Глава 5 Расчет реакционных устройств каталитических процессов (стр. 2 )

где - объемный расход паров продуктов крекинга и водяных паров, м3/с; v – линейная скорость движения паров над кипящим слоем катализатора, м/с.

Объемный расход паров определяется по формуле (3.11), линейная скорость движения паров обычно равна 0,4-0,7 м/с. Зная площадь поперечного сечения, легко найти его диаметр. Диаметр реактора можно также определить непосредственно по формуле (3.13).

4.  Находят высоту кипящего слоя катализатора (hк. с, м) по формуле

и общую высоту реактора

H=hк. с.+hо. з.,

где hо. з – высота отстойной зоны, hо. з=4,5-5 м.

5.  Определяют продолжительность пребывания частиц катализатора в реакторе (tк, с) по формуле tк=3600/Кцw.

Площадь поперечного сечения отпарной секции реактора и ее высоту рассчитывают исходя из объема водяного пара, скорости его движения, а также объема катализатора, находящегося в отпарной секции.

Геометрические размеры регенератора определяются таким же образом как и реактора.

Пример 5.2. В реактор каталитического крекинга поступает 106 000 кг/ч вакуумного газойля (). Объемный расход паров, проходящих через реактор, 16,2 м3/с, их скорость 0,6 м/с. Объемная скорость подачи сырья – 1,4 ч-1. Насыпная плотность катализатора равна 680 кг/м3, плотность кипящего слоя 450 кг/м3. Определить диаметр и высоту реактора, приняв высоту отстойной зоны 5 м.

Решение. Объем катализатора в реакторе определим по формуле (5.6):

.

Объем кипящего слоя

.

Площадь поперечного сечения найдем по формуле (5.7):

.

Отсюда диаметр реактора

.

Высоту кипящего слоя катализатора определим по формуле (5.8):

.

Общая высота реактора

Н=4,9+5=9,9м.

задачи

5.1  Определить выход бензина каталитического крекинга вакуумного газойля при 470°С, если общая глубина превращения сырья составляет 81%.

5.2  Каталитический крекинг протекает при температуре 510°С, общая глубина превращения сырья равна 0,84. Найти выходы легкого каталитического газойля и кокса.

5.3  Температура в реакторе каталитического крекинга равна 490°С. В этих условиях 68% сырья превращается в продукты. Подсчитать выход газа.

5.4  Каким будет выход бензина, если глубина превращения нефтяного сырья в процессе каталитического крекинга равна 0,73 при 475°С?

5.5  Определить количество теплоты, вносимой в реактор катализатором за 1 ч, если его расход равен 118,05 кг/с, температура 510°С и остаточное содержание кокса 0,1%.

5.6  Процесс крекинга проводят на цеолитсодержащем катализаторе, глубина превращения при этом составляет 0,8. Рассчитать тепловой эффект процесса (на 1 кг сырья).

5.7  На установке каталитического крекинга перерабатывается 19,58 кг/с вакуумного газойля. Процесс осуществляется на алюмосиликатном катализаторе, который обеспечивает глубину превращения сырья 68 %. Определить часовой тепловой эффект процесса, если известно, что удельное количество теплоты, выделяемой в результате реакции на алюмосиликатном катализаторе, на 93 кДж/кг выше, чем на цеолитсодержащем.

5.8  Найти теплоту сгорания 1 кг кокса при регенерации катализатора. Элементарный состав кокса (в массовых процентах): С – 92,5; Н – 7,0; S – 0,5. Оксид углерода в продуктах сгорания отсутствует Тепловые эффекты реакций окисления принять: ; ; .

5.9  В реактор каталитического крекинга поступает 78 150 кг/ч сырья. Кратность циркуляции катализатора равна 7,6. Найти массовый расход циркулирующего катализатора.

5.10  Рассчитать объем кипящего слоя катализатора в реакторе, в который поступает 54 300 кг/ч широкой масляной фракции (). Объемная скорости подачи сырья в реактор 1,6 ч-1. Насыпная плотность катализатора 675 кг/м3, плотность кипящего слоя 460 кг/м3.

5.11  Определить диаметр реактора каталитического крекинга, через который проходит 47 160 м3/ч паров продуктов реакции со скоростью 0,65 м/с.

5.12  В кипящем слое регенератора находится 250 т катализатора. Какой объем занимает кипящий слой, если его плотность равна 380 кг/м3?

5.13  Через регенератор проходит 122 400 м3/ч дымовых газов, скорость движения которых равна 0,8 м/с. найти диаметр регенератора.

5.2 Каталитический риформинг бензиновых фракций

Характеристика процесса. Каталитический риформинг является одним из основных процессов получения высокооктановых бензинов. Применение платинового или биметаллического катализатора позволяет превращать сырьевые прямогонные бензиновые фракции в продукты, содержащие значительное количество ароматических углеводородов. Полученные ароматизированные фракции можно использовать не только как высокооктановые добавки, но и как сырье для дальнейшего извлечения индивидуальных ароматических углеводородов. В связи с этим существуют две разновидности каталитического риформинга, предназначенные для выработки либо компонента бензина, либо ароматического концентрата. Оба варианта имеют практически одинаковую технологическую схему и отличаются только мощностью, размерами аппаратов, фракционным составом сырья и некоторыми другими незначительными параметрами. Температурные пределы выкипания сырья для получения различных продуктов приведены ниже:

Получаемый продукт	Пределы выкипания сырья, °С
Компонент бензина	85-180
Бензол	62-85
Толуол	85-120
Ксилолы	120-140

Процесс каталитического риформинга проводят преимущественно на неподвижном слое катализатора в токе циркулирующего водородсодержащего газа при температуре 470-540°С и давлении 1,4-3,5 МПа. Применяют таблетированные катализаторы: платиновый ПА-64 и платинорениевые серии КР (КР104, КР104А, и др.). Циркулирующий водородсодержащий газ должен содержать не менее 75 объемных процентов водорода. Кратность циркуляции водородсодержащего газа составляет от 700 до 1500 м3 на 1 м3 сырья.

Материальный баланс процесса. Основным целевым продуктом каталитического риформинга является бензин-катализат. Одновременно образуется газ, содержащий водород и углеводороды. Количество кокса, откладывающегося на катализаторе, незначительно, и его в балансе не учитывают.

Средний выход продуктов риформинга характеризуют следующие данные:

	Массовый выход, %
Бензин-катализат	75,0-90,0
Водород	0,8-1,8
Пропан	5,1-12,0
Бутаны	3,6-9,7

Расчетные методы определения выхода продуктов риформинга отсутствуют. Приближенно выход бензина можно определить по графикам (рис.5.1, 5.2) в зависимости от углеводородного состава сырья.

Рисунок 5.1 – Зависимость выхода бензина риформинга от углеводородного состава сырья (фракция 105-180°С): 1 – октановое число 75; 2 – октановое число 80 (по моторному методу)

Рисунок 5.2 – Зависимость выхода бензина каталитического риформинга с октановым числом 95 (по исследовательскому методу) от углеводородного состава сырья: 1 – фракция 85-180°С; 2 – фракция 105-180°С

Пример 5.3. Каталитическому риформингу подверагается фракция 105-180°С, в которой суммарное массовое содержание нафтеновых и ароматических углеводородов составляет 50%. Определить выход бензина с октановым числом 95 (по исследовательскому методу).

Решение. Выход бензина с октановым числом 80 найдем по графику (см. рис.5.1). Он будет равен 91,5%.

По графику (см. рис.5.2) определим выход бензина с октановым числом 95, он составит 86,2%.

Ответами подтверждается общая закономерность, что с улучшением качества, т. е. с повышением октанового числа продукта, уменьшается его количество.

Тепловой баланс процесса. Процесс каталитического риформинга протекает с большим поглощением теплоты, что требует ее промежуточного подвода. В связи с этом весь реакционный объем делится на несколько обособленных зон или ступеней. Чаще всего применяется трехступенчатая система, состоящая из трех последовательно соединенных реакторов. Иногда на последней ступени вместо одного устанавливают два параллельно работающих реактора. Тепловой баланс обычно составляют для каждого реактора или ступени, чтобы определить температуру газопродутовой смеси на выходе.

Тепловой баланс, например, для первого реактора можно записать в виде

,

где Gс – массовый расход сырья, кг/с; , - энтальпия паров сырья при температурах на входе (t1) и выходе (t2) из реактора, Дж/кг; Gц. г – массовый расход циркулирующего водородсодержащего газа, кг/с; св. г – средняя теплоемкость водородсодержащего газа, Дж/(кг·К); g - глубина превращения сырья в реакторе, массовые доли; xi, - массовые доли и энтальпии отдельных компонентов продуктов реакции; - тепловой эффект реакции, Дж/кг.