Розрахунок реактора першої ступені каталітичного реформінгу

Зміст

Вступ

1. Призначення установки, суть і хімізм процессу каталітичного

реформінгу  ………………………………………………………………………6

2   Характеристика  серовини одержаних продуктів  і каталізатора..................7

3.  Опис  технологічної схеми установки  каталітичного реформінгу..............11

4. Будова і робота реактора, його технікна характеристика……….…..........13
5. Параметри контролю і регулювання на установці каталітичного реформінгу……………………………………………………………...……14
6. Технологічний розрахунок реактора першої ступені………………...…...18

Висновоки

Список  посилань на літературні джерелa

Додаток А

Додаток Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Важлива роль в народному господарстві належить нафтовидобувній і нафтопереробній  промисловостям. Вони пов’язані між  собою. Завершальним етапом є переробка  нафти і отримання необхідних народному господарству палив, мастил та інших видів продукції.

Нафтопереробна  промисловість має ряд особливостей. Головною є – неперервність і  застосування апаратурних технологічних  процесів. Переробка нафти і отримання  готової продукції здійснюється в апаратах і ємкостях без впливу людини на предмет праці, що є передумовою  повної автоматизації основних виробничих процесів.

На нафтохімічних  заводах установки виробляють, як правило, не готову продукцію, а напівфабрикати, з яких потім отримують готову продукцію. В багатьох випадках готову продукцію отримують змішуванням  компонентів. У зв’язку з своєрідним технологічним процесом на нафтопереробних  заводах, з’являється необхідність розробки економіко-математичних методів  рішення ряду виробничо-господарських  задач, обумовлення оптимальної  виробничої програми нафтопереробного заводу.

Основними задачами нафтопереробної промисловості  є найбільш повне задоволення  потреб народного господарства і  забезпечення сировиною суміжні  виробництва.

Ріст  переробки нафти в Україні  призвів до того, що попит на нафтопродукти  став повністю задовольнятися за рахунок власного виробництва [8].

 

 

 

 

 

1 Призначення установки, суть і хімізм процесу каталітичного реформінгу

Процес  каталітичного реформінгу служить  для підвищення детонаційної  стійкості (октанового числа) бензинів і одержання  індивідуальних ароматичних вуглеводнів, головним чином, бензолу, толуолу і  ксилолів.

Суть  процесу каталітичного реформінгу  полягає в тому, що сировина змішується з  водневмісним газом, нагрівається до температури біля 500^оС і у вигляді парів проходить через шар каталізатора. Під впливом температури і каталізатора відбувається зміна хімічної структури молекул сировини.

Процес  каталітичного реформінгу включає  три основні типи реакцій перетворення вуглеводнів: ароматизацію, ізомеризацію і гідрокрекінг. Найбільш важливими є реакції, які призводять до утворення ароматичних вуглеводнів. До них відносяться реакції дегідрування шестичленних нафтенових вуглеводнів і дегідроциклізація парафінових вуглеводнів:

                                                                     (1.1)

                                             (1.2)

В той  час, коли реакція (1.1) протікає з найбільшою швидкістю, то реакція (1.2) – з найменшою. Парафінові вуглеводні нормальної будови в умовах  каталітичного реформінгу можуть також вступати в реакцію ізомеризації:    СН₃ – (СН₂)₃ – СН₃ СН₃ – СН – СН₂ –СН₃                         (1.3)          

                                                                              І                                                     

                                                                           СН₃                                                                                

                          н – пентан                            ізопентан

 

П’ятичленні нафтени, що містяться у сировині, безпосередньо не дегідруються, але  в присутності каталізаторів  риформінгу. Вони ізомеризуються з утворенням відповідних шестичленних нафтенів, які вже здатні до дегідрування:

 

                                                         (1.4)          

Високі  температури процесу викликають реакції крекінгу. Утворені осколки молекул можуть насичуватися воднем або вступати в реакції ущільнення. Насичення осколків молекул воднем називається гідрокрекінгом. Він призводить до утворення вуглеводневих газів і може бути представлений у вигляді наступної реакції:

С₈Н₁₈    +   Н₂     С₃Н₈     +  С₅Н₁₂                                                             (1.5)                           

октан                  пропан      пентан

Це небажана реакція процесу каталітичного  реформінгу, оскільки в результаті її протікання зменшується вихід  цільового продукту – високооктанового бензину. Реакції ущільнення призводять до утворення коксу на поверхні каталізатора і його дезактивації, тому теж є небажаними в процесі. Щоб запобігти цьому реформінг проводять в атмосфері водню і при високому тиску [1].

 

 

 

 

 

 

2 Характеристика серовини одержаних продуктів і каталізатора

2.1 Сировина і одержувані продукти

Сировиною каталітичного реформінгу є бензинові фракції з початком кипіння 60°С і вище та кінцем кипіння не вище 180°С. Фракція п.к-60 °С не містить вуглеводнів, здатних утворювати арени, тому це баластна фракція. Використання сировини з температурою кінця кипіння, вищою за 180 °С викликає інтенсивне закоксовування каталізатора і зменшення тривалості міжрегенераційного періоду в роботі установки реформінгу. Для одержання високооктанового компонента бензину найчастіше використовують широку бензинову фракцію 85-180°С, а для одержання індивідуальних ароматичних вуглеводнів: бензолу - фракцію 62-85°С, толуолу - фракцію 85-105°С, ксилолів та етилбензолу - фракцію 105-140°С. Основною вимогою до сировини каталітичного риформінгу є мінімальна кількість сірки (до 0,0001 % мас.). Тому сировину перед риформуванням направляють на попередню гідроочистку для очищення від гетероагомних сполук.

Продуктами установки каталітичного реформінгу є водневмісний газ, вуглеводневі гази, головка стабілізації та рідка фракція - каталізат (реформат). У результаті попереднього гідроочищення сировини одержують також сірководень в невеликій кількості.

Характеристика  сировини і одержаних продуктів  наведена в табл. 2.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 2.1- Каталітичний реформінг бензинових фракцій

Показники	Сировина
	парафінова		нафтенова
Характеристика сировини Межі відбору, % мас.: Вміст вуглеводнів % масс: ароматичні нафтенові парафінові Вміст сірки, % Октанове число Вихід стабільного бензину  з ок тановим числом 80 (за моторним методом), % мас.   Характеристика бензину Густина, Фракційний склад, : п. к. 10% 50% к. к. Вуглеводневий склад, % мас.: ароматичні нафтенові парафінові	85 – 180   12.0 24.0 64.0 0.01 43   83       0.766   57 89 119 191   50.3 1.4 48.3	105 – 180   15.0 22.2 62.8 0.01 39   86.3       0.773   56 96 137 190   52.0 1.6 46.4	120 – 180   13.9 20.8 65.3 0.01 -   86.3       0.774   59 100 142 195   52.6 1.8 45.6	85 – 180   15.9 44.0 40.1 0.02 47   91.0       0.796   63 100 138 190   58.2 1.0 41.8

 

Каталізат реформінгу - це бензинова фракція з октановим числом 85 і вище за моторним методом. Він містить 50 - 70 % мас. ароматичних, біля 30 % мас. парафінових, 10 - 15 % мас. нафтенових та 1 - 2 % мас. ненасичених вуглеводнів. Каталізат використовують як базовий високооктановий компонент бензину. При виробництві індивідуальних ароматичних вуглеводнів (ароматичний риформінг) їх виділяють з каталізату шляхом екстракції.

Вуглеводневі  гази та головка стабілізації містять  насичені вуглеводні С|-С₄. їх направляють на розділення, а одержані продукти використовують за схемою переробки нафтозаводських газів.

Основний  компонент водневмісного газу (ВВГ) - водень, що виділяється в результаті цільових реакцій реформінгу (дегідрування шестичленних нафтенів, дегідроциклізації парафінів). Його вміст у водневмісному газі може досягати 90 % об. і більше. ВВГ частково використовують для поповнення втрат циркулюючого водневмісного газу, а основну його частину направляють на установки гідроочищення та гідрокрекінгу нафтопродуктів.

Сірководень, що в невеликій кількості одержується на блоці попереднього гідроочищення сировини, використовують як сировину для виробництва сірки.

Промисловий процес каталітичного реформінгу здійснюють в середовищі водневмісного газу (70...90 % об. Н₂) при таких умовах: температура -520°С, тиск - 1,5...4,0 МПа, об’ємна швидкість подачі сировини - 1...2 год'¹, відношення кількості циркулюючого водневмісного газу до кількості сировини (кратність циркуляції ВВГ) — 1300... 1800 м³/м.

Якість  сировини відіграє велику роль в процесі  каталітичного риформінгу. З точки  зору групового вуглеводневого складу доброю є сировина з високим вмістом  циклоалканових (нафтенових) вуглеводнів. Чим більше у сировині риформінгу циклоалканів та аренів, тим вищий  вихід каталізату. Щодо фракційного  складу, то оптимальними є бензинові  фракції 85-180°С або 105-180°С. Чим вищою  є температура початку кипіння, тим нижчою може бути температура процесу риформінгу [2].

2.2 Каталізатори

Промислові  процеси каталітичного реформінгу проводять на біфункціональних каталізаторах, що складаються з активного носія  , який має кислотні функції та нанесених на нього одного чи декількох активних елементів ( тощо) з гідруючо-дегідруючими властивостями. Активність носія підсилюють шляхом підведення до його поверхні галогеновмісних сполук ( ). Вміст гідруючих компонентів на поверхні носія складає 0,50,8 % мас.

Існує три  типи  каталізаторів реформінгу: моно-, бі- і поліметалеві. Першим промисловим каталізатором реформінгу був алюмоплатиновий, від чого і одержав назву процес – платформінг. Платинові каталізатори містили 0,50 - 65% мас. платини, нанесеної на оксид алюмінію. Каталізатори цієї серії (АП-56, АП-64) достатньо ефективні в процесі реформінгу, але нестійкі до дії гетероорганічних сполук і дуже дорогі.

Біметалеві  каталізатори реформінгу містять уже  два активні елементи. Найчастіше це платина і реній. Платино-ренієві каталізатори містять до 0,4%мас. платини та 0,4 - 0,6%мас. ренію. Промисловий процес на каталізаторах цього типу називають реніформінгом. Порівняно з платиновими каталізаторами платино-ренієві (КР-101,КР-102, КР-104) мають більшу активність і стабільність та меншу вартість.

Каталізаторами  нового покоління є поліметалеві, які містять три і більше металів ( ). Ці каталізатори (КР-108, КР-110) мають найвищу активність та стабільність (на протязі 67років). Крім цього, перехід від моно-  до бі – і поліметалевих каталізаторів дозволив дещо знизити температуру та суттєво зменшити тиск цього процесу, що призвело до зменшення енергетичних затрат на експлуатацію промислових установок каталітичного реформінгу. Склад платинових каталізаторів новедено в табл. 2.2.

Таблиця 2.2 - Склад платинових каталізаторів реформінгу

Номер зразка	Носій		Вміст платини, мас. %	Інші компоненти
	Склад	Подільні поверхні		Склад	Вміст платини, мас. %
1 2 3 4 5	Алюмосилікат Оксид алюмінію Те ж саме ”  - ”   -	100 410 220 - 120	0,55 0,58 Близько 0,6 0,7 0,58	Окись ал. Хлор Немає Галоід Фтор Хлор	13 0,67 - 0,9 0,36 0,58

Регенерацію каталізаторів реформінгу здійснюють випалюванням коксу з наступним  окислювальним хлоруванням каталізатора [1].

 

3 Опис технологічної схеми установки каталітичного реформінгу

Технологічна  схема установки каталітичного  реформінгу наведена в додатку А.

Гідроочищена  сировина змішується з водневмісним газом і насосом Н-1 прокачується через теплообмінник Т-1, де підігрівається до температури 210 °С. Дальше сировинно-воднева  суміш проходить через змієвики вертикальної труб-чатої печі П-1, де підігрівається до температури 480-530 °С. З цією температурою водневосировинна суміш поступає на першу ступінь  реформінгу в реактор Р-1. Так як процес реформінгу протікає з поглинанням  теплоти, то суміш підігрівається після  кожного реактора. Кількість реакторів  залежить від вмісту нафтенових вуглеводнів  у сировині і складає від 3-6. З  останнього реактора Р-3 газоподібні  продукти процесу направляються  спочатку в теплообмінник Т-1, а  пізніше холодильник Х-1, де охолоджується  до температури 35 °С. Дальше продукти направляються  в сепаратор високого тиску С-1 (р = 1,6-1,8 МПа) для відокремлення циркуляційного водневмісного газу. Виділений водневмісний газ осушується за допомогою цеоліта в адсорбері А-1, стискується компресором КМ-1 до тиску 3 МПа і повертається в процес, а надлишок його направляється на установку гідроочищення.