Помощь студентам в учебе
Моделирование реактора гидроочистки дизельного топлива
|
Введение 14
1. Химизм процесса 15
1.1 Реакции сероорганических соединений. 15
1.2 Реакции кислородосодержащих соединений. 17
1.3 Реакции азотосодержащих соединений. 17
1.4 Металлосодержащие соединения. 18
1.5 Реакции гидрирования хлоросодержащих соединений. 18
1.6 Реакции углеводородных соединений. 19
2. Катализаторы гидроочистки 20
2.1 Активность катализатора (производительность) 21
2.2 Селективность катализатора 28
2.3 Износостойкость и прочность катализатора 28
2.4 Период регенерации и срок службы катализатора 30
3. Сравнительный анализ существующих конструкций реакторов для
осуществления данного процесса 32
3.1 Реактор с аксиальным вводом сырья 33
3.2 Реактор с радиальным вводом сырья 35
3.3 Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора 37
3.3.1 Принципы работы с псевдоожиженным слоем 37
3.3.2 Режимы псевдоожижения 40
3.3.3 Влияние размера частиц и плотности 42
3.3.4 Перемешивание и унос твердых частиц 43
3.3.5 Массоперенос в псевдоожиженных слоях 44
3.3.6 Конструкция реактора с псевдоожиженным слоем 47
3.3.6.1 Распределитель газа 4711
3.3.6.2 Разделение частиц 56
Постановка задач исследования 62
4. Экспериментальная часть 63
4.1 Выбор катализатора 63
4.2 Гидродинамические показатели псевдоожиженного слоя. 64
4.2.1. Расчет скоростей псевдоожиженния (катализатор ГКД-202) 64
4.2.2. Расчет скоростей псевдоожиженния (мелкодисперсный
катализатор) 67
4.3 Расчет реакторов гидроочистки дизельного топлива с неподвижным и
псевдоожиженным слоем катализатора 71
4.3.1 Механический расчет реакторов 72
4.3.2. Расчет размеров реактора с неподвижным слоем катализатора
4.3.6 Расчет потери напора в стационарном слое катализатора 76
4.3.4 Расчет размеров реактора с псевдоожиженным слоем (катализатор
ГКД-202) 77
4.3.5 Расчет размеров реактора с псевдоожиженным слоем ( катализатор
мелкодисперсный ) 79
4.3.6 Расчет потери напора в псевдоожиженном слое катализатора 82
4.3.7 Расчет циклона для реактора с псевдоожиженным слоем
мелкодисперсного катализатора 83
4.4 Анализ температурного профиля по высоте слоя катализатора 86
5. Финансовый менеджмент и ресурсоэффективность 89
5.1 Предпроектный анализ 90
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 90
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 91
5.1.3 Диаграмма Исикавы 9212
5.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 93
5.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 95
5.2 Инициация проекта 95
5.2.1 Цели и результат проекта 95
5.2.2 Организационная структура проекта 97
5.2.3 Ограничения и опущения проекта 97
5.3 Планирование и управление научно-техническим проектом 98
5.3.1 Бюджет научного исследования 98
5.3.2 Организационная структура проекта 102
5.3.3 Матрица ответственности 103
5.3.4 План проекта 103
5.4 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 107
5.4.1 Оценка сравнительной эффективности исследования 107
6. Социальная ответственность 109
6.1. Анализ вредных факторов, которые могут возникнуть при эксплуатации
объекта исследования. 110
6.1.1 Утечка токсичных и вредных веществ в атмосферу. 110
6.1.2 Отклонение микроклимата рабочего помещения. 111
6.1.3 Повышенный уровень шума и вибрации 111
6.1.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны 112
6.2. Анализ опасных факторы, которые могут возникнуть при эксплуатации
объекта исследования. 112
6.2.1. Механические опасности 112
6.2.2. Термические опасности 11313
1. Химизм процесса 15
1.1 Реакции сероорганических соединений. 15
1.2 Реакции кислородосодержащих соединений. 17
1.3 Реакции азотосодержащих соединений. 17
1.4 Металлосодержащие соединения. 18
1.5 Реакции гидрирования хлоросодержащих соединений. 18
1.6 Реакции углеводородных соединений. 19
2. Катализаторы гидроочистки 20
2.1 Активность катализатора (производительность) 21
2.2 Селективность катализатора 28
2.3 Износостойкость и прочность катализатора 28
2.4 Период регенерации и срок службы катализатора 30
3. Сравнительный анализ существующих конструкций реакторов для
осуществления данного процесса 32
3.1 Реактор с аксиальным вводом сырья 33
3.2 Реактор с радиальным вводом сырья 35
3.3 Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора 37
3.3.1 Принципы работы с псевдоожиженным слоем 37
3.3.2 Режимы псевдоожижения 40
3.3.3 Влияние размера частиц и плотности 42
3.3.4 Перемешивание и унос твердых частиц 43
3.3.5 Массоперенос в псевдоожиженных слоях 44
3.3.6 Конструкция реактора с псевдоожиженным слоем 47
3.3.6.1 Распределитель газа 4711
3.3.6.2 Разделение частиц 56
Постановка задач исследования 62
4. Экспериментальная часть 63
4.1 Выбор катализатора 63
4.2 Гидродинамические показатели псевдоожиженного слоя. 64
4.2.1. Расчет скоростей псевдоожиженния (катализатор ГКД-202) 64
4.2.2. Расчет скоростей псевдоожиженния (мелкодисперсный
катализатор) 67
4.3 Расчет реакторов гидроочистки дизельного топлива с неподвижным и
псевдоожиженным слоем катализатора 71
4.3.1 Механический расчет реакторов 72
4.3.2. Расчет размеров реактора с неподвижным слоем катализатора
4.3.6 Расчет потери напора в стационарном слое катализатора 76
4.3.4 Расчет размеров реактора с псевдоожиженным слоем (катализатор
ГКД-202) 77
4.3.5 Расчет размеров реактора с псевдоожиженным слоем ( катализатор
мелкодисперсный ) 79
4.3.6 Расчет потери напора в псевдоожиженном слое катализатора 82
4.3.7 Расчет циклона для реактора с псевдоожиженным слоем
мелкодисперсного катализатора 83
4.4 Анализ температурного профиля по высоте слоя катализатора 86
5. Финансовый менеджмент и ресурсоэффективность 89
5.1 Предпроектный анализ 90
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 90
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 91
5.1.3 Диаграмма Исикавы 9212
5.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 93
5.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 95
5.2 Инициация проекта 95
5.2.1 Цели и результат проекта 95
5.2.2 Организационная структура проекта 97
5.2.3 Ограничения и опущения проекта 97
5.3 Планирование и управление научно-техническим проектом 98
5.3.1 Бюджет научного исследования 98
5.3.2 Организационная структура проекта 102
5.3.3 Матрица ответственности 103
5.3.4 План проекта 103
5.4 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 107
5.4.1 Оценка сравнительной эффективности исследования 107
6. Социальная ответственность 109
6.1. Анализ вредных факторов, которые могут возникнуть при эксплуатации
объекта исследования. 110
6.1.1 Утечка токсичных и вредных веществ в атмосферу. 110
6.1.2 Отклонение микроклимата рабочего помещения. 111
6.1.3 Повышенный уровень шума и вибрации 111
6.1.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны 112
6.2. Анализ опасных факторы, которые могут возникнуть при эксплуатации
объекта исследования. 112
6.2.1. Механические опасности 112
6.2.2. Термические опасности 11313
Целью работы были расчеты конструкций и внутренних устройств
реакторов гидроочистки с неподвижным и псевдоожиженым слоем
катализатора, сравнение их эффективности.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
–анализ конструкций реакторов гидроочистки дизельного топлива;
–исследование существующих катализаторов;
–исследование элементов реактора.
В ходе выполнения выпускной работы была проанализирована
информация о конструкциях современных реакторов гидроочистки.
Проведен подбор катализатора гидроочистки дизельного топлива.
Рассчитаны конструктивные параметры реакторов.
Введение
Нефть является одним из основных ресурсов, влияющих на
энергетический баланс как России, так и других стран мирового сообщества.
Процесс гидроочистки дизельных фракций один из наиболее
масштабных в нефтепереработке. Это связано как с включением в топливные
смеси продуктов переработки тяжелых остатков, так и с постоянным
ужесточением требований к дизельному топливу.
Повышение эффективности гидроочистки возможно за счет повышения
эффективности контакта реакционной смеси с частицами катализатора,
оптимизации температуры по высоте слоя катализатора и организации
непрерывной регенерации катализатора.
Добиться этого можно осуществлением гидроочистки с
псевдоожиженым слоем катализатора.
Благодаря активному движению частиц катализатора в
псевдоожиженом слое, реактора характеризуются интенсивным тепло- и
массообменом, низким гидравлическим сопротивлением слоя катализатора,
возможностью непрерывного отвода и подачи частиц катализатора в слой,
что позволяет регенерировать катализатор без остановки процесса.
В соответствии с заданием на квалификационную работу необходимо
разработать реактора гидроочистки дизельного топлива с псевдоожиженным
и неподвижным слоем катализатора.
реакторов гидроочистки с неподвижным и псевдоожиженым слоем
катализатора, сравнение их эффективности.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
–анализ конструкций реакторов гидроочистки дизельного топлива;
–исследование существующих катализаторов;
–исследование элементов реактора.
В ходе выполнения выпускной работы была проанализирована
информация о конструкциях современных реакторов гидроочистки.
Проведен подбор катализатора гидроочистки дизельного топлива.
Рассчитаны конструктивные параметры реакторов.
Введение
Нефть является одним из основных ресурсов, влияющих на
энергетический баланс как России, так и других стран мирового сообщества.
Процесс гидроочистки дизельных фракций один из наиболее
масштабных в нефтепереработке. Это связано как с включением в топливные
смеси продуктов переработки тяжелых остатков, так и с постоянным
ужесточением требований к дизельному топливу.
Повышение эффективности гидроочистки возможно за счет повышения
эффективности контакта реакционной смеси с частицами катализатора,
оптимизации температуры по высоте слоя катализатора и организации
непрерывной регенерации катализатора.
Добиться этого можно осуществлением гидроочистки с
псевдоожиженым слоем катализатора.
Благодаря активному движению частиц катализатора в
псевдоожиженом слое, реактора характеризуются интенсивным тепло- и
массообменом, низким гидравлическим сопротивлением слоя катализатора,
возможностью непрерывного отвода и подачи частиц катализатора в слой,
что позволяет регенерировать катализатор без остановки процесса.
В соответствии с заданием на квалификационную работу необходимо
разработать реактора гидроочистки дизельного топлива с псевдоожиженным
и неподвижным слоем катализатора.
В результате исследования были разработаны два реактора
гидроочистки дизельного топлива со стационарным и псевдоожиженным
слоем катализатора.
Исходные параметры при расчете реакторов были приняты
одинаковыми : производительность установки по сырью – 600 тыс. т/год,
давление в реакторе – 4 МПа, кратность циркуляции водородсодержащего
газа - 300 нм3/м3, температура в реакторе 370-430 С
Подобранны катализаторы, ГКД-202 Новокуйбышевского завода для
реактора со стационарным слоем и мелкодисперсный алюмо-никельмолибденовый для реактора с псевдоожиженным слоем.
Определен интервал скоростей устойчивого псевдоожижения: для
катализатора ГКД-202 1,66 -10,056 м/c; для мелкодисперсного катализатора
0,08- 0,82 м/с.
Произведен технологический расчет основных размеров реакторов: со
стационарным слоем , ; с псевдоожиженным слоем
катализатора ГКД-202 , ; с псевдоожиженным слоем
мелкодисперсного катализатора, , .
Для реактора с псевдоожиженным слоем мелкодисперсного
катализатора, с целью предотвращения уноса твердых частиц подобран
циклон диаметром 1000мм.
Проведен анализ распределения температур по высоте слоя
катализатора, в реакторе со стацонарным слоем температура монотонно
растет, а в реакторе с кипящем слоем по всему объему устанавливается
одинаковая температура.
Применение псевдоожиженного слоя в реакторе гидроочистки по
сравнению со стационарным слоем дает нам следующие преимущества:
- Возможность замены катализатора без остановки процесса;
- Равномерность оптимальной температуры по всей высоте слоя125
катализатора;
- Повышение эффективности контакта реакционной смеси с частицами
катализатора.
Наряду с достоинствами псевдоожиженному слою свойственны и
определенные недостатки.
- Объем реактора для той же массы катализатора в случае
псевдоожиженного слоя больше;
- В реакторе наблюдается режим идеального перемешивания,
следовательно, моделирование таких систем становиться более
сложным и, соответственно, усложняются проблемы масштабного
перехода, промышленной реализации;
- Наличие существенного уноса частиц требует большого свободного
пространства аппарата и эффективных циклонных систем
Для окончательного вывода о целесообразности применения
псевдоожиженного слоя в реакторе гидроочистки дизельного топлива
требуется экономическая оценка.
гидроочистки дизельного топлива со стационарным и псевдоожиженным
слоем катализатора.
Исходные параметры при расчете реакторов были приняты
одинаковыми : производительность установки по сырью – 600 тыс. т/год,
давление в реакторе – 4 МПа, кратность циркуляции водородсодержащего
газа - 300 нм3/м3, температура в реакторе 370-430 С
Подобранны катализаторы, ГКД-202 Новокуйбышевского завода для
реактора со стационарным слоем и мелкодисперсный алюмо-никельмолибденовый для реактора с псевдоожиженным слоем.
Определен интервал скоростей устойчивого псевдоожижения: для
катализатора ГКД-202 1,66 -10,056 м/c; для мелкодисперсного катализатора
0,08- 0,82 м/с.
Произведен технологический расчет основных размеров реакторов: со
стационарным слоем , ; с псевдоожиженным слоем
катализатора ГКД-202 , ; с псевдоожиженным слоем
мелкодисперсного катализатора, , .
Для реактора с псевдоожиженным слоем мелкодисперсного
катализатора, с целью предотвращения уноса твердых частиц подобран
циклон диаметром 1000мм.
Проведен анализ распределения температур по высоте слоя
катализатора, в реакторе со стацонарным слоем температура монотонно
растет, а в реакторе с кипящем слоем по всему объему устанавливается
одинаковая температура.
Применение псевдоожиженного слоя в реакторе гидроочистки по
сравнению со стационарным слоем дает нам следующие преимущества:
- Возможность замены катализатора без остановки процесса;
- Равномерность оптимальной температуры по всей высоте слоя125
катализатора;
- Повышение эффективности контакта реакционной смеси с частицами
катализатора.
Наряду с достоинствами псевдоожиженному слою свойственны и
определенные недостатки.
- Объем реактора для той же массы катализатора в случае
псевдоожиженного слоя больше;
- В реакторе наблюдается режим идеального перемешивания,
следовательно, моделирование таких систем становиться более
сложным и, соответственно, усложняются проблемы масштабного
перехода, промышленной реализации;
- Наличие существенного уноса частиц требует большого свободного
пространства аппарата и эффективных циклонных систем
Для окончательного вывода о целесообразности применения
псевдоожиженного слоя в реакторе гидроочистки дизельного топлива
требуется экономическая оценка.