Вузол підготовки сировини

Вузол підготовки сировини

ЗАПИСКА ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ

по спеціальності:7.091601

«Хімічна технологія органічних речовин»

Тема:

ВУЗОЛ ПІДГОТОВКИ СИРОВИНИ

Одеса 2010

Зміст

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Хімічні реакції

1.2 Вплив технологічних параметрів на процес ізомеризації

1.2.1 Температура

1.2.2 Об'ємна швидкість

1.2.3 Тиск

1.2.4 Каталізатор

1.2.5 Каталітичні отрути й небажані вуглеводні

1.2.5.1 Сірчановміщуючи сполуки

1.2.5.2 Вода (оксигенвміщуючи сполуки)

1.2.5.3 Сполуки азоту

1.2.5.4 Сполуки фтору

1.2.6. Небажані вуглеводні

1.2.6.1 Олефини

2. Характеристика сировини, допоміжних матеріалів, продуктів виробництва

3. Опис технологічної схеми установки

3. 1 Вузол підготовки сировини

3.2 Вузол осушки ВСГ

4. Матеріальний баланс

5. Тепловий розрахунок

6. Технологічний розрахунок адсорбера блоку підготовки сировини, установки ізомеризації

7. Конструктивний розрахунок адсорбера блоку підготовки сировини установки ізомеризації

7.1.1 Розрахунок корпуса апарата на міцність

7.2.1.1 Визначення товщини оболонки корпуса

7.2.1.2 Визначення товщини стінки еліптичного днища

7.2.2 Розрахунок зміцнення отворів

7.2.2.1 Найбільший припустимий діаметр

7.2.3 Визначення тиску регенерації, пробного тиску й пускового тиску при мінусовій температури

7.2.4 Розрахунок кришки на штуцері вивантаження адсорбенту

7.2.5 Розрахунок температури зовнішньої стінки адсорберу

Висновоки

Список викорастаних джерел

Вступ

Бензин відіграє важливу роль у всіх галузях, і дивлячись на цей факт потрібно врахувати також те, що вимоги до нього, як до продукту, а також процесу його одержання, із часом, ростуть. Ми знаємо, що в нафті перебувають шкідливі домішки. Від цих домішок потрібно позбавлятися, наприклад, бензол, толуол, ксилоли, сірка. А в минулому октановим числом в основному підвищувалося за рахунок ароматичних вуглеводнів. Тому в цей час підвищення октанового числа бензину виробляється не в результаті збільшення в ньому бензолу, а безпосередньо ізомеризацією нормальних парафінів.

У промисловості установка ізомеризації входить до складу технологічного цеху №2 і призначена для переробки гідроочищеної бензинової фракції НК-850С с змістом сірки до 0,00005% мас. (0,5 ppm) шляхом ізомеризації з метою одержання компонента автобензина з октановим числом по дослідницькому методі 88 пунктів.

Проект установки виконаний ВАТ «ЛУКОЙЛ - Ростовнефтехимпроект», м. Ростову-на-Дону спільно ЗАТ «ПМП» м. Санкт-Петербург на основі процесу «ПЕНЕКС-ДИГ» фірми ЮОП. Установка уведена в експлуатацію в 2004 році.

Схемою передбачена переробка гідроочищеної бензинової фракції НК-850С с подачею її на блок попереднього очищення від сірчистих сполук і осушки від вологи, після чого фракція НК-850С подається на блок ізомеризації. Блок ізомеризації може експлуатуватися на всіх типах каталізаторів ізомеризації відомих у світовій практиці. У цей час блок ізомеризації експлуатується на суміші каталізаторів I-8+ і I-82 виробництва фірми ЮОП.

1. Літературний огляд

Процес ізомеризації парафінових вуглеводнів призначений для підвищення октанового числа пентан-гексанових фракцій бензинів википають до 850С. Процес ізомеризації дозволяє підвищити октанове число по дослідницькому методі (ОЧД) легкої бензинової фракції з 70 до 84 і за рахунок залучення бічного погона (метил пентани й n-гексан) колони деізогексанізатора (ДІГ) у сировину блоку ізомеризації вдається підвищити ОЧІ бензинової фракції до 88-89. Реакції ізомеризації протікають у середовищі гідрогенсодержащого газу на біфункциональних каталізаторах фірми UOP I-8 плюс і I-82. Для створення сприятливих умов протікання реакцій ізомеризації процес проводять у двох послідовно розташованих реакторах з відводом тепла на виході з першого реактора.

Сировиною блоку ізомеризації є гідро очищена бензинова фракція НК-850С. Фракція НК-850С являє собою суміш, що містить наступні групи органічних речовин: парафіни (50-70%мас.), ароматичні (5-15% мас.) і нафтенові вуглеводні (45-15% мас.). Такий кількісний хімічний склад фракції НК-850С спричиняється низькі октановим числом, які не перевищують 70 ОЧМ. У таблиці 9 наведені показники октанового числа вуглеводнів, отримані дослідницьким (д. м.) методом.

Процес ізомеризації, протікає в атмосфері водню, над стаціонарним шаром суміші каталізаторів I-8 плюс і I-82. Реакції протікають при таких робочих умовах, які промотирують реакції ізомеризації й зводять до мінімуму реакції гідрокрекінгу.

Каталізатор I-8 плюс являє собою циліндричні экструдати, а каталізатор I-82 являє собою трилобнєві экструдати, що містять нанесений на носій благородний метал і компонент, що забезпечує кислотність у каталітичному змісті. Така сполука каталізатора містить два види каталітично активних центрів.

- гідруючих центрів на платині;

- ізомеризуючих і кислотних центрів, що розщеплюють, на носії.

При проведенні процесу ізомеризації протікають наступні основні хімічні реакції:

-  ізомеризація парафінів;

-  розмикання кілець нафтенових вуглеводнів;

-  ізомеризація нафтенів;

- насичення бензолу;

- гідрокрекінг

Таблиця 1

Октанове число вуглеводнів

1.1 Хімічні реакції

Ізомеризація пентан-гексанових фракцій відбувається на біфункціональних каталізаторах I-8 плюс і I-82 фірми UOP у середовищі гідрогенвміщуючого газу. Реакції ізомеризації протікають на даних каталізаторах, як на металевих центрах, так і на кислотні. Механізм реакцій, що протікають на каталізаторі, може бути представлений наступною схемою:

Реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів, які протікають на установці, показані нижче.

Н-ГЕКСАН2 МЕТИЛПЕНТАН

Н-ГЕКСАН3 МЕТИЛПЕНТАН

Н-ГЕКСАН 2-2 ДИМЕТИЛБУТАН

Н-ГЕКСАН2-3 ДИМЕТИЛБУТАН

Н-ПЕНТАН ІЗОПЕНТАН

1.2 Вплив технологічних параметрів на процес ізомеризації

1.2.1 Температура

Температура на вході в реактор є головним регульованим технологічним параметром.

При збільшенні температури в реакторі з метою збільшення ступеня перетворення сировини в ізомерізат сполука продуктів наближається до рівноважного. При високих температурах концентрація ізопарафінов у продукті буде знижуватися через зсув униз рівноважної кривої, незважаючи на те, що при більше високій температурі реакції протікають із більше високою інтенсивністю.

Використання більше високих температур, чим це необхідно для доцільного ступеня наближення до рівноваги, приводить до збільшення інтенсивності реакцій гідрокрекінгу. Підвищення температур також приводить до збільшення швидкості відкладення коксу на каталізаторі; але схильність каталізатора до утворення коксу низка, так що звичайно до того, як виникають проблеми з утворенням коксу, збільшується гідрокрекінг вуглеводнів. Максимально припустима температура реакції в шарі каталізатора не повинна перевищувати 2040С.

На блоці ізомеризації працюють два послідовно підключених реактори. У головному реакторі протікає більша частина реакцій ізомеризації. У головному реакторі піддається гідруванню весь бензол, що втримується в сировину, навіть коли каталізатор втрачає свою активність відносно ізомеризації парафінових вуглеводнів. Відбувається також конверсія з розривом кілець деякої кількості циклогексану й метилциклопентану з утворенням гексаном, а також слабко протікають реакції гідрокрекінгу вуглеводнів C7 з утворенням вуглеводнів C3 і C4. Ці три реакції (гідрування бензолу, розрив кілець нафтенових вуглеводнів з утворенням гексанів і гідрокрекінг вуглеводнів C7) экзотермічні, і при переробці сировини вони вносять більший вклад у ріст температури в першому реакторі, чим реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів, які також экзотермічні. Сумарний тепловий ефект хімічних реакцій становить приблизно 6-8 кдж/моль і залежить від сполуки сировини.

Головний реактор повинен працювати при температурах, при яких забезпечують максимальне змісту ізопентану й 2,2 диметилбутану у вихідному з реактора потоці. Досяжні концентрації й необхідна температура на виході з реактора будуть залежати від наявної кількості активного каталізатора й від кількості циклічних вуглеводнів C6 і вуглеводнів C7 і більше важких, що втримуються в сировину; чим вище концентрація таких компонентів у сировину, тим більше високі температури потрібні. При використанні такої методики необхідна робоча температура в системі хвостового реактора знижується, і він працює при умовах, які більше сприяють досягненню рівноваги.

1.2.2 Об'ємна швидкість

Об'ємна швидкість це об'ємна витрата подаваного в реактор сировини, поділений на об'єм каталізатора, що перебуває в реакторах. Розрахункова об'ємна швидкість для експлуатації блоку ізомеризації при використанні як сировина вуглеводнів C5 і C6 становить 1,546 ч-1. Подальше збільшення об'ємної швидкості приведе до одержання продукту з меншим змістом вуглеводнів ізобудування. Тому збільшення об'ємної швидкості приводить до зниження октанового числа ізомерізату.

Об ємна швидкість повинна бути не менш 0,5 ч-1 для обох реакторів, тому що подальше її зниження приводить до збільшення швидкостей реакцій гідрокрекінгу.

1.2.3 Тиск

Процес ізомеризації вуглеводнів C5 і C6 протікає при надлишковому тиску на виході з реактора 3.16( МПа). При зниженні тиску метил циклопентан і циклогексан адсорбуються на каталізаторі й знижують швидкість протікання реакцій ізомеризації. Зі збільшенням тиску вплив циклічних сполук С6 знижується. Робота при більше низькому тиску не впливає на термін служби каталізатора, але знижує селективність реакцій ізомеризації.

1.2.4 Каталізатор

Для підтримки активності каталізатора необхідно додавати перхлорэтілен. Блок не повинен працювати довше шести годин без подачі перхлорэтілену. Щораз, коли спостерігається недолік перхлорэтілену, за інших рівних умов зміст вуглеводнів ізобудови в продукті буде знижуватися. При поновленні подачі перхлорэтілену відбувається відновлення активності каталізатора до її попереднього рівня, але можливо, що активність повністю не відновиться, якщо зниження активності каталізатора не є результатом припинення подачі перхлорэтілену. Як джерело активного хлору використається перхлорэтілен (C2Cl4) сорту «ХЧ».

1.2.5 Каталітичні отрути й небажані вуглеводні

При переробки сировини на блоці ізомеризації необхідно лімітувати зміст нижче перерахованих речовин. Ці речовини діляться на дві основні групи: каталітичні отрути й небажані. До каталітичних отрут ставляться речовини, які навіть у незначних концентраціях знижують каталітичну активність каталізатора. Дія каталітичних отрут може бути оборотне й необоротне.

1.2.5.1 Сірчановміщуючі сполуки

Присутність сірки в сировину в кількості перевищуючому 1ррм приводить до зниження активності каталізатора. Таке зниження активності тимчасове, і активність швидко відновлюється відразу ж після зниження концентрації сірки в сировину нижче 1 ррм. Після видалення сірки із сировини необхідне збільшення температури в реакторах для більше швидкого видалення сірки з каталізатора. При наявності сірки в сировину підвищення температури може допомогти частково компенсувати зниження активності каталізатора. Якщо й після підвищення температури в реакторах робота процесу йде незадовільно, то необхідно буде провести отдувку сірки з поверхні каталізатора за допомогою нагрітого гідрогенвміщуючого газу (ВСГ).

1.2.5.2 Вода (оксігенвміщуючі сполуки)

Деактивація каталізатора в результаті впливу таких сполук необоротна. Один кілограм кисню в будь-якій формі буде дезактивіровати 100 кг каталізатора. Оксігенвміщуючі сполуки вступають у хімічну реакцію з активним хлоридом на каталізаторі. Цей хлорид хімічно зв'язаний зі структурою окису алюмінію під час виробництва каталізатора. Вода вступає в хімічну реакцію з каталізатором і відщеплює HCl, хімічно зв'язується з окисом алюмінію з утворенням гідроокису алюмінію. Що приводить до дезактивації каталізатора. Максимальний припустимий зміст води становить 0,5 ррм.

1.2.5.3 Сполуки азоту

Сполуки азоту реагують із хлоридом у каталізаторі або з HCl з утворенням солей, які необоротно деактивують каталізатор: заблокувавши його активні центри. Це приводить до втрати хлоридів або порушенню розподілу потоку через відкладення солей. Максимальний припустимий зміст сполук азоту становить 0,1 ррм.

1.2.5.4 Сполуки фтору

Фтористі сполуки є отрутою, що отруює каталізатор гідрогенвміщуючого газу о. Один кілограм фтору буде деактивувати 100 кг каталізатора. Максимальний припустимий зміст фторидів становить 0,5 ррм.

1.2.6 Небажані вуглеводні

1.2.6.1 Олефіни

Блок ізомеризації може працювати зі змістом олефінів - до 2% мас. у сировину. Шкідливий вплив помітних кількостей олефінів пояснюється тим, що вони фізично обволікають каталізатор після їхньої полімеризації.

2. Характеристика сировини, допоміжних матеріалів ,продуктів виробництва

Таблиця 2.1