Расчет реакторов на установках каталитического риформинга

· Определение основных размеров

· Задачи

Каталитический риформинг является основным процессом в про­изводстве высокооктанового автомобильного бензина и аромати­ческих углеводородов. Процесс осуществляют при 470-540°С, 1,4-5,05 МПа. Катализаторами служат оксиды молибдена и хро­ма, молибдат кобальта и платина. Малоактивные оксидно-хромовые и оксидно-молибденовые катализаторы вытеснены более актив­ными платиновыми и платино-рениевыми. Все установки каталитического риформинга можно разделить на две группы: со стационарным слоем катализатора с циркулиру­ющим катализатором. Наиболее распространен каталитический риформинг со стационарным платиновым катализатором, извест­ный под названием платформинг. Высокая активность и большой срок службы платины позволили отказаться от ранее применяе­мых катализаторов; Каталитический риформинг в кипящем слое алюмомолибденового катализатора широкого раопространения не получил. Платформинг обычно осуществляют в трех реак­торах с промежуточным подогревом сырья. В первом реакторе глубина превращения 50-55%, во втором 25-35 и в третьем 15-25%. Скорость движения смеси сырья и циркулирующего газа в реакторах 0,3-0,5 м/с на полное сечение аппарата. Кроме того, иногда устанавливают еще два реактора: один для предва­рительной гидроочистки сырья, другой для гидрирования олефинов в жидких продуктах платформинга, когда установка предна­значена для производства ароматических углеводородов. Содер­жание олефинов 0,3-1,3% масс.

Рис. 6. Зависимость октанового числа сырья платформинга от характеризую­щего фактора и средней температуры кипения. Цифры на кривых - средняя температура кипения сырья

Рис 7. Зависимость октанового числа катализата от его выхода в процессе каталитического риформинга для сырья со средней температурой кипения

107 ^оС.

Цифры на кривых - октановое число сырья (по исследовательскому методу).

Размеры реакторов установки платформинга определяют сле­дующим образом.

1. Определяют объем катализатора в реакторе (V_к.р., м)

где V_с - объем сырья при 20 °С, м⁸/ч; ω - объемная скорость подачи сырья, ч^-1.

2. Подсчитывают объем смеси сырья и циркулирующего водородсодержащего газа в условиях реактора (V_см, м³/с).

3. Находят сечение (F,м²) реактора

где и - линейная скорость движений сырья и циркулирующего газа, м/с

4. Диаметр определяют по формуле (27).

5. Определяют общую высоту (h_k, м) слоя катализатора, на­ходящегося во всех реакторах

На установках с целью более равномерного превращения сырья практикуется следующее распределение катализатора по реакторам: в первом 15%, во втором 30, и в третьем 55%. Раз­меры всех трех реакторов одинаковы. В этих случаях определя­ют высоту (h^/, м) слоя катализатора в третьем реакторе

Находят высоту (h^/₁, м) цилиндрической части третьего ре­актора

Рис. 8. Зависимость октанового числа катализата от его выхода в процессе ка­талитического риформинга.

Сплошные линии - сырье со средней температурой кипения 163 °С; пунктирные линии – сырье со средней температурой кипения 149 ^oС; цифры на кривых - октановое число сырья (по исследовательскому методу).

Подсчитывают общую высоту (Н',м) третьего реактора

Общая высота реактора включает высоту цилиндрической ча­сти и двух полушаровых днищ.

Размеры остальных двух реакторов принимают равными раз­мерам третьего.

Пример 1. Определить размеры и число реакторов на установ­ке платформинга производительностью 940 т/сут, если известно: сырьем служит фракция 30-180 °С (d²⁰₄=0,745; M=116; T_кр=570 °С; Р_kр=2,70 МПа, температура и давление в реакторе 500 °С и 4,04 МПа, объемная скорость подачи сырья ω= 1,5 ч^-1; кратность циркуляции водорода 1000 м³/м³ сырья; скорость дви­жения паров сырья и циркулирующего водорода по всему сече­нию реактора u =0,4 м/с.

Решение. Находят объем паров сырья по формуле (113). При­веденная температура

Приведенное давление

Фактор сжимаемости Z=0,80

Определяют объем циркулирующего газа (фактор сжимаемо­сти для водорода z=1)

Находят общий объем катализатора в реакторах по уравне­нию (122):

Подсчитывают сечение и диаметр реактора по уравнениям (123) и (27):

Общая высота катализаторного слоя во всех реакторах

Число реакторов принимают равным трем. Распределение ка­тализатора по реакторам принимают 1:2:4. Расчет ведут по по­следнему реактору.

Высота слоя катализатора

Высота цилиндрической части реактора по уравнению (125)

Общая высота реактора по уравнению (126)

Пример 2. На установке платформинга производительностью 25000 кг/ч по сырью перерабатывают фракцию 110-180°С ( d²⁰₄=0,762; М=120; Р_кр=572 К; Р_кр=2,8 МПа). Определить температуру выхода (продуктов реакции из первого реактора, если известно: температура сырья и циркулирующего газа на входе а реактор 525 и 550 ^оС; давление в реакторе 3,03 МПа; выход (в % масс.) сухого газа 6,4; бутановой фракции (Т_кр=425 К, Р_кр=3,6 МПа) 9,2, катализата (d²⁰₄ =0,777; Т_кр = 560⁰С; Р_кр =2,62 МПа; М=110) 84,4; состав сухого газа (в % масс.): Н₂ 14; С₁ 4,6; С₂ 11; С₃ 40,4; циркулирующего газа (в % масс.): Н₂ 58,8; С₁ 5; С₂ 6,7; С₃ 29,4; кратность циркулирующего газа 800 м³/м³ сырья; глубина превращения в первом реакторе 50%; теплота реакции q_р=418 кДж/кг превращенного сырья.