Реконструкция реакторного блока установки каталитического риформинга

3.3);- теплосодержание отдельного компонента при заданной температуре, кг/ккал (табл.3.9).Ккг/см2кг/ккалкг/ккалДальнейшие расчеты проведены по формулам 3.24 – 3.27.При t1 = 490 oCи Р = 30 кг/см2:ккал/кг406,09 – 3,83 = 402,23ккал/кгПри t1 = 430 oCи Р = 29,8 кг/см2:ккал/кг402,26 – 4,51 = 351,47ккал/кгд) Определим теплосодержание рефлюкса (бутан-бутиленовой фракции) при t1 = 430 oCи Р = 29,8 кг/см2 и Мср = 58 кг/кмоль, qt1430 = 340,5 ккал/кг (по данным таблицы 3.9). Приведенные параметры:Расчет поправки и величины теплосодержания:ккал/кг340,5 – 9,38 = 331,12ккал/кге) Теплоту реакции каталитического риформинга согласно опытным данным принимаем равной – 70 ккал/кг сырья. По формуле 3.33 определим теплоты для соответствющих элементов теплового баланса. Расчеты сведем в таблицу 3.10.Приход тепла: ккал/чккал/чккал/чРасход тепла:ккал/чккал/чккал/чккал/чккал/чккал/чккал/чккал/чРазность суммарного прихода и расхода без учета потерь составит:ккал/чТаблица 3.10 – Тепловой баланс первого реактораНаименование потокаКоличество, кг/чТемпература, оСТеплосодержание, ккал/кгКоличество тепла, ккал/чПриход1) Сырье67375,00490,00356,7424035236,322) Циркуляционный газ, в т.ч.40015,68490,003.1) Водород9218,08490,001700,0015670743,183.2) Углеводородные газы30797,60490,00402,2312387844,64Итого107390,68490,0052093824,13Расход1) Непрореагировавшее сырье33687,50430,00338,8811415947,512) Риформат28095,38430,00328,719235119,333) Циркуляционный газ40015,68430,003.1) Водород9218,08430,001440,0013274041,283.2) Углеводородные газы30797,60430,00351,4710824414,044) Рефлюкс505,31430,00331,12167319,985) Газы реакции5086,81430,005.1) Водород310,30430,001440,00446825,615.2) Углеводородные газы4776,52430,00351,471678799,726) Теплота реакции33687,50702358125,007) Потери тепла2693231,66Итого107390,6852093824,13Относительная величина потерь составит:Данная величина теплопотерь является допустимой среднем значении теплопотерь химических и теплообменных аппаратов около 5%.3.6Основные габаритные размеры реактораОпределим реакционный объем реактора:где - объем сырья в жидкой фазе, 84,15 м3/ч (из п. 3.3);- скорость подачи сырья, 1,4 ч-1 (по заданию).м3Принимаем распределение катализатора в реакторах в соотношении , тогда реакционные объемы реакторов составят:м3м3м3Диаметр аппарата определяется исходя из допустимой скорости паров, отнесенной на полное сечение реактора. Значение этой величины для реакторов со стационарным слоем катализатора принимается равным wдоп =0,4-0,5 м/с.Объем паров сырья и газов, поступающих в первый реактор:где Gc, Gв, Gг – количество сырья, водорода и углеводородных газов, кг/ч (определяем по табл. 3.5);zc, zв, zг – фактор сжимаемости соответствующих компонентов.Фактор сжимаемости является функцией приведенных параемторов вещества, потому может быть найден по рис. 3.7 (рис. 7 [7]).Отсюда для ранее найденных τпр = 1,31 и πпр= 1,01 , z = 0,86.Водород при высоких температурах может быть принят за идеальный газ, откуда фактор сжимаемости равен z = 1,0.Для углеводородных газов при τпр = 2,67 и πпр=0,67 , z = 0,99.Отсюда находим: м3/сОбъем сырья и риформата на выходе из реактора:где и - суммарные расходы водорода и углеводородных газов из материального баланса реактора (табл. 3.5), кг/ч: = 9218,08 + 310,30= 9528,38кг/ч= 28889,01 + 4776,52 = 35574,11кг/ч, Gp, Gб – расходы непрореагировавшего сырья, риформата и рефлюкса, кг/ч.Рис. 3.7 – Диаграмма определения фактора сжимаемости углеводородовФакторы сжимаемости составят соответственно по рис. 3.7:для непрореагировавшего сырья при τпр = 1,20 и πпр=1,01 , z = 0,885;для риформата при τпр = 1,18 и πпр=1,00 , z = 0,875;для водорода, z = 1;для углеводородных газов при τпр = 2,46 и πпр=0,67 , z = 0,99;для рефлюкса при τпр = 1,65 и πпр=0,80 , z = 0,95.Отсюда находим: м3/сСредний объем паров:м3/сСечение аппарата при wдоп =0,475 м/с составит:м2Диаметр аппарата: мПо расчетным данным выбираем стандартный реактор установки каталитического риформинга с внутренней футеровкой без защитной облицовки. Внутренний диаметр аппарата без футеровки 3000 мм, толщина футеровки 150 мм. Диаметр аппарата с футеровкой 3300 мм.Пересчитаем сечение реактора:м2Скорость паров на полное сечение реактора: м/сВысота слоя катализатора в реакторе:мЧертеж реактора каталитического риформинга приведен на листе 1 графической части дипломного проекта.3.7Гидравлический расчет реактораОпределим перепады давления в реакторе.а) Перепад давления в слое катализатора определяется по формуле:где d – эквивалентный диаметр частиц, м;где - диаметр шара равного объема с частицей катализатора:где Vr – объем частицы:dc – средний диаметр частиц катализатора по заданию: мм ммм3 м - фактор формы частичек, равный отношению площади частицы к площади шара равного объема: - порозность слоя;где - насыпной вес слоя катализатора, 600 кг/м3;- кажущийся удельный вес частицы катализатора, 1100 кг/м3;μ – абсолютная вязкость паров и газов при средней температуре и давлении в реакторе, кг.с/м2; - плотность газа, кг/с2/м4.м2Поверхность равного по объему шара:м2мНайдем абсолютную вязкость реакционной смеси. Средние значения температуры и давления в реакторе:оСкг/см2Средний молекулярный вес паров и газов на входе в реактор: кг/кмольВязкость смеси паров и газов принимаем по метану, как наиболее близкому углеводороду по молекулярному весу. Вязкость t = 460 oC, P = 1 атм. находим по табличным значениям μ = 2,19.10-6кг.с/м3. Влияние давления на вязкость газов для давления до 50 кг/см2 незначительно, поэтому соответствующая поправка не вводится.Плотность паров и газов при t = 460 oC, P = 29,9кг/см3. кг.с2/м4Перепад давления в слое катализатора: кг/м2б) Перепад давления от местных сопротивлений на входе и выходе паров из реактора составит: где - коэффициенты местных сопротивлений на расширение потока из входного штуцера в реактор и на сужение из реактора в выходную труба; - удельный вес паров, кг/м3;wвх, wвых – скорость паров, м/с.Примем диаметр входного и выходного штуцера равным dшт =400 мм, сечение составит Sшт = 0,1256 м3. Соотношение сечения входного и выходного штуцера к сечению реактора:Отсюда находим = 0,95 и = 0,5.Удельный вес паров: =8,43 кг/м3 кг/м3Скорость паров во входном и выходном штуцере: м/с м/сОтсюда находим:кг/м2в) Определяем перепад давления в слое фарфоровых шариков, расположенных над слоем катализатора и над решеткой.Общая высота шариков: hш= 390 мм;Средний диаметр шариков: dш= 13 мм.Порозность слоя шариков:где - насыпной вес фарфоровых шариков, 1800 кг/м3;- кажущийся удельный вес фарфоровых шариков, 2700 кг/м3;Отсюда находим по формуле 3.46: кг/м2г) Определение перепада давления на решетке по формуле:где β – доля отверстий решетки от всей ее площади, примем 0,06; w0 – скорость в отверстиях решетки, м/с; γ – удельный вес газа, кг/м3;С – коэффициент сопротивления, зависящий от отношений отверстий d0к ее толщине bи определяем по рис. 9 [7] (рис.3.8).Скорость газов, отнесенная на полное сечение:Рис. 3.8 – Коэффициент сопротивления решетки м/сСкорость газов в отверстиях решетки:м/сПринимаем диаметр отверстий do = 12 мм, ширина b = 10 мм.Откуда d0/b = 12/10 = 1,2, следовательно С = 0,81.Определим : кг/м2Суммарный перепад давления по первому реактору составит:кг/м2 = 0,146 кг/см2Фактическое давление на выходе из реактора:кг/см2Принятое вначале расчета значение давления на выходе из реактора, равное Р2 = 29,8 кг/см2, незначительно расходится с фактическим. Следовательно, проводить повторный технологический расчет первого реактора нет надобности.4 АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВАвтоматизация современного производства – это одно из главных направлений совершенствования технологического процесса предприятий. При автоматизации повышается производительность труда, улучшается качество продукции, равномерно используются энергетические и сырьевые ресурсы. Автоматизация позволяет повысить уровень условий труда, обеспечить безопасность ведения работ, сократить численность обслуживающего персонала.Система автоматического регулирования процесса ректификации широкой фракции легких углеводородов – динамическая система, так как отклонения регулируемого параметра изменяются во времени. Основными факторами, влияющими на качество получаемой продукции, являются температура и давление в ректификационных колоннах.Объект регулирования давления характеризуется самовыравниванием. Если в какой-то момент времени в аппарате повысилось давление, то это произведет воздействие на регулирующий клапан, который находится на трубопроводе выхода паровой фазы, клапан открывается больше и давление понижается. В этом и заключается явление саморегулирования (самовыравнивания).Объекты регулирования температуры и расхода характеризуются запаздыванием, то есть изменение регулируемого параметра начинается не одновременно с регулирующим воздействием, а с запаздыванием. При выборе приборов для контроля и регулирования учитываем, что:прибор должен обеспечить необходимое измерение;должен быть достаточно быстродействующим и надежным в работе;приборы, установленные по месту, должны быть легкодоступными для наблюдения, контроля и обслуживания;Для контроля и регулирования применяют приборы системы «APAСS». Они просты по устройству, надежны.К основным технологическим параметрам работы установки первичной перегонки нефти относятся: давление в аппаратах и трубопроводах; уровень жидкости в аппаратах и емкостях; температурный режим в аппаратах; расход сырьевых и продуктовых потоков.Параметры работы аппаратов могут изменяться в более, либо менее широких пределах, отклоняясь от нормального технологического режима. Поддержание требуемых параметров и восстановление нарушенного нормального режима осуществляются системой регулирования, которое может быть ручным, автоматическим, либо комбинированным.Ручное регулирование может проводиться лишь опытным обслуживающим персоналом, учитывающим инерционность воздействия на работу аппаратуры.Автоматическое регулирование и управление работой аппаратуры проводится при помощи технических средств управления и автоматизации-контрольно-измерительными приборами (КИП).Предусматривается установка объемных счетчиков на линиях всех уходящих потоков светлых и темных нефтепродуктов с выходом показаний интегрированного расхода на информационно-вычислительную машину.Проектом предусматривается контроль качества всех потоков при помощи автоматических анализаторов качества.5БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЯУстановка состоит из 4-х блоков. Краткая характеристика опасности блока приведена в таблице 6.Таблица 5.1 – Классификация по взрывоопасности технологических блоковНаименование показателей.Наименование блоковКласс зоны по уровню опасности возможных разрушений, травмирования персонала№1Блок гидроочистки бензина.№2Блок отпарки сероводорода и воды.№3Блок риформинга№4Блок стабилизации.123456Номера позиций аппаратуры, оборудования по технологической схеме, составляющие технологический блокН-1,2,22, Т-1,2, П-1, Р-1, С-1, ПК-1,2, С-8,9, Х-1,2К-1, П-2/2, Н-3,4,5,6, 7, Е-1, ХК-1,2, Т-3Р-2,3,4 Р-3/1,2,3, Н-8,9, С-2,С-10, ЦК-1, Х-3,4, Т-4,5К-2, П-2/4, Е-2, С-7,ХК-4,5, Т-6, Х-5,6, Н-10,11, Н-12,13Относительный энергетический потенциал, Qв23,9777,9418,8577,44Категория взрывоопасностиIII1III1Радиус зоны разрушения, мR019,45103,3224,99102,66R173,91392,694,96390,11R2108,92578,6139,94574,92R3186,7991,9239,9985,53R4544,62892,96699,722874,484R51089,25785,91399,4574951. Безопасная работа установки зависит от укомплекто-ванности и квалификации, от внимательности обслу-живающего персонала, а так же от строгого соблюдения требований и правил техники безопасности, пожарной безопасности, правил УТЭН Ростехнадзора по РБ и строгого соблюдения технологического регламента.3.К работе допускаются только те лица, которые про-шли необходимую подготовку, сдали экзамены на допуск к рабочему месту и прошли инструктаж по технике безопасности.3. Все действующие инструкции и положения по технике безопасности должны быть в наличии, знание и соблюдение персоналом должны постоянно контролироваться.4. Работать можно только на исправном оборудовании, на исправных коммуникациях, арматуре и приборах КИП.5. Систематически следить за исправностью и включе-нием в работу приборов контроля и автоматики, сис-тем сигнализации и автоматических блокировок.Процесс риформинга протекает в герметично закрытой аппаратуре и трубопроводах под давлением водородсодержащего газа (ВСГ) до 40 кгс/см2 и температурой до 530 оС.Установка каталитического риформинга, в которую входит реактор дегидрирования, по врзывопожарной и пожарной опасности относятся к категории А. К категории А относятся производства, в которых обращаются горючие газы, ЛВЖ с температурой вспышки не более 28 0С, в таком количестве, что могут образовать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышающем 5 кПа.В качестве сырья на установке используется бензиновая фракция с к.к. не выше 180 оС. Готовым продуктом установки риформинг является стабильный риформат-компонент автомобильного бензина.Бензин представляется собой пожаровзрывоопасный продукт и обладает токсичными свойствами. ПДК паров бензина в воздухе производственных помещений 100 мг/м3. Взрывоопасная концентрация паров бензина в смеси с воздухом составляет нижний 0,85 %. верхний до 7 %. При содержании паров бензина в воздухе производственных помещений выше предельно-допустимой концентрации возможно отравление работающих. На организм человека бензин действует как наркотик, поражая центральную нервную систему, вызывая острое и хроническое отравление. При попадании на тело бензин может вызвать, как острое воcпаление так и хронические экземы кожи.Кроме бензина на установке в качестве готовой продукции вырабатывается углеводородный газ, который используется в качестве топлива. Углеводородный газ является взрывоопасным и пожароопасным продуктом. Действие углеводородного газа на организм человека аналогично действию паров бензина. ПДК углеводородного газа 300 мг/м3.Одним из продуктов, получаемых на установке, являются газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Основные опасности, характеризующие сжиженные газы, те, что у бензина и углеводородного газа. ПДК углеводородных сжиженных газов 300 мг/м3. Кроме того, при обращении с сжиженными газами ( отбор проб, проверка уровня и т.д. ) требуется особая осторожность, т.к. при попадании на открытые участки тела возможно обморожение.В качестве побочного продукта который образуется и используется в технологическом процессе риформинга, является водородсодержащий газ ВСГ с концентрацией 70-95 %.Взрывоопасная концентрация ВСГ в смеси с воздухом составляет от 4,1 % (нижний предел) до 74 % (верхний предел).Наиболее опасными местами на установке являются: сырьевая насосная, насосная стабилизации, компрессорная, блок печей, колодцы (промышленная канализация, оборотной воды, свежей и хозяйственной питьевой воды с запорной арматурой, фекальные).Нарушение норм технологического режима при протекании технологического процесса, может привести к разогреву стенок реакторов выше допустимой температуры, закоксованию и спеканию слоя катализатора, что ведет к резкому повышению давления в системе, возможной разгерметизации трубопроводов и аппаратов, срабатыванию предохранительных клапанов на компрессорах в атмосферу.При пуске и выводе на режим технологического оборудования необходимо соблюдать скорости подъема температуры и давления в системе. При большой скорости подъема температуры и давления, т.е. при нарушении норм технологического режима, возможна деформация и разгерметизация трубопроводов, технологического оборудования, змеевиков печей, фланцевых соединений и т.д., что ведет к загазованности, взрыву и пожару. Аналогичные результаты возможны при обратных операциях - при превышении скорости снижения температуры и давления.Одним из моментов опасности ведения технологического процесса является качество поступающего сырья на установку, а именно: наличие большого количества воды в сырье, что при достижении высоких температур вызывает резкое повышение давления в системе, подрыв предохранительных клапанов или разгерметизацию оборудования, аппаратов, трубопроводов с возможным последующим взрывом и загоранием.При нарушении условий эксплуатации, норм технологического режима возможно образование большого количества взрывоопасной смеси и вынос ее на территорию аппаратного двора, что при наличии огневого нагрева приведет к взрыву и пожару.Основными опасностями при эксплуатации реактора каталитического риформинга является разгерметизация фланцевых соединений, сварных швов, вальцевых соединений трубных пучков вследствие температурной деформации оборудования, что в условиях эксплуатации технологической установки может привести к загазованности и далее к взрыву и пожару.6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ6.1 Расчет капиталовложенийОпределим затраты на закупку основного и вспомогательного оборудования по формуле:где ni – количество оборудования данного вида, шт.;si – стоимость оборудования данного вида.Установка проектируется на базе существующего предприятия, поэтому в технико-экономических расчетов не учитываем затраты на закупку основного оборудования возведение здания цеха.Укрупненные неучтенные затраты на оборудование примем равными 30% от капиталовложений:тыс.руб.Затраты на доставку и монтаж оборудования примем равными 40% от капиталовложений:тыс.руб.Величина капиталовложений составит:тыс.руб.6.2 Расчет переменных затратК переменным затратам относится оплата труда мастера и производственных рабочих, затраты на электроэнергию и амортизацию оборудования.6.2 Расчет финансовых показателей проектаПроизведем расчет выручки от готовой продукции.Годовую выручку от реализации проекта рассчитываем по формуле: В = ∆Cк.Gсм.T (тыс.руб.) где: В =Валовая прибыль определяется как [20, c.21]: (тыс.руб.) Чистая прибыль определяется как:(тыс.руб.) где: Нпр – налог на прибыль, руб.; (в настоящее время согласно законодательству РФ составляет 20% от валовой прибыли). (тыс.руб.) где: %Нпр – ставка налога на прибыль, 20%.Срок окупаемости капитальных вложений определяется как:Ток=Sкап/ Пчист.(год.)ЗАКЛЮЧЕНИЕБензины в настоящее время относятся к основным видам горючего для двигателей внутреннего сгорания современной техники. Производство бензинов в настоящее время – ключевое навравление нефтеперерабатывающей промышленности, в значительной мере определяющее развитие этой отрасли. Целью развития производства бензинов является стремление улучшить основные эксплуатационные свойства топлива, в частности, оцениваемую октановым числом детонационную стойкость бензина. В рамках данного дипломного проекта проведено теоретическое рассмотрение процесса каталитического риформинга углеводородов и выполнен материальный, тепловой, конструкторский и гидравлический расчет реактора дегидрирования нефтяных фракций.В техническом проекте комплекса переработки Оренбургского конденсата применена установка каталитического риформинга Л-35-11-1000, рабочие чертежи которой разработаны «Ленгипронефтехим» для Лисичанского НПЗ в 1971 году (без компрессорной).Технологическая схема установки «Ленгипронефтехим» принята аналогично импортной установке фирмы «Жекса» и типовой установке ЛК-6У. Привязка установки к инженерным сетям выполнена Салаватским филиалом «Башгипронефтехим».Установка каталитического риформинга Л-35/11-1000 предназначена для гидроочистки и ароматизации фракции 85-180С.Установка введена в эксплуатацию в январе 1978 года. Проектная производительность установки 1 миллион тонн в год сырья, число дней работы в году-335. В качестве сырья на установке каталитического риформинга используются фракция бензина 85-180С с установки гидроочистки Оренбургского конденсата, гидроочищенная фракция НК-180С с установок ГО-2,6. Указанная смесь должна соответствовать требованиям СТП 010101-403105-2004. Определены основные характеристики реактора каталитического риформинга производительностью по сырью 538461 т/год с заданным составом сырья, ВСГ и продуктов реакции. В результате расчетов были составлены материальный и тепловой балансы для первого реактора. Приход и расход теплоты составил 52093824,13 ккал/ч при теплопотерях в окружающую среду в размере 5,17%.По расчетным данным выбран стандартный реактор установки каталитического риформинга с внутренней футеровкой без защитной облицовки. Внутренний диаметр аппарата без футеровки 3000 мм, толщина футеровки 150 мм. Диаметр аппарата с футеровкой 3300 мм. Высота слоя катализатора составила 1,361 м.Фактическое давление на выходе из реактора, определенное по данным гидравлического расчета составляет 29,87 кг/см6.Принятое вначале расчета значение давления на выходе из реактора, равное Р2 = 29,8 кг/см2, незначительно расходится с фактическим.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫБесков В.С. Общая химическая технология: Учебник для вузов. – М.: Академкнига, 2005 – 452 с.Бочкарев В.В. Теория химико-технологических процессов. Учеб. пособие. – Томск: ТПУ, 2005. – 118 с.Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Наука, 1976. - 721 с.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – 9-е изд. – М.: Химия, 1976. – 750 с.Краткий справочник физико-химических величин / [Сост.: Н. М. Барон и др.]; Под ред. А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. - 10-е изд., испр. и доп. - СПб. : Иван Федоров, 2009. – 237с.Средин В.В. Тарасенков П.М. Оборудование и трубопроводы установок каталитического риформинга и гидроочистки. – Л.: Гостоптехиздат 1966.– 240сСутягин В.М., Бочкарев В.В. Основы проектирования и оборудование производств органического синтеза: Учебное пособие /В.М. Сутягин, В.В. Бочкарев; Томский политехнический университет. – 2-еизд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 188 с.Технологический расчет реактора каталитического риформинга. Методическое пособие. – М, 1995. – 29 с.