Материал: Еvdokimova10

экологической точки зрения гораздо менее вреден, чем ароматика и различного рода присадки, повышающие детонационную стойкость. Также наличие лёгких фракций в автобензинах определяет стабильную работу двигателей внутреннего сгорания на стадии пуска особенно при пониженных температурах в зимних условиях эксплуатации.

Высокие детонационная стойкость и испаряемость продуктов изомеризации углеводородов С5 и С6 обусловливают их исключительную ценность в качестве низкокипящих высокооктановых компонентов неэтилированных автобензинов.

В настоящее время в России и за рубежом работает более 100 установок изомеризации парафиновых углеводородов с использованием различных бифункциональных катализаторов. В последние годы изомеризация легких бензиновых фракций становится по существу стратегическим «бензиновым» процессом, обеспечивающим октановые характеристики суммарного бензинового фонда [12].

Ввод в эксплуатацию установки изомеризации одновременно решает следующие задачи:

-снижение доли автомобильного бензина с низким октановым числом в «бензиновом пуле» с 41,7 до 9,8% масс.;

-снижение содержания бензола в тяжелом риформате до 1 % масс.;

-производство стабильного изомеризата с ОЧ=86 пунктов и использование его в качестве компонента автомобильных бензинов с улучшенными характеристиками;

-организация производства экологически чистых автобензинов по нормам Евро-4 и Евро-5 в объеме 90,2 % масс. [13].

Рисунок 2.1 – Схема установки изомеризации «за проход»

21

2.1 Исходные данные

В таблице 2.1 представлены варианты исходных данных для расчета реактора изомеризации.

Таблица 2.1 – Варианты заданий для расчета реактора изомеризации

По данным об имеющимся сырье принимаем производительность установки 100 тыс. тонн в год. Сырьём является фракция нк-62оС каталитического риформинга (таблица 2.2). Число рабочих дней установки принимаем 300 дней в году.

22

Таблица 2.2 – Состав сырья блока изомеризации

2.2 Расчёт реактора изомеризации

По данным с существующих установок с использованием катализатора СИ-2 принимаем степень конверсии н-парафинов:

-н-пентана – 98,4%,

-н-гексана – 98,7%.

Также принимаем выход побочных продуктов в % масс. на продукт:

-углеводороды ниже С5 – 2,2%,

-углеводороды выше С6 – 1,3%,

-потери 0,004%.

2.2.1 Материальный баланс реактора

Аналогично по данным с существующих установок принимаем, что блок подготовки сырья изомеризации обеспечивает выделение фракции, содержащей 90,32% н-пентана. Состав сырья реактора Р-2 представлен в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Состав сырья реактора Р-2

По принятым степеням конверсии и выходу побочных продуктов

где G(iC5) – суммарный выход изопентана, кг/ч; G(iC5)сыр – содержание изопентанов в сырье, кг/ч; G(нС5) – содержание н-пентанов в сырье, кг/ч; к(С5)

– степень конверсии н-пентанов.

где G(iC6) – суммарный выход изогексанов, кг/ч; G(iC6)сыр – содержание изогексанов в сырье, кг/ч; G(нС6) – содержание н-гексанов в сырье, кг/ч; к(С6) – степень конверсии н-гексанов.

Состав продуктов реактора представлен в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Состав продуктов реактора

2.2.2 Тепловой баланс реактора

Основная задача расчета теплового баланса заключается в нахождении температуры сырья на входе в реактор. Так как процесс изомеризации происходит с выделением тепла от 6 до 8 кДж/моль, то для поддержания температуры реакции необходимо найти количество тепла, выделавшегося в процессе реакций изомеризации.

Примем конечную температуру продуктов изомеризации 130оС, теплоту реакции изомеризации 7 кДж/моль.

Принимая, что в процессе изомеризации подвергаются только пентаны и гексаны, с учетом количества молей углеводородов (таблица 2.3) общее количество тепла, выделяющееся при изомеризации пентанов и гексанов

Qреак= 48736,5·0,984·7/1000+811,544·0,987·7/1000=335,697+ 5,607= =341,304 МДж/ч.

По известным конечной температуре процесса и составу продукта, рассчитаем теплосодержание продукта на выходе из реактора. Теплосодержание жидкой фазы углеводородов определим по уравнению

24

qпр=(1,689·t2+0,0017·(t22))·((0,9943· 204+0,00915)0,5)-1, (2.4)

где t2 – конечная температура процесса (130 оС); 204 – средняя плотность компонентов сырья.

где GВСГ – расход ВСГ на выходе из реактора, кг/ч; Gпр – расход смеси углеводородов без ВСГ и потерь на выходе из реактора, кг/ч.

Qпр= 1919,63·7,492+(3885,134-0,15-7,492)· 305,709=1199,767 МДж/ч.

Зная тепловой эффект реакции, а также энтальпию продуктов на выходе из реактора можно определить теплосодержание сырьевой смеси (Q0c) поступающей в реактор по формуле

Q0c=1199,767 - 341,304=858,463 МДж/ч.

Методом подбора температуры на входе сырья в реактор и рассчитывая значение энтальпии смеси, необходимо добиться, чтобы значение рассчитанной энтальпии было равно ранее полученному, исходя из теплового баланса (Q0c).

Пусть температура сырья на входе в реактор составит t0=93,7оС. Рассчитаем, зная компонентный состав сырья (таблица 2.3), его теплосодержание при t0 по формуле (2.4). Среднюю плотность углеводородов сырья рассчитаем исходя из их массовых долей (таблица 2.4).

Теплосодержание углеводородной смеси на входе в реактор составит qсыр=(1,689·93,7+0,0017·(93,72))·((0,9943·0,6235+0,00915)0,5)-1=218,342 кДж/кг.

Таблица 2.5 – Расчёт плотности углеводородов в сырье

Теплосодержание ВСГ находим по (2.6)

qВСГ=10,976·93,7 + 492,68=1521,183 кДж/кг.

25