Практическая работа по дисциплине «Машины и аппараты нефтегазопереработки» для СибГУ

Практическое занятие № 18   Тема практических занятий: Расчет реакционной камеры и реакционных змеевиков термического крекинга под давлением План практических занятий: Расчет основных параметров реакционной камеры и реакционных змеевиков термического крекинга под давлением   Процесс термического крекинга в настоящее время применяется на нефтеперерабатывающих заводах топливного профиля как про­цесс легкого крекинга. Определение скорости реакции. На практике для удобства за скорость реакции термического крекинга принимают количество крекинг-бензина, образующегося в единицу времени, т. е. его вы­ход. Подобная условность допустима в пределах прямой пропор­циональности выхода бензина от глубины разложения нефтяного сырья. Зависимость выхода бензина от температуры при одной и той же продолжительности реакции определяется уравнением   ,                                      (18.1)   где X₁ и Х₂—выход бензина при температурах t₁ и t₂ соответственно, % масс; α — температурный градиент. Скорость образования бензина   ,                       ,                          (18.2)   где х₂ и Х — скорости образования бензина, % масс, в единицу времени; К — температурный коэффициент. Температурные градиент и коэффициент зависят от энергии ак­тивации и температуры процесса. В среднем энергия активации процесса термического крекинга составляет 209,3—251,2 кДж/моль. [1,2] Если известно время τ₁ необходимое для получения определен­ного выхода бензина при температуре t₁, то время, необходимое для того же выхода бензина при температуре t₂, можно вычислить по формулам   ,          ,                (18.3)   где τ₁ τ₂— время, в течение которого получают определенный выход бензина при температуре t₁ и t₂, мин; α, K_t — температурные коэффициент и градиент ско­рости термического крекинга (табл. 18.1).  

Таблица 18.1 – Температурные коэффициенты и градиенты скорости термического крекинга   Kt при температуре, °С α при температуре,°C   Сырье 400 450 500 550 400 450 500 550 Газойлевая фракция     Гудрон 1,83 1,68 1,58 1,5 11,5 13,3 15,2 17,2 — — — — 12,2 15,0 17,0 —

  Составление материального баланса. Различают материальные балансы установки термического крекинга при условии полной или частичной рециркуляции промежуточных фракций и за однократ­ный пропуск сырья. Ниже приведены методы расчета выходов про­дуктов термического крекинга. Для определения выхода бензина при термическом крекинге с полной рециркуляцией промежуточных фракций С. Н. Обрядчи­ков предложил формулу   ,                (18.4)   где Х_б — выход бензина, % масс.; d₀, d_c,d_б — относительные плотности при 15,6 °С остатка, сырья и бензина; q_р — теплота реакции, кДж/кг бензина. При выводе этой формулы выход газа был принят равным 20,0% масс, от образовавшегося бензина. Нельсон [2] на основе эмпирических формул построил график зависимости выхода бензина (в % объемн.) от разности плотностей сырья и остатка. Если известны выходы продуктов термического крекинга за од­нократный пропуск сырья, то можно составить материальный ба­ланс процесса в случае полной рециркуляции промежуточных фракций [3, 4]. При этом допускается, что промежуточные фрак­ции при повторном крекинге ведут себя аналогично исходному сырью. Для этой цели определяют коэффициент загрузки трубча­той печи по формуле   ,                      (18.5)   где Кз — коэффициент загрузки трубчатой печи; а — массовая доля рециркули­рующих промежуточных фракций на исходное сырье установки; G_c, G_ПР.П — массы соответственно исходного сырья установки и рециркулирующих промежу­точных продуктов, кг/ч. Значение, а находят из уравнения   ,                        (18.6)     где х_г, х_б, х₀ — выход соответственно газа, бензина и остатка за однократный пропуск сырья, % масс. Выход продуктов термического крекинга в случае полной рециркуляции промежуточных фракций определяют из уравнения   ,                           (18.7)   где Х_г, Х_б, Х₀ — выход соответственно газа, бензина и остатка в случае полной рециркуляции промежуточных фракций, % масс. Расчет реакционного змеевика печи термического крекинга [3,5]. Для расчета реакционного змеевика печи тяжелого сырья по методу Обрядчикова [3] необходимо определить выход бензина (в %масс.)   в единицу времени при 470 °С. Известно, что скорость реакции крекинга тяжелого  сырья при 450 °С равна 0,4% масс, бензина за 1 мин. Отсюда определяют продолжительность  пре­бывания сырья в зоне реакции, необходимую для образования за­данного количества бензина. Зная давление и среднее содержание (выход) бензина в реакционном змеевике,определяют плотность паро-жидкостнои смеси ρ_см⁴⁷⁰. Затем вычисляют скорость движения продуктов крекинга в змеевике (и, м/с).     ,                                          (18.8)     где и₀ — скорость движения сырья в трубах печи, условно принимаемая для жидкого сырья при 20 °С, м/с; ρ— плотность сырья при 20 °С, кг/м³; ρ_см⁴⁷⁰ —плот­ность парожидкостной смеси, кг/м³. Длина реакционного змеевика печи легкого крекинга составля­ет (L, м)   L = иτ.                                   (18.9)     Расчет реакционной камеры. Обычно применяют необогреваемые реакционные камеры. В них происходит углубление реакции крекинга на 20—25% от общей глубины. Скорость движения паров в реакционной камере принимается равной 0,1—0,3 м/с. Для опре­деления диаметра реакционной камеры необходимо подсчитать снижение температуры и объем паровой фазы в камере. Высоту камеры определяют по продолжительности пребывания в ней паров.   Контрольные вопросы 1 Что принимают за скорость реакции термического крекинга? 2 От чего зависят температурные градиетн и коэффициент? 3 Какие камеры обычно прменяют в нефтегазопереработке?   Задачи   1 Продолжительность термического крекинга гудрона при t₁ = 425°C и выходе бензина 6,2% масс, составляет τ₁=2 мин. Определить продолжитель­ность крекинга (τ₂) при t₂=480°С и той же глубине разложения. 2 Продолжительность термического крекинга гудрона при t₁ = 450°C и выходе бензина 15,6% масс, составляет τ₁= 33 мин. Определить продолжи­тельность крекинга (τ₂) при t₂=500°С и той же глубине разложения. 3 При термическом крекинге гудрона в течение τ— 11 мин при t₁=450 °С выход бензина 5,1% масс. Сколько бензина (Х₂) образуется за это же время при t₂= 420 °С? 4 Скорость термического крекинга газойлевой фракции при t₁= 500°С составляет x₁ = 5% масс, бензина в 1 мин. Какова скорость крекинга при  t₂ =460 °С? 5 В трубчатой печи термического крекинга мазута (d₄²⁰ =0,953) [5] при 470 °С и 2,45 МПа образуется 6% бензина. Определить длину труб ре­акционного змеевика методом Обрядчикова, если загрузка печи G_c = = 80 000 кг/ч и скорость движения (по холодному сырью) u = 0,85 м/с.