Кондрашева Н.К., Кондрашев Д.О. Технологические расчеты и теория процесса гидроочистки

Подождите немного. Документ загружается.

Ïîðîçíîñòü ñëîÿ e:

(58)

ãäå g

 íàñûïíàÿ ïëîòíîñòü êàòàëèçàòîðà, ðàâíàÿ 640 êã/ì

;

 êàæóùàÿñÿ ïëîòíîñòü êàòàëèçàòîðà, ðàâíàÿ 1210 êã/ì

Åñëè ñûðüå â ðåàêòîð ïîñòóïàåò ïîëíîñòüþ â ïàðîâîé ôàçå,

òî ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü ïîòîêà u, ì/ñ:

(59)

ãäå D

 äèàìåòð ðåàêòîðà, ì;

cì

 îáúåì ðåàêöèîííîé ñìåñè, âêëþ÷àþùèé îáúåì ñûðüÿ

è îáúåì öèðêóëèðóþùåãî ãàçà V

, ì

/÷.

Â ïðîöåññàõ ãèäðîî÷èñòêè äîïóñêàåìàÿ ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü

â çàâèñèìîñòè îò òèïà ðåàêòîðà íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îò 0,1

äî 0,6 ì/ñ [14].

Òàêèì îáðàçîì, îáúåì ðåàêöèîííîé ñìåñè V, ì

/÷:

ñì

= V

+ V

. (60)

Îáúåì ñûðüÿ V

, ì

/÷, ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå

(61)

ãäå G

 ðàñõîä ñûðüÿ â ðåàêòîð, êã/÷;

 êîýôôèöèåíò ñæèìàåìîñòè (ïðè T

ïð

= 0,845 è ð

ïð

= 0,98

êîýôôèöèåíò ñæèìàåìîñòè ñûðüÿ ðàâåí 0,25);

cð

 ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà â ðåàêòîðå,

Ñ.

 äàâëåíèå â ðåàêòîðå, ÌÏà;

 ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà ñûðüÿ.

Ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà â ðåàêòîðå t

âûõ

ðàññ÷èòûâàåòñÿ êàê ñðåä-

íåå àðèôìåòè÷åñêîå ìåæäó òåìïåðàòóðîé íà âõîäå â ðåàêòîð t

âõ

è íà âûõîäå èç ðåàêòîðà t

âûõ

(62)

/÷.

Îáúåì âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà (ñóììà ñâåæåãî è öèðêóëè-

ðóþùåãî) V

, ì

/÷, ðàññ÷èòûâàåòñÿ àíàëîãè÷íî

(63)

ãäå G

 ðàñõîä âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà â ðåàêòîð, êã/÷;

 êîýôôèöèåíò ñæèìàåìîñòè ãàçà;

cð

 ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà â ðåàêòîðå,

Ñ.

 äàâëåíèå â ðåàêòîðå, ÌÏà;

 ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà ãàçà.

Ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà, ïîñòóïàþùå-

ãî â ðåàêòîð, îòëè÷àåòñÿ îò ìîëåêóëÿðíîé ìàññû ñâåæåãî è öèðêó-

ëèðóþùåãî ãàçîâ è ðàññ÷èòûâàåòñÿ èñõîäÿ èç äàííûõ ìàòåðèàëü-

íîãî áàëàíñà ðåàêòîðà

(64)

(65)

ãäå Ì

 ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà i-ãî êîìïîíåíòà âîäîðîäñîäåð-

æàùåãî ãàçà;

y¢

, y

 ìîëüíàÿ è ìàññîâàÿ äîëè i-ãî êîìïîíåíòà âîäîðîä-

ñîäåðæàùåãî ãàçà, ïîñòóïàþùåãî â ðåàêòîð, ñîîò-

âåòñòâåííî.

Â òàáëèöå 9 ïðèâåäåíû äàííûå äëÿ ðàñ÷åòà ìîëåêóëÿðíîé

ìàññû ñìåñè ñâåæåãî è öèðêóëèðóþùåãî âîäîðîäñîäåðæàùåãî

ãàçà.

Îáúåì öèðêóëèðóþùåãî ãàçà ñîñòàâèò

Îáúåì ðåàêöèîííîé ñìåñè ñîñòàâèò

/÷.

Äèíàìè÷åñêàÿ âÿçêîñòü ñìåñè m, Ïà

ñ, ìîæåò áûòü îïðåäå-

ëåíà ïî óðàâíåíèþ Ôðîñòà

(66)

Ñâåæèé ÂÑÃ % ìàñ. 29,4 19,4 26,0 15,2 10,0

(ðàñõîä 3627 êã/÷) êã/÷ 1066,3 703,6 943,0 551,3 362,7

ÖÂÑÃ % ìàñ. 19,2 42,7 20,1 10,3 7,7

(ðàñõîä 39118 êã/÷) êã/÷ 7510,7 16703,4 7862,7 4029,2 3012,1

Ñìåñü êã/÷ 8577,0 17407,0 8805,7 4580,5 3374,8

(ðàñõîä 3627

39118

= % ìàñ. 20,1 40,7 20,6 10,7 7,9

= 42745 êã/÷)

Òàáëèöà 9  Ðàñ÷åò ìîëåêóëÿðíîé ìàññû ñìåñè (ñâåæåãî

è öèðêóëèðóþùåãî) âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà

Ñîñòàâ ãàçà

ÑÍ

Åä. èçì.

ãäå M

cð

 ñðåäíÿÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà ñìåñè ñûðüÿ è âîäîðîä-

ñîäåðæàùåãî ãàçà

(67)

Ñðåäíèé äèàìåòð ÷àñòèö êàòàëèçàòîðà d = 4

3

ì.

Ïëîòíîñòü ðåàêöèîííîé ñìåñè â óñëîâèÿõ ïðîöåññà ðàâíà

(68)

Òàêèì îáðàçîì,

êãñ/ì

= 0,098 ÌÏà.

Òàêèì îáðàçîì, ïîòåðÿ íàïîðà êàòàëèçàòîðà íå ïðåâûøàåò

ïðåäåëüíî äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé 0,20,3 ÌÏà. Ïîýòîìó ê ïðî-

åêòèðîâàíèþ ïðèíèìàþò ðåàêòîð öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû

ñ âûñîòîé è äèàìåòðîì ðåàêöèîííîé çîíû 4,4 è 2,2 ì ñîîòâåò-

ñòâåííî.

Â õîäå ýêñïëóàòàöèè àêòèâíîñòü êàòàëèçàòîðà ãèäðîî÷èñòêè

ñíèæàåòñÿ â ðåçóëüòàòå òàêèõ ïðè÷èí, êàê:

1) îòëîæåíèå íà ïîâåðõíîñòè êàòàëèçàòîðà òÿæåëûõ ìåòàë-

ëîâ (Fe, V, Ni);

2) ïîñòåïåííàÿ ðåêðèñòàëëèçàöèÿ àêòèâíûõ êîìïîíåíòîâ êà-

òàëèçàòîðà (Mo, Co, Ni), ò. å. ñíèæåíèå èõ ïîâåðõíîñòè, äîñòóïíîé

äëÿ ðåàãèðóþùèõ ìîëåêóë ñûðüÿ;

3) óìåíüøåíèå ïîâåðõíîñòè îêñèäà àëþìèíèÿ, ÿâëÿþùåãîñÿ

íîñèòåëåì;

4) îòëîæåíèå íà ïîâåðõíîñòè êàòàëèçàòîðà êîêñà, ýêðàíèðó-

þùåãî àêòèâíûå öåíòðû êàòàëèçàòîðà.

Ïðè îêèñëèòåëüíîé ðåãåíåðàöèè ñ ïîâåðõíîñòè êàòàëèçàòîðà

óäàëÿþòñÿ îòëîæåíèÿ êîêñà è àêòèâíîñòü êàòàëèçàòîðà ÷àñòè÷íî

âîññòàíàâëèâàåòñÿ, ò. å. äåçàêòèâàöèÿ êàòàëèçàòîðà êîêñîì ÿâëÿ-

åòñÿ îáðàòèìîé. Îäíàêî íå óäàëÿþòñÿ òÿæåëûå ìåòàëëû (Fe, V,

Ni), íå âîññòàíàâëèâàåòñÿ äèñïåðñíîñòü àêòèâíûõ êîìïîíåíòîâ

êàòàëèçàòîðà è ïîâåðõíîñòü íîñèòåëÿ. Äåçàêòèâàöèÿ êàòàëèçàòîðà

ïî óêàçàííûì ïðè÷èíàì ÿâëÿåòñÿ íåîáðàòèìîé, íåïðåðûâíî íàðà-

ñòàåò ïðè ýêñïëóàòàöèè êàòàëèçàòîðà, è ÷åðåç 35 ëåò ðåçóëüòàòû

ïðîöåññà ðåçêî óõóäøàþòñÿ. Çàìåíà êàòàëèçàòîðà ïðè ýòîì íåîá-

õîäèìà.

Íèæå äàíû ìåòîäèêà è ïðèìåð ðàñ÷åòà îêèñëèòåëüíîé ðåãå-

íåðàöèè êàòàëèçàòîðà ãèäðîî÷èñòêè [7].

Èñõîäíûå äàííûå:

1 Êîëè÷åñòâî îòëîæåíèé íà êàòàëèçàòîðå 8,5 % ìàñ.

Ñîñòàâ îòëîæåíèé, % ìàñ.: Ñ  81; S  10; Í

 9; îòëîæåíèÿ

ñãîðàþò ïîëíîñòüþ ñ îáðàçîâàíèåì ÑÎ

, SO

è Í

Î ñîîòâåò-

ñòâåííî.

2 Ïðåäåëüíî äîïóñòèìàÿ òåìïåðàòóðà ðàçîãðåâà êàòàëèçàòîðà

ïðè ðåãåíåðàöèè ñîñòàâëÿåò 570 °Ñ.

3 Îñòàòî÷íîå ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà â ãàçå ðåãåíåðàöèè

ïîñëå ðåàêòîðîâ 0,5 % ìàñ.

Íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü ðàñõîä è ñîñòàâ ãàçà ðåãåíåðàöèè

äëÿ ïîëíîãî óäàëåíèÿ îòëîæåíèé áåç ïåðåãðåâà êàòàëèçàòîðà,

à òàêæå ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðåãåíåðàöèè.

Ðàñ÷åò.

Êîëè÷åñòâî êèñëîðîäà, òåîðåòè÷åñêè íåîáõîäèìîå äëÿ ïîë-

íîãî ñæèãàíèÿ 1 êã îòëîæåíèé, ðàâíî:

äî ÑO

0,81

32/12 = 2,16 êã,

äî SO

0,10

32/32 = 0,10 êã,

äî Í

Î 0,09

16/2 = 0,72 êã.

Èòîãî òåîðåòè÷åñêàÿ ïîòðåáíîñòü êèñëîðîäà ñîñòàâëÿåò

2,98 êã íà 1 êã îòëîæåíèé.

Êîëè÷åñòâî ãàçà ðåãåíåðàöèè äëÿ âûæèãà 1 êã îòëîæåíèé

(69)

ãäå x

 ìàññîâàÿ äîëÿ êèñëîðîäà â èñõîäíîì ãàçå ðåãåíåðàöèè;

0,005  ìàññîâàÿ äîëÿ êèñëîðîäà â ãàçå ïîñëå ðåãåíåðàöèè.

Èñêîìûå çíà÷åíèÿ G

ã.ð

è x

íàõîäÿò èç òåïëîâîãî áàëàíñà

ðåãåíåðàöèè

Åñëè ïðåíåáðå÷ü ïîòåðÿìè òåïëà â îêðóæàþùóþ ñðåäó, òåï-

ëîâîé áàëàíñ ðåãåíåðàöèè 1 êã îòëîæåíèé çàïèøåòñÿ â âèäå

(70)

ãäå t

, t  òåìïåðàòóðà ãàçà íà âõîäå è âûõîäå èç ðå-

àêòîðà, °Ñ;



 ñðåäíÿÿ òåïëîåìêîñòü ãàçà ðåãåíåðàöèè,

êÄæ/(êã

Ê) (ìîæíî ïðèíÿòü ðàâíîé òåïëî-

åìêîñòè àçîòà 1,025 êÄæ/(êã

Ê));

ã.ð

îòë

 ìàññà ãàçà íà âõîäå è âûõîäå èç ðåàêòîðà, êã

ã.ð

+ G

îòë

WÇ

(ïîñêîëüêó òåïëîâîé áàëàíñ ñîñòàâëÿåòñÿ

íà 1 êã îòëîæåíèé, òî G

îòë

= 1);

 òåïëîâîé ýôôåêò ðåàêöèè ñãîðàíèÿ îòëî-

æåíèé, êÄæ/êã.

Â óðàâíåíèè òåïëîâîãî áàëàíñà âåëè÷èíîé G

îòë

ìîæíî ïðå-

íåáðå÷ü, òàê êàê ýòà âåëè÷èíà îáû÷íî íà äâà ïîðÿäêà ìåíüøå G

ã.ð.

Òîãäà ìîæíî çàïèñàòü

(71)

Âåëè÷èíó q

âû÷èñëÿþò ïî ôîðìóëå Ìåíäåëååâà

êÄæ/êã. (72)

Ïðèíèìàþò ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìóþ òåìïåðàòóðó íà âû-

õîäå èç ðåàêòîðà t = 570

Ñ, íà âõîäå â ðåàêòîð t

= 450

(ïî ïðàêòè÷åñêèì äàííûì ïðè ìåíüøèõ òåìïåðàòóðàõ ðåçêî ñíè-

æàåòñÿ ñêîðîñòü ãîðåíèÿ è óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðå-

ãåíåðàöèè). Ïðè ýòîì

(73)

Êîíöåíòðàöèÿ êèñëîðîäà â èíåðòíîì ãàçå ðàâíà

Òàêèì îáðàçîì, êîíöåíòðàöèÿ êèñëîðîäà â èíåðòíîì ãàçå äîë-

æíà áûòü îêîëî 1,5 % (ìàñ.); îñòàëüíûå êîìïîíåíòû:

» 8286 % (ìàñ.),

ÑÎ

» 710 % (ìàñ.),

» 24 % (ìàñ.).

Îáùèé îáúåì ãàçà, ïîäàâàåìîãî íà ðåãåíåðàöèþ, ïðèâåäåí-

íûé ê íîðìàëüíûì óñëîâèÿì V

ã.ð

, âû÷èñëÿþò ïî ôîðìóëå

(74)

ãäå V

, r

 îáúåì êàòàëèçàòîðà â ðåàêòîðå (ì

) è åãî íàñûïíàÿ

ïëîòíîñòü (êã/ì

);

0,085  êîëè÷åñòâî îòëîæåíèé â äîëÿõ îò ìàññû êàòàëè-

çàòîðà;

ã.ð

 ðàñõîä ãàçîâ ðåãåíåðàöèè, êã/êã;

ã.ð

 ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà ãàçîâ ðåãåíåðàöèè.

Òàêèì îáðàçîì,

Ãàç íà ðåãåíåðàöèþ ïîäàåòñÿ â ðåàêòîð öèðêóëÿöèîííûìè

êîìïðåññîðàìè ïðîöåññà ãèäðîî÷èñòêè. Òðåáóåìàÿ ìîùíîñòü öèð-

êóëÿöèîííûõ êîìïðåññîðîâ ñîñòàâëÿåò

(75)

Åñëè êèíåòè÷åñêèå ôàêòîðû íå ëèìèòèðóþò ïðîöåññ ðåãåíå-

ðàöèè, ìèíèìàëüíàÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðåãåíåðàöèè ñîñòàâèò

(76)

Ýòó ìåòîäèêó ìîæíî èñïîëüçîâàòü òàêæå äëÿ ðàñ÷åòà ðåàê-

òîðîâ áîëüøèíñòâà êðóïíîòîííàæíûõ ïðîöåññîâ íåôòåïåðåðà-

áîòêè  êàòàëèòè÷åñêîãî ðèôîðìèíãà, èçîìåðèçàöèè, ãèäðîêðå-

êèíãà, ïîëèìåðèçàöèè  ïðè íàëè÷èè ñîîòâåòñòâóþùèõ òåðìîäè-

íàìè÷åñêèõ è êèíåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê.

Äëÿ âûäåëåíèÿ âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà èç ãàçîïðîäóêòîâîé

ñìåñè ïðèìåíÿþòñÿ äâà ñïîñîáà ñåïàðàöèè: õîëîäíûé (íèçêîòåì-

ïåðàòóðíûé) è ãîðÿ÷èé (âûñîêîòåìïåðàòóðíûé) [2, 9].

Ñõåìà íèçêîòåìïåðàòóðíîé ñåïàðàöèè ïðèìåíÿåòñÿ íà óñòà-

íîâêàõ ãèäðîî÷èñòêè áåíçèíîâûõ, êåðîñèíîâûõ è äèçåëüíûõ

ôðàêöèé.

Áëîê õîëîäíîé ñåïàðàöèè ïðèâåäåí íà ðèñóíêå 7. Ãàçîïðîäóê-

òîâàÿ ñìåñü, âûõîäÿùàÿ èç ðåàêòîðà, îõëàæäàåòñÿ â õîëîäèëüíèêå

Õ-1, ïîñëå ÷åãî ïîñòóïàåò â íèçêîòåìïåðàòóðíûé ñåïàðàòîð âûñî-

êîãî äàâëåíèÿ Ñ-1 (äàâëåíèå â ñåïàðàòîðå íèæå äàâëåíèÿ

â ðåàêòîðå íà âåëè÷èíó ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òðóáî-

ïðîâîäà è õîëîäèëüíèêà Õ-1). Â ñåïàðàòîðå Ñ-1 ïðè íèçêîé òåìïå-

ðàòóðå (4050

Ñ) âûäåëÿåòñÿ âîäîðîäñîäåðæàùèé ãàç, êîòîðûé

îòïðàâëÿåòñÿ íà î÷èñòêó îò ñåðîâîäîðîäà â áëîê ìîíîýòàíîëàìè-

íîâîé î÷èñòêè. Æèäêàÿ ôàçà èç ñåïàðàòîðà Ñ-1 ïîñòóïàåò â ñåïàðà-

òîð íèçêîãî äàâëåíèÿ Ñ-2, ãäå ïðîèñõîäèò âûäåëåíèå óãëåâîäî-

ðîäíîãî ãàçà èç ãèäðîãåíèçàòà.

Ñõåìà ãîðÿ÷åé ñåïàðàöèè ïðèìåíÿåòñÿ íà óñòàíîâêàõ âûñîêî-

êèïÿùèõ ôðàêöèé íåôòè: äèçåëüíûõ òîïëèâ, âàêóóìíûõ ãàçîéëåé,

ìàñëÿíûõ äèñòèëëÿòîâ è ïàðàôèíîâ. Íà ðèñóíêå 8 ïðåäñòàâëåí

âàðèàíò âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ñåïàðàöèè. Ãàçîïðîäóêòîâàÿ ñìåñü

îõëàæäàåòñÿ äî òåìïåðàòóðû 200300

Ñ â õîëîäèëüíèêå Õ-1,

à çàòåì â ñåïàðàòîðå Ñ-1 ïðîèñõîäèò îòäåëåíèå âîäîðîäñîäåðæà-

ùåãî è óãëåâîäîðîäíûõ ãàçîâ îò ãèäðîãåíèçàòà. Ïàðîâàÿ ôàçà

èç âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ñåïàðàòîðà Ñ-1 îõëàæäàåòñÿ â õîëîäèëü-

íèêå Õ-2 äî òåìïåðàòóðû 4050

Ñ, çàòåì â íèçêîòåìïåðàòóðíîì

ñåïàðàòîðå âûäåëÿåòñÿ âîäîðîäñîäåðæàùèé ãàç, êîòîðûé íàïðàâ-

ëÿåòñÿ â áëîê ìîíîýòàíîëàìèíîâîé î÷èñòêè îò ñåðîâîäîðîäà.

Ðàñ÷åò ñåïàðàòîðà ñâîäèòñÿ ê ðàñ÷åòó îäíîêðàòíîãî èñïàðå-

íèÿ ñìåñè, ïîñòóïàþùåé â ñåïàðàòîð, è îïðåäåëåíèÿ ñîñòàâà æèä-

êîé è ïàðîâîé ôàç.

Îäíîêðàòíîå èñïàðåíèå ðàññ÷èòûâàåòñÿ èç óñëîâèÿ [7, 11, 16]

¦¦

(77)

Ðèñóíîê 7  Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ðåàêòîðíîãî áëîêà è óçëà íèçêîòåìïåðàòóðíîé ñåïàðàöèè óñòàíîâêè

ãèäðîî÷èñòêè:

Ï-1  ïå÷ü; Ð-1  ðåàêòîð; Õ-1  õîëîäèëüíèê; Ñ-1  ñåïàðàòîð âûñîêîãî äàâëåíèÿ; Ñ-2  ñåïàðàòîð íèçêîãî

äàâëåíèÿ; I  ñåêöèÿ ìîíîýòàíîëàìèíîâîé î÷èñòêè âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà

Cûðüå

Ï-1

Ð-1

Õ-1

ÂÑÃ

Ñ-1

Îòäóâ

Ñâåæèé ÂÑÃ

Óãëåâîäîðîäíûé ãàç

Ñ-2

Ãèäðîãåíèçàò

ÏÊ-1