【《榆林常压柴油加氢裂化工艺加氢精制反应器的设计计算案例》4200字】

榆林常压柴油加氢裂化工艺加氢精制反应器的设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u14694榆林常压柴油加氢裂化工艺加氢精制反应器的设计计算案例 1234381.1原料、催化剂及产品性质 264901.2装置的处理量 4195461.3耗氢的计算 488681.3.1化学耗氢量 4298501.3.2设备漏损量[2] 4225681.3.3溶解损失量[2] 4228771.3.4氢气耗量 5270231.3.5补充氢、循环氢、混合氢各物质组分性质 5305141.4反应器进口混合柴油的汽化率e的计算 7262581.4.2查石油炼制书籍将恩氏数据转换为平衡汽化数据： 1158321.4.3进口压力下的平衡汽化曲线的确定 1230095焦点压力＝40.49atm+1.50atm=41.99atm＝4.36MPa 1229951.4.5气化率的计算 13286271.5反应器热量衡算 13220141.5.1总反应热 1364721.5.2急冷氢计算 1396591.6.1催化剂装入量 1657251.6.2反应器体积[2] 16306451.6.3反应器的直径、高度[2] 1667561.6.4催化剂床层高度 16319691.7反应器压降计算 17229751.7.1催化剂床层压降 17190231.8反应器计算结果汇总 2332164 231.1原料、催化剂及产品性质表2-1中试结果：多产航煤表2-2工业应用表2-3催化剂操作条件反应器进口350反应器床层平均温度375反应压力MPa（绝）冷高压分离器压力1.7氢油比Nm3/m3740氢耗(纯氢)Nm3/t160~190（参考）表2-4新鲜氢和循环氢性质1.2装置的处理量原料柴油的质量流量：1.8×109÷8400＝214285.71kg/h原料柴油的体积流量：214285.71÷855.8=250.39m3/h1.3耗氢的计算1.3.1化学耗氢量表2-5加氢反应的化学耗氢加氢反应化学耗氢量加氢脱硫（18~23）×（原料油与生成油含硫差值）加氢脱氮62×（原料油与生成油含氮的差值）芳烃饱和4.8×（原料油与生成油BMCI的差值）脱硫氢耗：23×(9400-0.5×16.55%+0.1×43.31%+1.0×31.44%)×10-4=21.62Nm3/m3加脱氮氢耗：62×(145-0.5×16.55%)×10-4=0.899Nm3/m3芳烃饱和氢耗：4.8×(33.1-31.44%×10.7)=141.22Nm3/m3总化学耗氢量：141.22＋0.899＋21.62=164.739Nm3/m3又H2密度ρ=0.089kg/Nm3，原料油密度ρ=855.8kg/m3，则质量氢耗量为：164.739×0.089÷855.8=0.173kg/kg原料油1.3.2设备漏损量[2]取9.1Nm3/m3(进料)1.3.3溶解损失量[2]取7.6Nm3/m3(进料)1.3.4氢气耗量补充氢：(纯氢)164.739+9.1+7.6=181.439Nm3/m3补充氢:(不纯)81.439÷0.9920=181.902Nm3/m3补充氢质量流量：181.902×250.39/(21.4×0.9195)×2=4446.96kg/h循环氢耗量(％)181.902÷21.4×2÷855.8×100%=1.91％氢油比Nm3/m3740循环氢：740-181.902=557.098Nm3/m3循环氢质量流量：557.098×250.39/(21.4×0.8006)×2=15556.61kg/h1.3.5补充氢、循环氢、混合氢各物质组分性质1.3.6反应总物料衡算结果原油中硫、氮元素通过加氢反应分别生成H2S和NH3气体，这部分气体，一部分随着干气排出装置，一部分溶解在软化水中、含硫污水中。已知原料油中的硫、氮含量及各生成油中硫、氮含量，又S、N原子守恒，即有：生成气中H2S：生成气中NH3：（494-0.5×16.55%）×10-6×1.8×109÷8400×=37.70kg/h1.4反应器进口混合柴油的汽化率e的计算通过对原油、、特性因数K等物性参数的计算，求得其相对分子质量，并依据原料油、产物油的馏程参数通过查图即可换算得平衡汽化曲线，求得临界温度和压力。1.4.1各物性参数的确定：(1)常压柴油：的计算如下：==0.8558+0.00424=0.8600：比重指数：=－131.5＝33.035：特性因数K：由于本工艺设计基础参数中仅告知原料油及各产品油的馏程范围，产品的恩氏蒸馏数据不全，应用概率坐标纸法。恩氏蒸馏数据在正态概率坐标纸上十分接近一条直线，通过已知的数据做出直线，经内插和外推求出其他各点的馏出温度。补缺后的恩氏蒸馏数据如下：表2-10恩氏蒸馏数据a.体积平均沸点：tv=℃；S==0.8125℃/%b.质量平均沸点：℃∴tw=tv+1.1237=272+1.1237=273.1237℃c.实分子平均沸点：=6.1208℃∴tm=tv－=272-6.1208=265.8792℃d.立方平均沸点：=1.3402℃∴tcu=tv-=272-1.3402=270.6598℃e.中平均沸点：=3.7951℃∴tme=tv-=272-3.7951=268.2049℃特性因数：D：平均分子量M[3]由图3－4可查得：M=112（2）石脑油A：的计算如下： ==0.7321+0.00494=60.848B：=－131.5＝27.03C：K：由于本工艺设计基础参数中仅告知原料油及各产品油的馏程范围，产品的恩氏蒸馏数据不全，应用概率坐标纸法。恩氏蒸馏数据在正态概率坐标纸上十分接近一条直线，通过已知的数据做出直线，经内插和外推求出其他各点的馏出温度。补缺后的恩氏蒸馏数据如下：表2-11恩氏蒸馏数据a.tv=℃；S==0.4℃/%b.℃∴tw=tv+0.4616=113.4+0.4616=113.8616℃c.=3.6829℃∴tm=tv－=113.4-3.6829=109.7171℃d.=1.0478℃∴tcu=tv-=113.4-1.0478=111.3522℃e.=1.3521℃∴tme=tv-=13.4-1.3251=111.0479℃查得：M=80（3）航空煤油A：的计算如下： ==0.7927+0.00459=0.7973B：=－131.5＝45.976C：K由于本工艺设计基础参数中仅告知原料油及各产品油的馏程范围，产品的恩氏蒸馏数据不全，应用概率坐标纸法。恩氏蒸馏数据在正态概率坐标纸上十分接近一条直线，通过已知的数据做出直线，经内插和外推求出其他各点的馏出温度。补缺后的恩氏蒸馏数据如下：表2-12恩氏蒸馏数据a.tv=℃；S==0.5℃/%b.℃∴tw=tv+0.4616=200.2+0.7915=200.9915℃c.=4.0028℃∴tm=tv－=200.2-4.0028=196.1972℃d.=0.9981℃∴tcu=tv-=200.2-0.9981=199.2019℃e.=1.5209℃∴tme=tv-=200.2-1.5209=197.6791℃M=89（4）未转化油A：的计算如下： ==0.8026+0.00454=0.8071B：=－131.5＝43.81C：K由于本工艺设计基础参数中仅告知原料油及各产品油的馏程范围，产品的恩氏蒸馏数据不全，应用概率坐标纸法。恩氏蒸馏数据在正态概率坐标纸上十分接近一条直线，通过已知的数据做出直线，经内插和外推求出其他各点的馏出温度。补缺后的恩氏蒸馏数据如下：表2-13恩氏蒸馏数据a.tv=℃；S==0.35℃/%b.℃∴tw=tv+0.4616=303.3+0.4067=303.6067℃c.=1.5307℃∴tm=tv－=303.3-1.5307=300.6693℃d.=0.6255℃∴tcu=tv-=303.3-0.6255=301.5745℃e.=1.5849℃∴tme=tv-=303.3-1.5849=301.6151℃D：M=1351.4.2查石油炼制书籍将恩氏数据转换为平衡汽化数据：恩式蒸馏主要用于表征产品的质量，平衡汽化用于石油加工过程中汽化率的确定。因而需要依据原料油及产品油的馏程通过概率坐标法对各自的恩式数据进行补全，然后根据恩式蒸馏数据与平衡汽化数据的转换方式进行转换，以求得气化率。1.常压柴油恩式数据a：换算50%点温度[2]70%－10%点S=0.762（℃/%）由图标集可查的：平衡汽化50%点－恩氏蒸馏50%点＝4.5℃平衡汽化50%点温度＝270.61+6.67＝277.28℃b：1.4.3进口压力下的平衡汽化曲线的确定(1)根据原油平衡汽化数据及物性参数计算真、假临界温度tc、tc′：tm=265.88℃=265.8792×1.8+32=510.58℉tw=273.12℃=273.12×1.8+32=523.62℉假临界温度tc′=850℉=727.59K真临界温度tc=861℉=733.71K(2)根据原油平衡汽化数据及物性参数计算真、假临界压力Pc、Pcˊ：由tme=265.88℃=510.58℉、＝33.035由图4-2-4得：假临界压力Pcˊ=549磅/时²（绝）=37.36atm=3.79MPa又真临界压力Pc=4.10MPa校正后：恩氏90%－10%点斜率S=0.82（℃/%）：焦点压力-临界压力=1.50atm焦点温度-临界温度=11.17℃∴焦点温度＝454.44+11.17=466.61℃；焦点压力＝40.49atm+1.50atm=41.99atm＝4.36MPa1.4.4氢分压的计算[2]根据任务书基础数据可知氢油比为740Nm3/m3即已知氢分压为8MPa，按照理想气体计算其分压，由道尔顿分压定律可得（记总压为P总）：经计算知可知反应器入口总压为：反应器入口处氢分压为：反应器入口处柴油油气分压：11.2MPa-8MPa＝3.2MPa1.4.5气化率的计算根据做P-T-e图如下，350℃时，压力为3.2MPa=31.58atm时，柴油未汽化在反应中均为液相状态，均为流动态。可知反应器中原料油始终为液相，混合氢始终为气相存在。图1.1常压柴油T-P-e图1.5反应器热量衡算1.5.1总反应热1.5.2急冷氢计算加氢裂化反应是强放热反应，脱硫反应、脱氮反应、芳烃饱和等反应均会放出大量的热，为了防止反应床层中温度太高，导致催化剂在高温条件下失活，因此需要适量的急冷氢对反应器床层进行温升控制。为平衡温度，需要对通入反应器的急冷氢的量通过物料守恒进行核算。（1）混合进料所吸收热量A.混合氢吸收的热量（Q混合氢=F混合氢×混合氢）表2-19B.常压柴油入口出反应器热值计算如下：当入口温度为350℃=0.8558K=11.37查得K=11.8时H1=264kcal/kg当出口温度390℃=0.8558K=11.37查得K=11.8时H2=293kcal/kgC.混合进料造成温升所吸收的来自反应放热的热量Q=Q油+Q混氢=35188586.12kJ/h反应器床层分段数N=QR/Q=1.9取N=3（2）第一段冷氢量t入=350℃，为防止加氢裂化催化剂高温失活，单段床层升温梯度不超过50℃，此处取=40℃（350-390℃）表2-20（3）第二段冷氢量t入=350℃，最后一段床层经核算升温=25℃（350-375℃）经过核算，误差在合理（设计允许）范围内。反应器出口温度为375℃的假设成立。1.6.1催化剂装入量催化剂的装填量对反应速率的影响和反应器温度的有重要影响，因此需要对催化剂的用量进行计算。催化剂装填量越大，反应越激烈，相反则达不到反应深度。另外依据随着反应进程的进行，反应浓度逐渐降低，为了稳定操作反应的进行，床层高度需要逐步提高。以增加反应时常，使反应温升达到同一梯度。1.8×109/(8400×855.8×1.70)=147.29m3密度：0.925g/cm3装入量：147.29×925=136.2t1.6.2反应器体积[2]取Vf=0.8Vr=147.29/0.8=184.11m31.6.3反应器的直径、高度[2]对比同类反应器装置运行参数，此处取反应器高径比宜为5。因为固定床反应器存在径向和轴向的温度梯度，因而需要对温度梯度进行控制。通过对反应器床层进行分段设置，通过通急冷氢对轴向温度梯度进行控制；径向的温度梯度过大则可能会造成设备运行失稳，因而径向需要尽可能细一点，以避免径向温度梯度过大。3.6mH=18m1.6.4催化剂床层高度3.6m147.29m314.48m通过热量衡算为避免飞温造成催化剂失活，经计算可知反应器床层分段数为3，即催化剂宜分三段进行装填，对比同类反应器装置，反应器各段床层催化剂填装比例宜取2:3:5，对各段装填高度进行计算。h1=h×0.2=1.896mh2=h×0.3=4.344mh3=h×0.5=7.24m1.7反应器压降计算1.7.1催化剂床层压降流体流过床层的所形成的压降，主要来自于通过床层的各反应流体与催化剂、保护剂、瓷球等颗粒之间的表面摩擦阻力和流体在孔道中的扩散、汇流、和再分布的所造成的局部阻力引起的。对反应器床层总压降需要进行计算，以方便对设备、动力泵、调节阀型号的选择、安装高度的确认。另外总压降得大小对流体输送管道得选择也至关重要。生产中也可通过压降变化来判断反应器得床层阻力，以判断和检查反应器床层是否焦化、堵塞。（1）dpV=1/0.925-0.35=dp=0.01118m第一段床层气相对通过一段床层的气相进行物料衡算，通过对各物质临界参数的计算可得出相关计算参数，以确定第一段床层气相压降的大小。=1\*alphabetica.第一段床层的气相密度=2\*alphabeticb.第一段床层气相的粘度=3\*alphabeticc.流速:∴=2110.69﹤2500=33.698kgf/m2=777.43Pa第二段床层气相对通过一段床层的气相进行物料衡算，通过对各物质临界参数的计算可得出相关计算参数，以确定第一段床层气相压降的大小。=1\*alphabetica.第二段床层的气相密度=2\*alphabeticb.第二段床层气相的粘度=3\*alphabeticc.流速:∴=2957.73>2500=156.51kgf/m2=1533.80Pa第三段床层气相对通过一段床层的气相进行物料衡算，通过对各物质临界参数的计算可得出相关计算参数，以确定第一段床层气相压降的大小。=1\*alphabetica.第三段床层的气相密度=2\*alphabeticb.第三段床层气相的粘度=3\*alphabeticc.流速:∴=3934.55>2500=425kgf/m2=4167.40Pa(5)液体的密度和粘度=1\*alphabetica.求350℃，375℃时的粘度K=11.2，tcu=273.13℃时100℃下油品的粘度为1.2cP。表2-28不同温度下油品的运动粘度温度，℃50100361370运动粘度，mm2/s1.41.20.820.83解得：m=-0.9，b=1.21；求得361℃，370℃的运动粘度，见上表