные

1. Производительность установки по сырью Gc=1,2 млн.т/год (40,85 кг/с при рабочем цикле 340 рабочих дней в год);

2. Сырье - прямогонный вакуумный газойль 350-500 ̊С;

3. Содержание гетеропримесей в сырье, % масс.:

Гетеропримеси	%, масс
Меркаптановая сера (∆S1)	0,1
Сульфидная сера (∆S2)	1
Дисульфидная сера (∆S3)	0,3
Тиофеновая сера (∆S4)	1
Общая сера (∑∆S)	2,4
Общий азот (∑∆N)	0,1

4. Содержание ароматических  углеводородов – 50% масс.;

Ароматика	%, масс
∆АУВ	50
Сырье гидрокрекинга	%, масс
gc=∆сГК	100

 

5. Остаточным содержанием серы будем пренебрегать из-за незначительного влияния на материальный и тепловой балансы ГК;

 

 

 

 

 

 

6. Заданные режимные параметры реактора ГК:

Режимные параметры реактора
Параметр	Значение	Размерность
Давление (p)	14	МПа
	1418550	Па
Температура на входе (Твх)	370	̊С
	643,15	К
Температура на выходе (Твых)	400	̊С
	673,15	К
Объемная скорость подачи сырья (ωс)	0,6	ч-1
Кратность циркуляции (kВСГц)	850	м3/м3
Кэффициент рециркуляции тяжелого газойля по отношению к балансовому тяжелому газойлю (kГКОц)	1	м3/м3
Глубина крекинга сырья (αсГК)	90	%
Глубина гидрирования аренов сырья (αАУВ)	90	%

 

7. Режимные параметры сырья и продуктов гидрокрекинга:

Компоненты	ρ20,i	Ṁi, г/моль	ṫк, ̊С	Ṫк,i, К	Ткр,i, К	Pкр,i, кгс/см2	Pкр,i, Па	Тк,i0, К
Сырье	0,937	309	405	678,15	879	14,9	1461690	1075
Бензин	0,737	108	114	387,15	573	28,9	2835090	622
Дизельное топливо	0,816	169	221	494,15	690	21,5	2109150	790
ГК остаток	0,885	296	376	649,15	838	14,4	1412640	1034

 

 

Содержание компонентов, % масс
Компоненты	H2	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	Ṁ, г/моль
сВСГ	99,8	0,2	-	-	-	2
цВСГ	95	3	2	-	-	3,12
УВ	-	27	21	40	12	28,54

 

 Задача

1. Составить материальный баланс установки ГК;
2. Составить тепловой баланс одного реактора ГК;
3. Определить основные размеры реактора ГК;
4. Рассчитать линейную скорость газожидкостной смеси и сравнить ее с допустимой линейной скоростью.

   

Решение

1. Составление материального баланса установки гидрокрекинга

1.1. Рассчитаем количество водорода, пошедшее на химические реакции: реакции гидрогенолиза; реакции  гидрирования ароматического сырья; реакции насыщения олефинов, образующихся в результате крекинга сырья.

1.1.1. Рассчитаем затраченное количество  водорода на реакции гидрогенолиза  по сл. формуле:

для серы: ;

для азота:

Mr(H2)	№ реакции	νH2	∆Si, %	gSH2,%
2	1	1	0,1	0,00625
Ar(S)	2	2	1	0,125
32	3	3	0,3	0,05625
	4	4	1	0,25
	∑S	-	2,4	0,4375
Ar(N)	№ реакции	νH2	∆Ni, %	gNH2,%
14	∑N	1,5	0,1	0,021428571

1.1.2. Рассчитаем количество водорода, пошедшее на гидрирование ароматических углеводородов сырья по сл. формуле:

αАУВ	∆АУВ, %	νАУВ	M(H2), г/моль	gАУВH2,%
0,9	50	3	2	0,873786
			Ṁc, г/моль
			309

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.3. Расход водорода на гидрокрекинг сырья рассчитаем по сл. формуле:

αсГК	∆сГК, %	νАУВ	M(H2), г/моль	gсГКH2,%
0,9	100	1	2	0,582524
			Ṁc, г/моль
			309