Горизонтальный теплообменник с плавающей головкой типа 500ТПГ-2,5-М1-0/25Г-3-2-У-И-Курсовая работа-Оборудование транспорта и хранения нефти и газа

Горизонтальный теплообменник с плавающей головкой типа 500ТПГ-2,5-М1-0/25Г-3-2-У-И-Курсовая работа-Оборудование транспорта и хранения нефти и газа
РЕФЕРАТ
Курсовой проект 54 с. машинописного текста, 8 рисунков, 5 таблиц, 9 использованных источников

УСТАНОВКА ГИДРОКРЕКИНГА В СТАЦИОНАРНОМ СЛОЕ КАТАЛИЗАТОРА, ГИДРОКРЕКИНГ, ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ С ПЛАВАЮЩЕЙ ГОЛОВКОЙ, РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ КОРПУСА И ТРУБНОЙ РЕШЕТКИ, ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Цель курсового проекта заключалась в систематизации, закреплении, расширении и углублении практических знаний при изучении дисциплин «Конструирование и расчет машин и аппаратов отрасли», «Машины и аппараты нефтегазопереработки» и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин. Кроме того, при выполнении курсового проекта мною были приобретены навыки целенаправленно работать с учебной, научно-технической и справочной литературой, каталогами промышленного оборудования, технологическими регламентами, стандартами и другими нормативно-техническими документами.
Объект проектирования курсового проекта:
- теплообменник установки гидрокрекинга в стационарном слое катализатора.










ВВЕДЕНИЕ


На современных нефтеперерабатывающих заводах мира гидро-крекинг является главнейшей составляющей глубокой переработки нефти. Гидрокрекинг — процесс переработки различных нефтяных дистиллятов (реже остатков) под давлением водорода при умеренных температурах на бифункциональных катализаторах, обладающих гидрирующими и кислотными свойствами. Гидрирующие свойства катализатора позволяют получать без образования кокса продукты, во многом сходные с продуктами каталитического крекинга, но значительно менее ароматизированные, очищенные от серы и азота и не содержащие непредельных соединений.
В качестве сырья гидрокрекинга используются вакуумные дис-тилляты широкого фракционного состава, а также остатки сернистых нефтей. Могут использоваться дистилляты и остатки вторичного происхождения (висбрекинга, коксования, термического и каталитического крекингов), однако в сырье ограничивается содержание металлов

 1 Литературный обзор

 1.1 Процесс гидрокрекинга нефтяных фракций

 На современных нефтеперерабатывающих заводах мира гидро-крекинг является главнейшей составляющей глубокой переработки нефти. Гидрокрекинг — процесс переработки различных нефтяных дистиллятов (реже остатков) под давлением водорода при умеренных температурах на бифункциональных катализаторах, обладающих гидрирующими и кислотными свойствами. Гидрирующие свойства катализатора позволяют получать без образования кокса продукты, во многом сходные с продуктами каталитического крекинга, но значительно менее ароматизированные, очищенные от серы и азота и не содержащие непредельных соединений.
 Под воздействием давления водорода, температуры и катализатора в процессе гидрокрекинга протекают реакции гидрогенолиза гетероорганических соединений азота, серы и кислорода, гидрирования полиароматических структур, раскрытия нафтеновых колец, деалкилирования циклических структур, расщепления парафинов и алкильных цепей, изомеризации образующихся осколков, насыщения водородом разорванных связей. Превращения носят последовательно-параллельный характер и обуславливаются природой соединений, молекулярной массой, энергией разрываемых связей, каталитической активностью катализатора и условиями процесса.
Процесс осуществляется в двух модификациях:
  - легкий гидрокрекинг под давлением водорода от 5 до 10 МПа, степень превращения 50-60%;
  - глубокий гидрокрекинг под высоким давлением водорода от 10 до 20 МПа, степень конверсии 90% . Эта модификация процесса в последние десятилетия ХХ-го столетия получила широкое развитие. При конверсии сырья 90% и более обеспечивается высокий выход продуктов: бензиновой, керосиновой и дизельной фракций, практически свободных от серы и азота.
  Достоинства гидрокрекинга:
  - большая гибкость, позволяющая вести процесс с разной сте-пенью конверсии и направленностью с учетом сезонных колебаний спроса на бензин, реактивные и дизельные топлива;
  - возможность использования широкого ассортимента сырья, порою трудно крекируемого в процессе каталитического крекинга;
  - высокий выход целевого продукта;
  - небольшое количество серо- и азотсодержащих соединений в продуктах процесса;
  - высокая экологическая чистота процесса.
 К началу 1999 г. в мировой нефтеперерабатывающей промыш-ленности на установках гидрокрекинга перерабатывалось 201 млн.т сырья, львиная доля этого объема (более 88,5%) приходилось на США. Страны Азиатско-Тихоокеанского региона перерабатывали 36,7 млн.т/год, Западной Европы —33,9 млн.т/год, Ближнего и Среднего Востока — 28,2 млн.т и только на Восточную Европу и страны СНГ приходилось 7,8 млн.т. Причем в России и в странах СНГ этот процесс практически не внедрен.
Основными зарубежными фирмами-разработчиками этого процесса в настоящее время являются "Юнокал", UOP, Shevron. В Советском Союзе много разработок по гидрокрекингу как низкого, так и высокого давления принадлежат ВНИИНП.
 В качестве сырья гидрокрекинга используются вакуумные дис-тилляты широкого фракционного состава, а также остатки сернистых нефтей. Могут использоваться дистилляты и остатки вторичного происхождения (висбрекинга, коксования, термического и каталитического крекингов), однако в сырье ограничивается содержание металлов (никеля и ванадия) — менее 1 ррт, азота — не более 0,12% мас. Коксуемость этого сырья не должна превышать 0,03% массы [1].
1.2 Сущность процесса и химизм реакций, происходящих при гидрокрекинге

Процесс гидрокрекинга под высоким давлением, или глубокий гидрокрекинг, осуществляется на бифункциональных катализаторах, содержащих в качестве гидрирующих компонентов металлы VI и VII групп таблицы Менделеева, чаще всего в виде оксидов и сульфидов молибдена, никеля, кобальта, ванадия. Крекирующая и расщепляющая функция катализатора обуславливается кислотными центрами носителя, в качестве которого используются окись алюминия или алюмосиликаты. Аморфные алюмосиликаты используются для производства средних дистиллятов, цеолитсодержащие — при получении максимума бензиновых фракций. Процесс идет в среде высокоочищенного водорода при давлении до 20 МПа. В этом процессе происходит одновременное расщепление молекул углеводородной части сырья и их гидрирование. Отличительной чертой процесса является получение продуктов значительно меньшей молекулярной массы, чем исходное сырье. В этом отношении процесс гидрокрекинга имеет некоторое сходство с каталитическим крекингом, но его основное отличие — это присутствие водорода, который тормозит реакции, протекающие по цепному механизму. Поэтому в продуктах гидрокрекинга отсутствуют или содержатся в незначительном количестве низшие углеводороды — метан, этан. Гидрокрекингу присущи также основные реакции, происходящие при обычной гидроочистке, то есть гидрирование ненасыщенных углеводородов и удаление сернистых, кислородных и азотных соединений.
Таким образом, гидрокрекинг как бы сочетает в себе процесс гидрокрекинга с гидроочисткой.
Важнейшими реакциями гидрокрекинга являются:
- разрыв парафиновых углеводородов по связи С-С;
- гидрирование присутствующих в сырье, а также вновь образовавшихся ненасыщенных углеводородов;
- гидродеалкилирование алкилароматических соединений с превращением их в ароматические или раскрытие ароматического кольца с образованием углеводородов парафинового ряда. Возможно также образование изопарафинов;
- гидрирование моно-, би- и полициклических ароматических соединений;
- крекинг и насыщение кислородных, сернистых и азотистых соединений по связям С-0, C-S и C-N;
- разложение металлоорганических соединений на металлы и соответствующие углеводороды;
- полимеризация и коксообразование с отложением кокса на поверхности катализатора и в его порах.
Химизм реакций, происходящих при гидрокрекинге, довольно хорошо изучен. Большой вклад в изучение этой проблемы внесли ученые России В.Н.Ипатьев, М.С.Немцов, В.И.Каржев, Д.И.Орочко, И.В.Калечиц, А.В.Агафонов и другие. Превалирующей реакцией является реакция разрыва по связи С-С с последующим насыщением образовавшихся олефинов. Причем разрыв происходит, как правило, посередине (или ближе к середине) молекулы ароматических углеводородов. Поэтому в продуктах гидрокрекинга присутствует так мало углеводородов с одним или двумя углеродными атомами, а преобладают соединения с большим числом углеродных атомов (С4 и выше), составляющие основу легких и средних дистиллятов. Например, при гидрокрекинге декана могут образо-ваться две молекулы нормального пентана или изопентана:

Олефиновые углеводороды, присутствующие в сырье или образующиеся в результате разложения самого сырья, насыщаются водородом, молекулы которого активизируются на поверхности катализатора, превращаясь в протон водорода Н+, например:
сн3- сн = сн-сн3+ 2н+— сн3-сн2-сн2-сн3.
При расщеплении парафинового и олефинового сырья арома-тические углеводороды не образуются, поскольку реакции конденсации и циклизации в среде высокого давления водорода и в присутствии гидрирующих катализаторов подавляются. Все основные реакции гидрокрекинга проходят через образование промежуточного углеводородного соединения — карбоний-иона, обладающего зарядом.
Предполагается, что реакция изомеризации нормального пентана обусловлена тем, что катализатор отщепляет от углеводорода гидрид-ион водорода, что приводит к образованию карбоний-иона, который затем претерпевает различные изменения и превращается в изопентан.
Изомеризация более тяжелых углеводородов происходит таким же путем, но при этом на катализаторах отщепляется не гидрид-ион, а карбоний-ион, в результате происходит образование нескольких изомеров более разветвленной структуры.
Обычно изомеризация парафиновых углеводородов проходит через стадию образования олефинов, которые при гидрокрекинге активнее подвергаются изомеризации. Непосредственно изомеризация парафиновых углеводородов может проходить в присутствии более активных изомеризующих катализаторов на цеолитной основе.

При гидрокрекинге алкилароматических углеводородов под давлением до 10 МПа длинные боковые цепи легко отщепляются. Если гидрокрекинг проводят под высоким давлением, одновременно с отщеплением боковых цепей возможна их изомеризация. При этом также возможно гидрирование ароматического кольца с возможным разрывом его по следующему механизму, например: имеется боковая цепь. В этом случае гидрирование самого кольца облегчается. В чистом же виде бензольное кольцо гидрируется в незначительной степени. При этом повышение температуры процесса способствует превращению бензольного кольца в конечном результате в изопарафиновые углеводороды. Гидрирование бициклических ароматических соединений проходит через образование гидроароматических соединений, например, тетралина. Дальнейшее превращение тетралина идет двумя путями: через образование алкилбензола и декалина в результате гидрирования второго кольца. В первом случае конечным продуктом превращения является бензол, во втором случае — циклогексан.
Сернистые, азотистые, кислородные, а также металлоорганические соединения при гидрокрекинге претерпевают значительные изменения. Из сернистых наиболее активны меркаптаны и сульфиды, затем тиофены и бензтиофены.
У меркаптанов происходит прямая деструкция связи C-S с об-разованием сероводорода и соответствующего углеводорода. Аро-матические и алкилароматические сульфиды также претерпевают полное превращение. Схематически превращение всех этих соединений можно представить в следующем виде.
Степень превращения тиофанов и тиофенов с разрывом кольца значительно ниже и требует более высоких температур и давлений.
Азотистые соединения труднее удаляются при гидрокрекинге, чем сернистые. Их превращения проходят через стадию гидрирования колец с образованием промежуточных продуктов, которые в итоге расщепляются до соответствующего углеводорода и аммиака. Азотистые соединения частично превращаются в соединения меньшей молекулярной массы, которые концентрируются в продуктах гидрокрекинга, в частности в дизельных фракциях. Они придают дизельным топливам нестабильный характер, влияющий на их цвет. Уменьшение содержания азотистых соединений возможно в большей степени только за счет гидрокрекинга под давлением не ниже 15 МПа. В качестве носителя катализатора в этом случае лучше использовать алюмосиликат, а не оксид алюминия.
 Кислородные соединения при гидрокрекинге претерпевают практически полное превращение с образованием соответствующего углеводорода и воды. Удаление металлов, содержащихся в сырье в качестве металлоорганических соединений, происходит также полностью, однако при этом они отлагаются на поверхности катализатора, в результате чего необратимо падает активность катализатора. Полнота удаления ванадия при гидрокрекинге превышает 95% , а натрия — в два раза ниже. Изложенные основные химические превращения характерны для всех известных модификаций процесса гидрокрекинга [1].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 Процесс гидрокрекинга предназначен в основном для получения малосернистых топливных дистиллятов из различного сырья. Обычно гидрокрекингу подвергают вакуумные и атмосферные газойли, газойли термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты и реже мазуты и гудроны с целью производства автомобильных бензинов, реактивных дизельных топлив, сырья для нефти химического синтеза, а иногда сжиженных углеводородных газов (из бензиновых фракций). Водорода при гидрокрекинге расходуется значительно больше, чем при гидроочистки тех же видов сырья.
 Гидрокрекинг осуществляется в одну или две ступени на неподвижном (стационарном) слое катализатора при высоком парциальном давлении водорода. По технологическому оформлению модификации процесса различают преимущественно применяемыми катализаторами. При производстве топливных дистиллятов из прямогонного сырья обычно используют одноступенчатый вариант рециркуляцией остатка, совмещая в реакционной системе гидроочистку, гидрирование и гидрокрекинг. При двухступенчатом процессе гидроочистку и гидрирование сырья проводят в первой ступени, а гидрокрекинг во второй. В этом случае достигается высокая глубина превращения тяжелого сырья.
При выполнении курсового проекта была изучена принципиальная схема установки гидрокрекинга в стационарном слое катализатора. Произведен уточненный и проверочный расчеты теплообменного аппарата, определена поверхность нагрева, выбран тип теплообменного аппарата по каталогу (500ТПГ-2,5-М1-0/25Г-3-2-У-И).
В механическом разделе проведен выбор конструктивных параметров теплообменного аппарата, расчеты толщины стенки корпуса и трубной решетки, выбор фланцевого соединения и прокладки.
Выбран горизонтальный теплообменник с плавающей головкой типа 500ТПГ-2,5-М1-0/25Г-3-2-У-И.