Кіріспе. Мұнай мен оның әлемдік экономикадағы ролі. Органикалық заттардың өнеркәсібінің негізгі бағыттары

1. 
   формула бойынша х_б2 = 0,007·2^470+450/15,2 = 0,017%/с
   

Шикізаттың реакциялық аймақта болу ұзақтығы:

Және (10) бойынша:

L = 2,84·235 = 667,4м.

4. Термиялық крекингте пештің жылулық есептелуі (балансы). Термиялық крекинг пешінің пайдалы жылулық пайдалылығы (Q_пол, Вт):

мұндағы е – отгонның массалық үлесі;

I^п_t2, I^ж_t2, I^ж_t1 – судағы сұйық шикізаттың, бутәрізді, сұйық өнімдердің энтальпиясы (t₁) мен пештен шығымы (t₂), Дж/кг;

 - шикізаттың түрлену тереңдігі

q_p – реакцияның температуралық эффектілігі, Дж/кг.

5. Мұнай қалдықтарының кокстенуі. Материалдық баланс. Кокстену өнімінің шығымын анықтауға бірқатар эмпирикалық формулалар бар.

Кокстың массалық шығымын (Х_к, %) мына формула бойынша есептейді:
Х_к=2+1,66 К_с

мұндағы К_с- шикізат кокстенуі, %

Кокс пен газдың (Х_х+г,%) қосынды массалық шығымы

Х_к+г=5,5+1,76 К_с

К_с- 6,5 пен 25% аралықта өзгере алады.

Бензин шығымын (40-205 ^оС) мына формула бойынша анықтауға болады:

Нельсон анықтады, кокс пен газдың шығымы мына қатынаспен өзара байланысты екенін: Х_г=Х_к·а_г

мұндағы а_г- шикізат тығыздығынан тәуелділік коэффициенті

Керосинді-газойльді фракция шығымын (Х_{кер-газойл},%) айырымдары бойынша анықтайды: Х_{кер-газойл}= 100 – Х_к – Х_г – Х_б

2) қосынды шығым Х_к+г=5,5+1,76 ·11,2=25,2%

1. 
   кокс шығымы бойынша оның массалық (G_к, кг/сут) және көлемдік (G_к¹, м³/сут) тәуліктік жұмсалуын анықтайды:
   

G_с,- шикізат жұмсалуы, кг/тәу

Р_к- коксті қабат тығыздығы, тең болады 800-960 кг/ м³

2. 
   жалпы реакциялық көлемді табады (V_р, м³):
   

G_с¹- шикізаттың көлемдік жұмсалуы, м³

W- об. Ск. Шикізат берілуі, r^-1.

3) камералар санын жұптасып жұмыс жасайды деп қабылдайды, біреуінде ұзақтығы 24 сағат реакциялық цикл жүзеге асады, екіншісінде кокс шығарылады.

5)1 сағат ішінде түзілген кокс көлемін табады (V_к¹,м³):

V_к¹= V_к¹/24 (6)

Және коксты қабаттың 12 приращение высоты (h_к,м) коксового слоя за 12:

h_к=V_к¹/ S (7)

6) барлық жұмысшы цикліне коксты қабаттың жалпы биіктігін анықтайды (h₁,м) : h₁= h_к·r, (8)

мұндағы r- жұмысшы циклінің ұзақтығы, r

7) камераға енгізілген массасынң биіктігін анықтайды (h₂,м):

h₂=k_вс· h_к; (9)

мұндағы k_вс- коэффициент вспучивания

k_вс=4,5+0,11(486-t), t- камераға енгендегі шикізат температурасы, ^оС.

8) жалпы биіктігі: H= h₁ +h₂

мысалы: кокстену қондырғысында 400000 кг/тәу кокс өңдегенде 1,82·10⁶ кг/тәу гудрон (Р₄²⁰=0,98).

Кокстену қабатының тығыздығы Р_к.с=912 кг/м³. жұмысшы циклдену ұзақтығы – 24ч. Кокстену камерасының саны мен өлшемін анықтау керек, егер W=0,11 r^-1, t_вход=490 ^оС.

2) V_реакц= G_с/24· Р_с· W=1,82·10⁶/24·980·0,11=703,5м³

3) реакциялық камера диаметрі ретінде Д=4,6м сонда

S=3,14·4,6²/4=16,6м²

4) 1г кокс көлемі:

V_к¹=438,6/24=18,3м³

5) коксты қабаттың биіктігін сағаттың өсіру:

h_к=18,3/16,6=1,1м

6) h₁=1,1·24=26,4м

k_вс=4,5+0,11(486-490)=4,06

7) h₂=4,06·1,1=4,5м

8) Н=26,4+4,5=30,9м

Алынған биіктік бір камера үшін тым биік болады, сондықтан екі тұрақты жұмыс жасайтын әрі екі резервтегі камераны қабылдағанда барлығы 4 камера болады

Кокстену процесінің жылулық балансы:

Q_вх= Q_вых

Q_вых= Q_ух+ Q_к+ Q_р¹+Q_пот (10)

Q_ух- бумен және газбен камерадан алып кетілетін жылу, кДж.

Q_к- -//-кокспен аккумулирленген, кДж

Q_р¹- процестің жылу эффектісі, кДж

Q_пот – жылу жоғалуы, кДж

Q_пот=3,6·α·S∆t

α – жылу берілу коэф. ~5,5-16,6Вт/м²·К

S – камераның сыртқы бетінің ауданы, м²

∆t – қоршаған орта мен камераның сыртқы беті арасындағы температур резкостьі, ^оС.

1. 
   Термиялық крекинг туралы мәлімет.
   
2. 
   Процестің материалдық балансы қалай құрылады?
   
3. 
   Печтің реакциялық змеевигін есептеу.
   
4. 
   Термиялық крекингте пештің жылулық есептелуі қалай жүреді?
   
5. 
   Мұнай қалдықтарының Кокстенуі.
   
6. 
   Коксті камералардың геометриялық өлшемдері.
   

№ 5 Тәжірибелік сабақ. Каталитикалық крекинг қондырғы аппараттарын (реакторлар мен регенераторлар) есептеу

1. 
   Процестің материалдық балансы.
   
2. 
   Каталитикалық крекинг қондырғысының лифт-реакторын есептеу.
   

1. Каталитикалық крекинг өнімінің шығымын Бондаренконың эмпирикалық формуласымен анықтауға болады, сонымен қатар Нельсон графиктері мен кестесі бойынша есептеледі. Бондаренко формуласы тек тура айдалатын керосинді және солярлы дистилляттардың каталитикалық крекингі үшін бір рет жібергенде дұрыс болады. Нельсон әдісі бойынша газойльдің рециркуляциялануы дәрежесі айырымы мен шикізаттың әртүрлі түрлері үшін жақындатып санауға болады. Осы әдіс бойынша крекингтің қаттылық факторын санау керек. Қаттылық факторы — реакторға шикізат берілуінің жылдамдығына катализатор циркуляциясының кратностығының қатынасы. Қаттылық факторы бойынша және шикізаттың сипаттамалық факторы бойынша мына суреттегі графикті қолданып 49, бірмәртелік жіберу есебінен шикізат айналу тереңдігін анықтайды. Графикті процестің келесі шарттары үшін құрастырған: температура 482°С; катализатор белсенділігі 30; регенерацияланған катализатордағы қалған кокс құрамы 0,5%. Егер крекингтің берілген шарты жоғарыдағыдан ерекшеленетін болса, онда шикізат айналу тереңдігіне түзету енгізу керек, мына кесте мәндерін қолданып 1.

Мысалы, шикізаттың айналу тереңдігі 60% масс, онда крекингтің берілген шартында (мына кестені көріңіз)—температурасяы 486°С, катализатор белсенділігі 32 және кокстың қалдықты құрамында 0,6%—ол мынаны құрайды: Х = 60+0,7+1,5—0,7 = 61,5% масс.

Мына суреттегі 1 график бойынша крекинг өнімінің шығымын анықтайды. Егер шикізаттың сипаттамалық факторы мәні 11,8—12,0 ерекшеленсе, онда өнім шығымын мына 2 және 3 суреттер бойынша анықтайды. Каталитикалық крекинг қондырғысы жүйесінен тәуелді процестің материалдық балансына корректировка енгізеді, төменде келтірілген коэфициентке алынған өнім шығымының мәнін көбейтіп:

Өнім катализатор қабатымен қондырғы

қозғалушы қайнаушы

Кокс . . . . . . 0,9-0,93 1,11-1,14

Бензин . . . . . . 1,0 1,0

Бутан-бутиленді

фракция . . . . . 1,07-1,12 0,86-0,93

Құрғақ газ . . . . . 0,91-0,94 1,06-1,09

Панченков және басқалары катализатордың қайнаушы қабатындағы каталитикалық крекинг реакциясы кинетикасы туралы тәжірибелік мәліметтерді өңдеп шикізат айналу тереңдігінен бензин (Х_б, % масс.) шығымының тәуелділігінің келесі теңдеуін ұсынды:

(1)

мұндағы Х – гшикізаттың айналу тереңдігі, % масс.; k – реакция жылдамдығының константасы.

Пунктирлі сызықтар — тура айдау шикізаты; жазық сызықтар — сырье вторичного проис­хождения; цифры на кривых — глубина превращения, % масс.

Айналудың қолайлы тереңдігін анықтау үшін Х_опт, ол бензиннің максималды шығымына сай келеді Х_б.макс, мына теңдеуді дифференциялау керек (1) және алынған туындыны нолге теңестіруге.

Керосинді-газойльді фракция үшін тығыздығы d²₄ =0,866, мо­лекулалық массасы 220, ароматты және олефинді көмірсутектердің құрамы 21—28%, нафтенділері 19—30%, парафиндісі 40—55% және алюмосиликатты катализаторлар құрамы ( % масс): 86,3 SiO₂, 12,7 Al₂0₃, 0,5 СаО, 0,3 S0₄^2-, 0,12 Fе₂0₃, 0,35 Nа₂0, к тұрақтысы 450—465°С тең 0,28—0,30.

Панченков қызметкерлерімен бірге катализатордағы кокс құрамының реакция аумағындағы соңғысының болу уақытынан тәуелділігін шығарды

мұндағы Х'_К – катализатордағы кокс құрамы , % масс.; τ — преакция аумағындағы катализатордың болу ұзсақтығы, с; A, В және D — кокстүзілу тұрақтысы, процесс шартынан тәуелді; 450°С керосинді-газойльді фракция крекингі үшін ол мынаған сәйкесінше тең 0,0075, 1,17 және 0,0955.

(2) теңдеу мына аралықтағы 430— 450 °С процесті жақсы суреттейді.

Орочко мен Черникова сатылы-ағыны қарсы типті каталитикалық крекинг қондырғысында ауыр газойльдің айналу тереңдігінен өнім шығымының тәуелділік теңдеуін шығарды (Х, массалық үлесі)

Жеңіл газойль

(3)

бензиндікі

кокстікі

мұндағы X — шикізаттың айналу тереңдігі, массалық үлесі; К' және К" -макрокинетикалық коэффициенттер, реактордағы температура мен секция санының температурадан тәуелділігі мәні төменде келтірілген.

Секция саны

мен температура, °С К' К"

Алты

520 . . . . 1,45 0,80

500 . . . . 1,45 0,05

475 . . . . 1,25 0,60

450 . . . . 0,95 0,55

Төрт

Газ шығымын бензин мен кокстың, жеңіл газойль шығымы мен шикізат айналу тереңдігі арасындағы айырымыбойынша анықтайды.

Лифт-реактор диаметрін келесі кескін бойынша есептейді.

2) лифт-реактордағы бу көлемін анықтайды (V_{пр. р,} м³/ч).

3. 
   (V_к.р, м³/ч) " лифт-реактордағы катализатор көлемін табады, ол үшін катализатор массасы (G_к.р) мен оның насыпный тығыздығын р білу керек
   

V_об = V_{пр. р} + V_к.р (2)

Кейде лифт-реактор ауыспалы кесінді жасайды. Бұл жағдайда лифт реакторға енгендегі температураның бу көлемін анықтау керек және соған ұқсасты, жоғарыда айтылғандай диаметрін де санайды. Лифт-реакторға енгендегі сызықтық жылдамдығын ескеріп, ол мынаған тең и = 6-10 м/с.

Лифт-реактор биіктігін келесі жолмен санайды.

1. Лифт-реактордағы катализатор массасын анықтайды (т)

мұндағы γ_к.c - лифт-реактордағы суспензия тығыздығы (кг/м³).

Осыдан

мұндағы d - лифт-реактор диаметрі, м.

1. 
   Процесс сипаты.
   
2. 
   Гидрокрекингтің материалдық балансы.
   
3. 
   Дизель отынының гидротазалануының материалдық балансы
   
4. 
   Гидротазалаудың реакторларының геометриялық өлшемдерін анықтау.
   

1. Гидрокрекинг пен гидротазалау гидрогенизациялық каталитикалық процестер тобына жатады және жалпы теориялық заңдылықтарға бағынады. Аталған процестер бір бірінен реакцияның ену тереңдігімен ерекшеленеді және соның әсерінен технологиялық режиімнен әрі аппаратуралық жабдықталуымен.

Гидрокрекинг мақсаты, каталитикалық крекинг үшін азкүкіртті шикізат пен ашық түсті отын алумен бекітіледі де вакуумды дистилляттардың бастапқы айналу тереңдігін қарастырады. Көп жағдайда жеңіл бірсатылы гидрокрекинг мына қысымда 5—7 МПа, температура 360—440°С, сутекқұрамды газдың циркуляция қысқалығы 800-2000 м³ ол 1 м шикізат пен шикізат берілуінің көлемдік жылдамдығы 0,2-1,0 с^-1. Бұл жағдайда айналу тереңдігі 0,6—0,8 реакцияға сутек шығымы 1 ден 3 % болғанда. Гидрокрекинг жылу бөле жүреді, процестің меншікті жылулық эффектісі 293-420 кДж/кг құрайды.

Гидротазалаудың негізгі мақсаты мұнай дистилляттарынан күкіртті және басқа гетероатомды қосылыстарды бөліп алу, олар тауарлы мұнайөнімдерінің сапасын жақсартады. Осыдан көмірсутектердің негізгі массасы химиялық түрленуге ұшырамау керек, сондықтан гидротазалау процесі біршама жеңіл жағдайда жүргізіледі: төмен темпера­турада (350-400°С), қысым (3-5 МПа), сутекқұрамды газдың қысқалық циркуляциясы (500—600 м³ на 1 м³ сырья) және шикізат берілуінің көледік жылдамдығы жоғарлаған кезде (1,5-7,0 ч^-1 ). Гидротазалауға кез келген мұнай дистилляттары ұшырайды, дегенмен өндірілетін шикізат көлемі бойынша дизельді отындардың гидротазалануы біршама кең таралған.

2. Гидрокрекинг пен гидротазалау ережеге сай стационарлы қабаты бар катализаторлары бар реакторларда жүргізіледі. Сол немесе басқа процестердің катализаторлары көп жағдайда сонша айырмашылықтары болмайды.

Гидрокрекинг өнімі газ, бензин, дизель отыны болып табылады. Кейде өнімдерге қалдықты да кіргізеді. Жалпы түрлену дәрежесі түсті өнімдердің қосынды шығымын ескереді. Гид­рокрекинг каталитикалық крекингпен үлкен ұқсастығы бар, сондықтан гидрокрекинг өнімі шығымын анықтау үшін сол формуланы қолдану керек. Жақындатылған есептеулер үшін макрокинетикалық коэффициенттерді мынаған тең деп қабылдайды: к' = 1,3; к"= 2,0.

Дизель отының шығымын мына формуламен анықтаймыз:

Газдың шығымы айырым бойынша х_г = 0,68 - (0,17 + 0,31) = 0,2.

Тазаланған дизель отының шығымын (X_д.т,%) мына формула бойынша анықтайды

Х_д.т = 100 – Х_б – Х_г - S, (1)

Мұндағы Х_б , Х_г , S – бензин, газ және шикізаттан бөлінген күкірт мөлшері,  шикізатқа.

Бензин шығымы мынаған тең Х_б = S деп қабылданады, газ шығымын мына формуламен анықтайды Х_г = 0,З S.

Түзілген күкіртсутек мөлшері

Бензин шығымы

Х₆= 1,05%.

Газ шығымы

X_Г = 0,3-1,05= 0,315%.

Тазаланған дизель отынының шығымы

Сутекқұрамды газдар:

Газдышикізат қоспасының қосынды көлемдік шығыны құрайды

Реактор кесіндісі ауданы мынаған тең

Оның диаметрі

Реакциялық аумақтағы жалпы катализатор көлемі мына формуламен анықтаймыз:

Катализатор қабатының жалпы биіктігі

Ретімен жұмыс жасайтын екі реакторды қабылдаймыз, сонда әрқайсысындағы катализатор қабатының биіктігі

Әр реактордың толық биіктігі