Термический крекинг и висбрекинг тяжелого нефтяного сырья

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

по курсовому проектированию по дисциплине

«Химическая технология топлив»

для студентов специальности 240.403 – 65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

очной и заочной форм обучения.

Тюмень, 2008

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: доцент, к.х.н. Трушкова Л.В.

© государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2008 г.

Технология термических и каталитических процессов

Расчёт реакционных устройств термических процессов.

Термический крекинг и висбрекинг тяжелого нефтяного сырья

Характеристика процесса. Термический крекинг нефтяных остатков с получением высокооктановых компонентов бензина в последние годы утратил свое первоначальное значение. В настоящее время большее распространение получает лёгкая форма термического крекинга – висбрекинг, который осуществляется при давлениях до 2 МПа и температурах до 450 °С. Цель висбрекинга заключается в получении котельного топлива за счет понижения вязкости исходного сырья – гудрона. Наряду с котельным топливом образуется некоторое количества газа, бензина и дизельной фракции. Средние выходы продуктов приведены ниже:

Массовый выход, %:

Газ 3 – 4

Бензин 7 – 8

Дизельная фракция 8 – 9

Котельное топливо 79 – 82.

Основным реакционным аппаратом висбрекинга является трубчатая печь, в которой под действием температуры происходит частичный крекинг сырья и его «облегчение».

Расчет печи висбрекинга сводится к определению скорости процесса, выходов продуктов и геометрических размеров змеевика печи.

Скорость процесса[ 1] .

Суммарная скорость процесса термического крекинга является результирующей скоростью отдельных химических реакций разложения, конденсации, полимеризации и т.п. Из-за многокомпонентности сырья невозможно учесть все химические реакции. Поэтому на практике условно понимают под скоростью процесса выход бензина в единицу времени (рассматривая как реакцию первого порядка).

Выход бензина выражается уравнением

(1)

или

(2),

где : , -массовый выход бензина при температурах t₁ и t₂ ; % ;

α– температурный градиент;

К_t – температурный коэффициент;

Значения температурных коэффициентов и градиента представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Величины температурных коэффициентов и градиентов скорости крекинга

Сырье	Кt при температуре, °С	ά при температуре, °С
	4 400
Мазут	1,8	1,7	1,6	1,5	11,5	13,3	15,2	17,2
Гудрон	1, 1,7	1,6	-	-	12,2	15,5	17,7	-

Взаимосвязь между температурами и продолжительностью процесса устанавливается уравнением

(3)

или (4),

где t_{1 ,} t₂ – время, необходимое для достижения одинаковой глубины превращения (выхода бензина) при температурах t₁ и t₂ , с.

Пример 1. Время пребывания гудрона в печи висбрекинга при 420° С составляет 3000 с. Каким будет время пребывания при 450° С, если глубина превращения сырья остается той же?

Решение: По данным таблице 1 методом интерполяции находит значение среднего температурного градиента и среднего температурного коэффициента в интервале температур 420 - 450°С.

α = 14,2 ; К_t = 1,65

По формуле (3).

=3000*2^-2,1 ;

lg τ₂ = lg 3000 – 2,1 lg 2 = 2,84 ;

τ₂ = 692 с.

Проверим результаты по формуле (4).

τ₂ = 3000*1,65^{-0,1(450-420)} = 3000*1,65^-3 ;

lg τ₂ = lg 3000 – 3 lg 1,65 = 2,82 ;

τ₂ = 661 с.

Получим удовлетворительную сходимость результатов.

Материальный баланс процесса. Особенностью висбрекинга, как вторичного процесса, является частичная или полная рециркуляция непревращенного сырья. В материальных балансах установок обычно отражают суммарный выход каждого продукта с учетом рециркуляции. Для подсчета суммарного выхода вводится величина К_р :

К_р = G_с/ G_р (5)

и коэффициент загрузки К_з :

К_з = (G_с + G_р ) / G_с = 1 + К_р (6) ,

где G_с – расход свежего сырья, кг/с ;

G_р – расход циркулирующего остатка или фракции, кг/с.

Если известна массовая доля какого-либо продукта, образовавшегося за однократный пропуск, х_ί (%), суммарный выход при полной циркуляции непревращенного сырья определится

X_ί = х_ί (1+ К_р) = х_ί*к₃ .