Качество сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов

1. Качество сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов

 

Качество сырья, поступающего на установку, влияет на:

– температуру слоя катализатора;

– количество расходуемого в процессе водорода;

– продолжительность периодов между регенерациями катализатора и качество некоторых продуктов.

Влияние качества сырья на рабочие характеристики процесса очень существенно, особенно в отношении загрязняющих примесей, которые могут значительно снизить срок службы катализатора.

 

Таблица 2. Качество сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов

Наименование продукта		ГОСТ, ТУ, СТП		Показателей по ГОСТ, ТУ, СТП		Допустимые пределы
Сырье (тяжелый вакуумный газойль)		ГОСТ 3900-85		Плотность при 20ºС, кг/м3, не более		929
		ОСТ 38.01380		Фракционный состав, ºС
				температура начала кипения, не менее		387
				10%		428
				50%		479
				95%		540
				температура конца кипения, не более		560
		СТБ 1420		Содержание серы, % мас., не более		1,51
		UOP 384		Содержание азота, ppm мас., не более		1890
		ГОСТ 11858-66		Асфальтены (нерастворимые в С7), % мас., не более		0,05
		ГОСТ 33-2000		Вязкость кинематичесая при 50ºС, сСт		Не нормируется
		ГОСТ 2477-65		Содержание воды, % мас.		Отсутствие
Водородсодержащий газ		ГОСТ 14920-79		Состав: Н2, С1, % об., не менее		99,9
				СО + СО2, ррm, не более		20
Легкий бензин		ГОСТ 511		Детонационная стойкость: октановое число, не менее		85
		ГОСТ 2177		Фракционный состав, ºС:
				температура начала перегонки бензина, °С, не ниже		35
				10 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше		70
				50 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше		115
				90 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше		180
				конец кипения бензина, °С, не выше		205
		ГОСТ 28828		Массовая концентрация свинца, г, на 1 дм3 бензина, не более		0,013
	ГОСТ 19121		Массовая доля серы, %, не более		0,10
	ГОСТ 6321		Испытание на медной пластине		Выдерживает
	ГОСТ 6307		Водорастворимые кислоты и щелочи		Отсутствие
	Визуально		Цвет		Желтый
Тяжелый бензин	ГОСТ 2177		Фракционный состав, ºС:
			температура начала перегонки бензина, °С, не ниже		160
			10 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше		170
			90 % бензина перегоняется при температуре, °С, не выше		195
			конец кипения бензина, °С, не выше		200
	ГОСТ 19121		Массовая доля серы, %, не более		0,025
	ГОСТ 6356		Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле,°С, не ниже		33
	ГОСТ 12329		Анилиновая точка,°С, не выше		65
	ГОСТ 12329		Массовая доля ароматических углеводородов, %, не более		16
	ГОСТ 6321		Испытание на медной пластинке		Выдерживают
	ГОСТ 6307		Содержание водорастворимых кислот и щелочей		Отсутствие
Дизельное топливо	ГОСТ 2177-99		Фракционный состав, °С:
			температура начала кипения		160-180
			температура конца кипения, не выше		360
	СТБ 1420		Содержание серы, ppm мас., не более		10
	ГОСТ 2477-65		Содержание воды и механических примесей		Отсутствие
	Визуально		Цвет		Бесцветный
	ГОСТ 33-2000		Вязкость кинематичесая при 20ºС, сСт		3,000-6,000
	ГОСТ 6356-75		Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже		62
	ГОСТ 3122-67		Цетановое число		54
	ГОСТ 6321		Испытание на медной пластинке		Выдерживает
	Качественно по уксусно-кислому свинцу		Сероводородная коррозия		Отсутствие
	Визуально		Цвет		Соломенный
Остаток >360oC (тяжелый газойль)	ОСТ 38.01380		Фракционный состав, °С		Не нормируется

2. Основы техники безопасности и противопожарные мероприятия

 

Основные показатели взрыво-, пожароопасности и токсические свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции, реагентов и отходов производства и характеристика воздействия на организм человека представлены в таблице 4.

 

Таблица 4

Основные показатели токсичности, взрыво- и пожароопасности, запыленности и загазованности

 

№ п/п		Наименование вредных веществ и выделений	Характеристика по токсичности				Характеристика по пожароопасности								Характер воздействия на организм человека
			ПДК, мг/м3	класс опасности			tвсп, оС	tсам, оС		НПВ, оС		ВПВ, оС
1		2	3	4			5	6		7		8			9
1		Тяжелый вакуумный газойль	300	4			160	>200		91		155			Оказывает сильное наркотическое действие. При отравлении исчезает тонус мышц и рефлексы, наступает паралич дыхания.
2		Водород-содержащий газ	300	4			-	500		4,0 % об.		75 % об.			Вызывает расстройство функций нервной системы, паралич, судороги.
3		Бензин	100	4			-80	250		-30		24			При лёгком отравлении чувствуется головная боль, головокружение, слабость, учащенное сердцебиение, сухость во рту, тошнота. При попадании на кожу может вызвать как острое воспламенение, так и хронические экземы.
4	Дизельная фракция		300		4	65			210		58		108	Вызывают расстройство функций нервной системы, паралич, судороги
5	Тяжелый остаток		300		4	>62			>250		130		-	Вызывают расстройство функций нервной системы, паралич, судороги
6	Сероводород		0,008		2	-			246		4,3		46	При отравлении Н2S наблюдается резь в глазах, светобоязнь, ощущение инородного тела в глазах, тошнота
7	Углеводо-родный газ		300		4	-			250		1,0 %об.		7,0 %об.	Углеводороды при больших концентрациях оказывают сильное наркотическое действие. При отравлении исчезает тонус мышц и рефлексы, наступает паралич дыхания
8	Кислая вода (0,4% Н2S в воде)		2		10	-			-		-		-	При отравлении наблюдается резь в глазах, светобоязнь, ощущение инородного тела в глазах, тошнота

 

По взрывопожарной и пожарной опасности производство относится к категории Ан, так как в процессе гидрокрекинга образуются горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки до 28оС, в таком количестве, что могут образовать взрывоопасные парогазовые смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва  в помещении, превышающее 5 кПа.

С целью снижения уровня отрицательного воздействия производства на окружающую среду предприняты следующие природоохранные мероприятия на установке гидрокрекинга:

1) технологический  процесс осуществляется в герметически  закрытой аппаратуре;

2) дымовые  газы удаляются через дымовую  трубу, высота которой 54 м, обеспечивает  необходимую степень рассеивания  в атмосфере в соответствии  с санитарными нормами;

3) освобождение  аппаратуры от газообразных продуктов  при сбросе давления производится  в закрытую общезаводскую факельную  систему;

4) сбросы  от предохранительных клапанов  осуществляются либо в герметичное  технологическое оборудование либо  в закрытую общезаводскую факельную  систему;

5) для  снижения содержания сероводорода  в водородсодержащем и углеводородном  газах, часть которых сбрасывается  в топливную сеть, предусмотрен  вывод этих газов на очистку  моноэтаноламином. Вода после промывки  и пропарки аппаратуры направляется  в систему канализации и далее  на очистные сооружения предприятия, где проходит механическую, физико-химическую  и биологическую очистку. Очищенная  вода подается в общезаводской  коллектор.

 

II . Расчетная часть. Материальный баланс процесса

 

При составлении материальных балансов процессов исходят из закона сохранении массы. На основании этого закона составляется материальный баланс процесса. Материальный баланс лежит в основе любого технологического расчета, кроме того он является инструментов контроля производства.

Составление материального баланса – основное звено в оценке технико-экономической эффективности химического процесса.

На основании данных материального баланса определяют основные технико-экономические показатели, такие как выход, селективность, степень превращения, расходные коэффициенты. Данные материального баланса используются при составлении теплового баланса, при термодинамических и кинетических расчетах, расчетах реакторов.

Данные для расчета материального баланса:

Производительность установки по нефти 4 млн. т/год.

Установка работает 340 дней в году.

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 (легкого газойля)

                   (3.1)

легкого бензина

(3.2)

 

Кокса

                                        Xк= 0,115.Х3                                                             (3.3)

газа

                                               (3.4)

где и макрокинетические коэффициенты, определяемые из экспериментальных данных и зависящие от температуры процесса и активности катализатора; для гидрокрекинга ВМС при 15Мпа, Т= 450оС 0,95;  0,55.

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

 

 

Выход дизельного топлива ((легкого газойля) (160–350оС);

           

Выход легкого бензина ( н.к.–160оС):

          Выход  кокса:

Хк= 0,115.0,63=0,025

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 Кокс Остаток	1,9 18,1 37,5 2,5 40	12350 117650 243750 16250 260000	36 346 717 48 765	1513 14418 29871 1991 31863	0,4 4 8,2 0,6 8,9
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

 

Плотность сырья (г/cм3)                       0,903

Содержание серы                        0,41%

Коксуемость                        0,3%

Температура в реакторе               t = 370-450оС

Давление в реакторе               12–20 МПа

Объемная скорость подачи сырья               =0,5 –4час-1

Циркуляция водород содержащего газа (ВСГ)            500-1700м3/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 370–450оС; 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:

Отсюда массовая доля сырья в реакционной смеси 0,163.

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

Выход углеводородного газа:

или 21 %.

Выход бензина:

или 23 %.

Выход дизельного топлива:

 или 12 %.

Выход остатка:

 или 4,6 %.