Установка каталитического крекинга с прямоточным реактором

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра ПНГ

Курсовая работа

по дисциплине «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

На тему: «Установки промысловой подготовки нефти».

Выполнила студентка гр.ХТТ-08

Галингер Елена

Проверила: Трушкова Л.В

Тюмень, 2012

Аннотация

Курсовой проект на тему «Проект комбинированной установки ГК-3 Советской нефти (БVIII валанжин)» состоит из литературного обзора, технологической части и заключения. Литературный обзор содержит систематизированный материал по технологии проектирования установки ГК-3 и блока.

Объектом проектирования является каталитический крекинг нефтяных дистиллятов установки ГК-3. Мощность установки составляет 3 млн. т/год.

Цель проекта – выполнить геометрические расчеты реактора каталитического крекинга предназначенного для получения высокооктанового компонента бензина

В результате проведенного расчета получено, что для установки мощностью 3 млн. т/год потребуется реактор: диаметр реактора 4, 31 м, высота 10, 56 м.

Содержание

Введение 5

Список условных обозначений и сокращений 6

Литературный обзор 7

Описание принципиальной технологической схемы установки каталитического крекинга 9

Расчет геометрических размеров реактора 10 Разгонка (ИТК) Советской нефти(БVIII валанжин) в аппарате АРН-2 и характеристика полученных фракций 12

Теоретические материальные балансы комбинированной установки ГК-3 и блоков, входящих в ее состав 14

Заключение 18

Список использованной литературы 19

Приложения…………………………………………………………………………..

Одно из основных направлений технического прогресса в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности — строительство высокопроизводительных комбинированных установок. Высокие технико-экономические показатели достигнуты при эксплуатации отечественных комбинированных установок глубокой переработки нефти, например таких как ГК-3.

В состав комбинированной установки ГК-3 входят блоки атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута, блоки легкого термического крекинга гудрона и каталитического крекинга вакуумного газойля, а также блок газофракционирования. Основные продукты установки: головная фракция стабилизации, высокооктановый компонент бензина, котельное топливо, а также компоненты бензина и дизельного топлива.

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества—основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. Решение этих задач в условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки нефти. Большое значение приобрели вторичные и, особенно, каталитические процессы. Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения таких процессов, как каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидроочистка, алкилирование и изомеризация, а в некоторых случаях—гидрокрекинг.

Целью данного курсового проекта является проектирование блока каталитического крекинга Советской нефти (БVIII валанжин).

Задачи:

1) Описать технологическую схему производства;

2) Построить кривую ИТК

3) Составить теоретический материальный баланс производства;

4) Провести расчет реактора блока каталитического крекинга.

I – энтальпия, кДж/кг;

Р – давление, МПа;

t – температура, ^оС;

Т – температура, К;

µ – динамическая вязкость, Па·с.

М – молярная масса, кг/кмоль;

Ф – тепловой поток, Вт;

r_ж, р_п- плотность жидкой и паровой фаз, кг/м³;

v_л – линейная скорость пара, м/с;

D – диаметр, м;

Н – высота, м;

- состав нефти (в массовых долях);

- молярная масса фракции;

и - составы жидкой и паровой фазы;

– расход компонента, кг/с;

H – высота, м;

D – диаметр, м;

ИТК – кривая истинных температур кипения;

НПЗ – нефтеперерабатывающий завод;

АТ – атмосферная трубчатая установка;

ВТ – вакуумная трубчатая установка;

КК – каталитический крекинг;

ДТ – дизельное топливо;

КТ – котельное топливо;

УГ – углеводородные газы;

Под комбинированием технологических процессов производства нефтяных топлив понимают обычно сочетание на одной площадке нескольких технологий, когда продукты (дистилляты) одной из них являются исходным сырьем для другой (или других) без промежуточных (накопительных) парков. Это дает значительные преимущества, среди которых основными являются:

· сокращение резервуарных парков для промежуточных продуктов;

· ликвидация перекачек промежуточных продуктов в парки и обратно и сокращение за счет этого числа насосов, длины трубопроводных трасс и расхода энергии;

· сокращение в 2 – 3 раза площади застройки технологическими установками;

· значительная экономия тепловой энергии за счет того, что продукты от одного технологического процесса поступают к другому горячими, и нет необходимости их охлаждать перед направлением в парк и нагревать при взятии из парка (если процессы не комбинированы);

· возможность рационально расположить однотипное оборудование блоками (колонны, печи реакторы, теплообменники и др.) и упростить за счет этого обслуживание;

· сокращение штата обслуживающего персонала и соответственно рост производительности труда.

Аппараты и оборудование комбинированных уста­новок объединяются в укрупненные блоки секции, взаимное расположение которых определяется тех­нологической схемой, предусматривающей жесткие связи между ними. Застраиваемая территория ис­пользуется, таким образом, с большей эффектив­ностью. Основная цель компоновки аппаратуры и обору­дования — это технологическая целесообразность и компактность.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать реактор блока каталитического крекинга установки ГК-3.

Каталитический крекинг на алюмосиликатных катализаторах является одним из основных процессов в нефтеперерабатывающей промышленности, при котором получают бензин с высоким октановым числом, газойль, используемый как компонент дизельного топлива, и газ с высоким содержанием изобутана. Наиболее типичным сырьем для этого процесса является тяжелый газойль, выкипающий в пределах 300-500°С и составляющий в среднем 20-30 % на нефть. Частично в качестве сырья используются и более легкие фракции, а также сырье вторичного происхождения, например, газойли коксования. Процесс осуществляется

в псевдоожиженном слое.

Катализаторами каталитического крекинга могут быть естественные алюмосиликаты (глины) и синтетические. Последние находят более широкое применение, так как отличаются большей активностью и прочностью. Поскольку целевым продуктом каталитического крекинга является бензин, активность катализатора характеризуется выходом бензина.

В результате процесса образуется газ, бензин, широкая газойлевая фракция и кокс на поверхности катализатора. Удаление кокса с поверхности катализатора осуществляется путем его выжига. Для сохранения активности катализатора температура его нагрева не должна превышать, как правило, 650-670 °С.

Основные факторы каталитического крекинга, от которых зависит качество получаемых продуктов, следующие:

1. Свойства катализатора, из которых важнейшим является активность, оцениваемая индексом активности, и стабильность, оцениваемая индексом стабильности;

2. Температура процесса, повышение температуры углубляет процесс каталитического крекинга;

3. Объемная скорость процесса - отношение часового объема сырья к объему активного реакционного катализатора, объемная скорость лежит в пределах от 0, 5 до 3, 0 час^–1. Чем меньше объемная скорость, тем больше глубина превращения, при этом увеличивается выход продуктов реакции (газа, бензина, кокса).

4. Кратность циркуляции катализатора, которая оценивается отношением веса катализатора, вводимого в реактор, к весу поступающего в него за то же время сырья. Чем больше кратность циркуляции, тем меньше закоксованность катализатора и выше его активность;

5. Давление, средняя величина давления в реакторе 0, 5-1, 0 ат. Повышение давления несколько увеличивает глубину разложения (за счет увеличения времени пребывания сырья в зоне реакции), при этом увеличивается выход кокса;

6. Химический и фракционный состав сырья. Чем легче исходное сырье, тем больше выход бензина и газа, но необходим более жесткий режим процесса; по химическому составу желательно большее содержание нафтеновых углеводородов. Наличие в сырье смолисто-асфальтеновых веществ приводит к интенсивной закоксованности катализатора. Присутствие в сырье азота, серы и тяжелых металлов обуславливает отравление катализатора и резко снижает его активность.

Установка каталитического крекинга с прямоточным реактором

Технологическая схема установки каталитиче­ского крекинга с прямоточным реактором приведена на рис, IV-1. Установка включает следующие блоки: гидроочистки сырья — вакуумного дистиллята, ка­талитического крекинга, ректификации, газофрак­ционирования и стабилизации бензина. Сырье -гидрогенизат, поступающий из секции гидроочи­стки, — насосом 1 подается в змеевик печи 2 и за­тем перед входом в реактор 11 смешивается с рециркулятом и водяным паром, подаваемым на распи­ливание. В нижней зоне прямоточного реактора 11 сырье, контактируя с горячим регенерированным катализатором, испаряется и подвергается кре­кингу. Основная масса катализатора отделяется от продуктов реакции в реакторе-сепараторе 10.

Предложены различные способы отделения про­дуктов реакции от катализатора. Так, на одной из отечественных установок верхняя часть прямоточ­ного реактора расширена (так называемый реактор с форсированным псевдоожиженным слоем). Ско­рость потока газов и паров в нем составляет при­мерно 2 м/с. За счет меньшей скорости по сравнению со скоростью в лифт-реакторе происходит отделе­ние основной массы катализатора от газов и паров, которое завершается в реакторе-сепараторе, а затем в циклонах и электрофильтрах.

Катализатор, пройдя зону отпаривания водяным паром, по транспортной линии 5 поступает в ре­генератор 6 с псевдоожиженным слоем катали­затора, куда одновременно воздуходувкой 3 через горизонтальный распределитель подается воздух, необходимый для регенерации катализатора. Ре­генерированный катализатор по трубопроводу 7 опускается в узел смешения с сырьем. Пары про­дуктов крекинга и газы регенерации отделяются от катализатор ной пыли в соответствующих двухсту­пенчатых циклонах и объединяются в сборных ка­мерах, расположенных в верхней части аппаратов 6 и 10. Газы регенерации проходят паровой котел-утилизатор 9, где их тепло используется для выра­ботки водяного пара. Затем они очищаются от остатков пыли в электрофильтре 8 и выводятся в ат­мосферу через дымовую трубу (на схеме не показана).

Парообразные продукты крекинга направляются в нижнюю отмывочно-сепарационную секцию рек­тификационной колонны 13. Здесь продукты кре­кинга разделяются. В нижней части колонны от па­ров отделяется увлеченная катализаторная пыль, кроме того, происходит конденсация тяжелой части паров (за счет подачи нижнего орошения насосом 15). Легкий и тяжелый газойли выводятся из соответст­вующих точек колонны 13 в отпарные колонны 19 и 19' затем насосами 18 и 22 прокачиваются через теплообменники 12 и аппараты воздушного охлаж­дения 20 и выводятся с установки. Часть тяжелого газойля подается в узел смешения с катализатором (на рециркуляцию). С низа колонны 13 насосом 17 смесь тяжелых углеводородов с катализаторной пы­лью откачивается в шламоотделитель 14. Шлам за­бирается с низа аппарата 14 насосом 16 и возвра­щается в реактор, а с верха шламоотделителя вы­водится ароматизированный тяжелый газойль (де­кантат).

Из колонны 13 сверху отводятся пары бензина, углеводородные газы и водяной пар; они поступают в аппарат воздушного охлаждения 20, газоводоот­делитель 21, где газ отделяется от конденсата бен­зина и воды. Бензин насосом 23 частично возвра­щается в колонну 13 в качестве острого орошения, а балансовое его количество направляется на стаби­лизацию (для отделения растворенных газов).

В период пуска установки воздух в регенератор подается через топку 4, в которой для его нагрева под давлением сжигается топливо. В теплообменниках 12 тепло отходящих потоков используется для нагрева исходного сырья, поступающего в сек­цию гидроочистки.

Бензин - при однократном крекинге сырья получается 35-50 % бензина с концом кипения до 200°С. Бензин каталитического крекинга обладает высоким октановым числом (74-78).

Газ - выход его составляет до 15-20 %, содержит большое количество изобутана, являясь, таким образом, ценным сырьем для установок сернокислотного алкилирования с целью получения алкилата.

Легкий газойль - фракция, выкипающая в пределах 200-350°С, богата ароматическими углеводородами, используемыми как компонент тракторного керосина или дизельного топлива.

Тяжелый газойль - фракция, выкипающая в пределах 350-450°С, направляется на повторный крекинг или используется как сырье термического крекинга, может также служить компонентом топочного мазута.

Кокс - отлагается на катализаторе, его количество 5-7% на сырье, удаляется с поверхности катализатора выжигом при 600 °С.