Установка гидроочистки дизельного топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Научно-технические основы процесса гидроочистки

1.1 Характеристика сырья процесса

1.2 Объемная скорость

1.3 Кратность циркуляции ВСГ к сырью

1.4 Концентрация водорода в циркулирующем газе

1.5 Температура

1.6 Давление

1.7 Реакции сернистых соединений

1.8 Реакции кислородных и азотистых соединений

2. Технологический расчет реакторного блока установки гидроочистки дизельного топлива

2.1 Выход гидроочищенной дизельной фракции

2.2 Расчёт расхода водорода на гидрогенолиз сераорганических соединений

2.3 Потери водорода с жидким гидрогенизатом

2.4 Потери водорода с отдувом

3. Автоматизация процесса

3.1 Общая характеристика технологического процесса и задачи его автоматизации

3.2 Выбор и обоснование средств контроля, регулирования и сигнализации

3.3 Датчики температуры

3.4 Регуляторы

4. Безопасность жизнедеятельности и экология

4.1 Краткая характеристика процесса и установки гидроочистки дизельной фракции

4.2 Пожарная безопасность

4.3 Защита от электрического тока

4.4 Производственное освещение

4.5 Защита от шума и вибрации

4.6 Вентиляция и отопление

4.7 Индивидуальные средства защиты работающих

4.8 Коллективные средства защиты работающих

Заключение

Список использованных источников

Введение

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества - основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. Современный мировой рынок предъявляет жесткие требования к качеству нефтепродуктов, в том числе и дизельных топлив. Поэтому особое внимание уделяют снижению содержания серы и ароматических углеводородов.

Кроме того, сернистые соединения, присутствующие в нефтепродуктах, резко ухудшают эксплуатационные качества топлив и масел, вызывают коррозию аппаратуры, снижают активность антидетонаторов и антиокислительную стабильность топлива, повышают склонность к смолообразованию крекинг-бензинов. Гидроочистка нефтяных дистиллятов является одним из наиболее распространенных процессов, особенно при переработке сернистых и высокосернистых нефтей.

Основной целью гидроочистки нефтяных дистиллятов является уменьшение содержания в них сернистых, азотистых и металлоорганических соединений. Большинство европейских государств переходит на топлива, соответствующие требованиям стандарта ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009) [1], в соответствие с которым содержание серы не должно превышать 0,005% масc., а полициклических ароматических углеводородов не более 8% масc.

Для получения дизельных топлив, соответствующих современным требованиям необходимо совершенствование процесса гидроочистки. Ежегодно на внутреннем рынке вырабатывается около 49 млн.тонн дизельного топлива, 93% его с содержанием серы до 0,2% мас. и 7% - с содержанием серы менее 0,2% масc. [2].

Таким образом, для получения дизельных топлив, соответствующих современным требованиям необходимо совершенствование процесса гидроочистки.

1. Научно-технические основы процесса гидроочистки

Назначение процесса гидроочистки Гидроочистка - это процесс удаления из нефтяных фракций нежелательных примесей - гетероатомных соединений серо-, азот-, кислородсодержащие соединения, непредельные углеводороды, металлы, для улучшения термической стабильности, для снижения коррозионной агрессивности, улучшения цвета и снижения возможности образования осадков при хранении. Гидроочистка в современной мировой нефтепереработке получила среди вторичных процессов наибольшее распространение, и, входящими в состав любого НПЗ, особенно при переработке сернистых и высокосернистых нефтей.

Это обусловлено следующими причинами:

- ужесточением требований по охране природы и к качеству товарных нефтепродуктов;

- развитием каталитических процессов с применением активных и селективных катализаторов и предварительным глубоким гидро-облагораживанием сырья (процессы каталитического риформинга и крекинга);

- необходимостью дальнейшего углубления переработки нефти [3]. Основной задачей, стоящей перед нефтепереработчиками, является организация производства экологически чистых бензинов и дизельного топлива. Процесс гидроочистки фракций дизельного топлива относится к наиболее массовым процессам переработки нефти.

Типовые установки для этого процесса - Л-24/6 и Л-24/7 были разработаны «Ленгипрогаз» в начале 60-х годов прошлого века. С течением времени изменились требования к качеству дизельного топлива и к оборудованию установок, поэтому модернизация этих установок - весьма актуальная задача [5].

1.1 Характеристика сырья процесса

Типичным сырьем процесса гидроочистки дизельных топлив являются прямогонные дизельные фракции, выкипающие в пределах 180-330, 180-36 и 240-360 °С из малосернистых, сернистых и высокосернистых нефтей [3]. Увеличение выпуска дизельного топлива возможно за счёт расширения сырьевой базы процесса гидроочистки, в первую очередь посредством вовлечения вторичных дистиллятов. Основным источником выработки вторичных дистиллятов на сегодняшний день являются установки каталитического крекинга [4]. В прямогонное сырье можно добавлять до 30% дизельных фракций, полученных вторичной переработкой нефти [3].

Крайне важно отметить тот факт, что наиболее благоприятный компонент для производства дизельного топлива - газойль каталитического крекинга, полученный с установок, оснащённых блоком гидроочистки сырья. Поскольку продукт процесса будет содержать меньшее количество соединений серы и азота, то процесс его гидрооблагораживания будет протекать значительно легче. Основным ограничением по вовлечению вторичных дистиллятов в сырьё установок гидроочистки является высокое содержание в них непредельных и ароматических углеводородов. Кроме того, в составе вторичных фракций содержание полициклических ароматических углеводородов и трудноудаляемых соединений серы значительно выше, чем в прямогонных дистиллятных фракциях [4].

Наличие в сырье непредельных углеводородов и высококипящих фракций с повышенным содержанием сернистых соединений приводит к значительному увеличению расхода водорода и ускорению закоксовывания катализатора, снижению его активности. Наличие в сырье избытка легких фракций приводит к непроизводительной загрузке установки. Целевые и побочные продукты процесса Целевым продуктом является гидроочищенное сырьё. При гидроочистке дизельного топлива, целевым продуктом является стабильное дизельное топливо. Выход стабильного дизельного топлива с содержанием серы не более 0,005% (масс.) составляет 97% (масс.). Важнейшими характеристиками дизельных топлив являются: воспламеняемость, фракционный состав, нагарообразование, вязкость, температура помутнения и др.

Воспламеняемость - склонность дизельного топлива к самовоспламенению, определяется периодом запаздывания его воспламенения и является почти таким же важным свойством, как и антидетонационная характеристика бензинов для карбюраторных двигателей. Период запаздывания зависит от цетанового числа.

Цетановое число - показатель самовоспламеняемости топлива, численно равный такому содержанию, в % (об.), цетанав смеси с 6-метилнафталином, при котором самовоспламенение этой смеси и сравниваемого с ней испытуемого топлива одинаково. При высоком цетановом числе период запаздывания самовоспламенения достаточно короткий, топливо при впрыске его в камеру сгорания воспламеняется почти сразу, давление в цилиндре двигателя нарастает плавно, и он работает без стуков. При низком цетановом числе период запаздывания большой, впрыскиваемое в цилиндр топливо сразу не воспламеняется, а накапливается, и затем воспламеняется вся масса топлива. В этом случае давление в цилиндре нарастает скачкообразно, появляется детонация (стуки). Цетановые числа дизельных топлив зависят от их углеводородного состава.

Фракционный состав топлива оказывает влияние на степень его распыления, полноту сгорания, дымность выхлопа, нагароотложение и разжижение картерного масла. При высоком содержании легких фракций увеличивается давление сгорания. Утяжеленное топливо хуже распыляется вследствие повышения поверхностного натяжения топлива. Содержание легких фракций в дизельном топливе характеризуется температурой вспышки. Дизельные топлива, содержащие значительное количество легких фракций, быстрее испаряются, пожароопасные и непригодны для применения в закрытых помещениях.

Высокотемпературные свойства дизельных топлив [6] характеризуются их склонностью к нагарообразованию при сгорании топлива и повышенному отложению осадков в двигателе. Низкотемпературные свойства дизельных топлив характеризуются следующими показателями: вязкостью, температурой помутнения, температурой застывания. Вязкость дизельного топлива влияет на степень распыления топлива в камере сгорания и однородность рабочей смеси.

Побочными продуктами процесса являются: - бензин-отгон - характеризуется низким октановым числом и химической стабильностью, направляется на установку каталитического риформинга, его выход составляет 1,5%; - углеводородный газ - используется как технологическое топливо, его выход 1,5%; - сероводород - используется для производства элементной серы или серной кислоты, его выход составляет порядка 1%.

Качество сырья Фракционный состав перерабатываемого сырья сильно влияет на ход процесса. Наличие в сырье непредельных углеводородов и высококипящих фракций с повышенным содержанием сернистых соединений приводит к значительному увеличению расхода водорода и ускорению закоксовывания катализатора, снижению его активности. Наличие в сырье избытка легких фракций приводит к10 непроизводительной загрузке установки.

С течением времени происходит постепенное снижение активности катализатора из-за отложений кокса на его поверхности. Чем выше активность катализатора, тем быстрее протекают реакции обессеривания и тем больше глубина очистки. По мере снижения активности катализатора его гидрообессеривающая способность поддерживается повышением температуры в зоне реакции. При работе на свежем катализаторе температура на выходе из печи не должна превышать 360 ⁰С. Это условие обеспечивает длительную работу катализатора без регенерации. По мере падения активности катализатора температура на выходе из печи повышается. Скорость подъема температуры зависит от типа сырья и не должна превышать 5°С/час [5].

1.2 Объемная скорость

Объемная скорость характеризует время пребывания сырья в зоне реакции. Она будет тем больше, чем больше проходит сырья через реактор за час. С увеличением времени пребывания в зоне реакции увеличивается глубина очистки. С увеличением объемной скорости уменьшается время контакта сырья с катализатором, глубина превращения уменьшается [8]. Степень гидрирования непредельных углеводородов при изменении объемной скорости от 0,1 до 15,0 по сравнению с гидрированием сернистых соединений идет более плавно. При температуре 300 °С скорость гидрирования сернистых соединений и непредельных углеводородов примерно одинакова и приближается к линейной зависимости. При более высоких температурах (380, 420 °С) скорость гидрирования сернистых соединений значительно выше, чем11 непредельных. По мере снижения объемной скорости подачи сырья относительная разница в степени превращения сернистых соединений и непредельных углеводородов при разных температурах процесса уменьшается. Гидроочистку фракции дизельного топлива (прямой гонки и крекинга) ведут при умеренных объемных скоростях. При выборе объемной скорости учитывают температуру, давление, состав сырья.

1.3 Кратность циркуляции ВСГ к сырью

В присутствии теоретически необходимого количества водорода реакции гидрирования сернистых соединений почти в любом случае могут протекать до практического завершения. Однако скорость реакций при этом будет крайне мала вследствие низкого парциального давления водорода. Поэтому процесс гидрообессеривания проводится с избыточным количеством водорода. Так как увеличение объема циркулирующего водорода снижает коксообразование на катализаторе, поэтому, несмотря на то, что вполне удовлетворительное обессеривание многих видов дистиллятного сырья достигается при подаче всего 45-200 нм³ циркулирующего газа на 1 м³ жидкого сырья, процесс обычно проводят при подаче 350-700 нм³ циркулирующего газа на 1 м³ жидкого сырья. Уменьшение кратности циркуляции водорода приводит не только к снижению энергозатрат, но и к созданию условий, при которых большая часть сырья остается в жидкофазном состоянии, в то время как процессы гидрогенизационных процессов очистки осуществляются в паровой фазе.

1.4 Концентрация водорода в циркулирующем газе

При повышении содержания водорода в газосырьевой смеси скорость процесса обессеривания увеличивается, при этом увеличивается глубина очистки сырья от серы. Заметное возрастание скорости реакции происходит при повышении содержания водорода только до определенного предела, после которого скорость увеличивается более медленно. В связи с этим существует оптимальный предел увеличения содержания водорода. Концентрация водорода в водородсодержащем газе должна быть не менее 65% об. Начало кипения сырья должно быть не выше 200 °С и выкипаемость до 360 °С не менее 94 % об. В циркулирующем газе, помимо водорода, могут присутствовать в различных соотношениях метан, этан, пропан, бутан, пентан, окись углерода, углекислота и азот, являющиеся балластом ВСГ. Концентрацию водорода на входе в первый реактор регулируют путем дополнительной подачи в циркулирующий газ свежего технического водорода в количестве, обеспечивающем заданную концентрацию водорода. Помимо углеводородных газов, примесью в циркулирующем газе является сероводород, который оказывает влияние на течение реакции обессеривания по закону действующих масс, он может соединяться с ненасыщенными компонентами сырья с образованием новых сернистых соединений, которые будут затем в реакторе подвергаться обессериванию.

Но с увеличением содержания сероводорода в ЦВСГ снижается степень обессеривания сырья (содержание от нуля до 10 %об. снижает степень обессеривания с 90 до 70-75%). Кроме того, присутствие сероводорода в циркуляционном газе может вызывать коррозию оборудования и трубопроводов. Для уменьшения вредного влияния сероводорода циркуляционный газ очищают от сероводорода.

1.5 Температура

Реакции гидрирования сернистых соединений протекают в определенном температурном интервале. Наиболее благоприятными температурами являются 330-400 °С. При температуре ниже 300 °С замедленно протекают реакции гидрирования ароматических соединений. При повышении температуры13 степень гидрирования сернистых соединений и непредельных углеводородов возрастает, достигая максимума при 420 °С. При дальнейшем повышении температуры до 460 °С степень гидрирования снижается: для сернистых соединений незначительно, для непредельных углеводородов довольно резко. Снижение степени гидрирования непредельных углеводородов при температуре выше 420 °С связано с реакциями деструктивной гидрогенизации (гидрокрекинга), происходящими при этих условиях.

При гидрокрекинге выход жидкого продукта снижается, отложение кокса на катализаторе увеличивается, и срок службы сокращается. Поэтому, чтобы избежать гидрокрекинга, повышать температуру выше 420-425 °С при гидроочистке не рекомендуется.

1.6 Давление

Давление существенно влияет на ход обессеривания нефтепродуктов. Для того чтобы достичь одной и той же степени обессеривания необходимо при низком давлении снижать объемную скорость. Для процессов гидрирования высокое давление является благоприятным фактором, так как способствует ускорению реакций вследствие увеличения числа столкновений реагирующих молекул, повышающих концентрацию реагентов единице объема. В основном гидрированию способствует не повышение общего давления в системе, а то, что с повышением общего давления в системе гидроочистке растет парциальное давление водорода. Парциальное давление водорода при парофазном гидрировании зависит от общего количества паров сырья и ВСГ на входе в реактор, от концентрации водорода в подаваемом на смешение с сырьем газе и других факторов.

Механизм и химизм реакций процесса Основные реакции, происходящие при гидроочистке: гидрогенолиз 14 связей углерод - гетероатом с практически полным превращением серо-, азот- и кислородсодержащих органических соединений в предельные углеводороды с одновременным образованием легко удаляемых H2S, NH3 и водяных паров; гидрирование непредельных углеводородов. При гидроочистке происходит также разрушение металлоорганических соединений.

1.7 Реакции сернистых соединений

В зависимости от строения сернистого соединения: меркаптаны, сульфиды линейного (ациклического) и циклического строений, дисульфиды и простые тиофены превращаются в парафины или ароматические углеводороды с выделением сероводорода. Ниже приведены схемы реакций сернистых соединений, протекающих при гидроочистке. Буквами R и R? обозначен алкильный остаток.

1) Меркаптаны R-SH + H2 > RH + H2S

2) Сульфиды - ациклические R-S-R? + 2H2 > RH + R?H + H2S - моноциклические H2C - CН2 I I + 2H2 > CH3 -CH2 -CH2 -CH3 + H2S HC CH S

3) Дисульфиды R-S-S-R + 3H2> 2RH + 2H2S

4) Тиофены НC - CR II II + 4H2> R-C4H9 + H2S HC CH S15

5) Бензотиофены CH CH HC C - CH HC C - C2H5 I II + 3H2 > I I + H2S HC C CH HC CH CHSCH

Реакции гидрогенизации сернистых соединений характеризуются разрывом связи углерод-сера и насыщением водородом свободных валентных и олефиновых связей. Наряду с сернистыми соединениями при гидроочистке гидрируется значительное количество олефиновых углеводородов, смол, азотистых и кислородсодержащих соединений и разрушаются металлоорганические соединения. Из всех сернистых соединений легче всего гидрируются алифатические (меркаптаны, сульфиды и другие), труднее всего тиофены. Так при одних и тех же условиях гидроочистки степень гидрирования алифатических соединений достигает 95%, в то время как степень гидрирования тиофенов составляет 40-50%. Устойчивость сернистых соединений увеличивается в следующем порядке: меркаптаны > дисульфиды > сульфиды > тиофены.

С увеличением молекулярного веса сернистых соединений скорость гидрогенизационного обессеривания уменьшается. Это явление вызывается как изменением типа сернистых соединений с повышением пределов выкипания фракции, так и возрастанием их молекулярного веса. Глубина очистки зависит от температуры, парциального давления водорода, активности катализатора и других факторов. Повышение парциального давления водорода значительно увеличивает 16 скорость гидрирования сернистых соединений.

1.8 Реакции кислородных и азотистых соединений

В процессе гидроочистки одновременно с удалением серы происходит разложение азот- и кислородосодержащих соединений с образованием аммиака и воды. Ниже приведены примеры реакций кислородсодержащих и азотсодержащих соединений некоторых типов на катализаторе гидроочистки.

В процессе гидроочистки одновременно с реакциями сернистых соединений протекают многочисленные реакции углеводородов. К таким реакциям относятся: изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов, насыщение непредельных, гидрокрекинг и другие. Изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов происходит при любых условиях обессеривания, интенсивность гидрокрекинга усиливается с повышением температуры и давления.

При более высоких температурах и низких давлениях происходит 17 частичное дегидрирование нафтеновых и дегидроциклизация парафиновых углеводородов. В некоторых случаях гидрогенизационногообессеривания эти реакции могут служить источником водорода для реакций собственного обессеривания. Наиболее стойкими в процессах гидрирования являются ароматические углеводороды. Моноциклические ароматические углеводороды (бензол и его гомологи) в заметном количестве гидрируются только при высоком парциальном давлении водорода (200 атм. и выше). Гидрирование ароматических углеводородов с конденсированными кольцами протекает легче и может происходить в условиях процесса гидроочистки.

В процессе гидроочистки используют катализаторы, стойкие к отравлению различными ядами. Это оксиды и сульфиды металлов переменной валентности: Ni, Со, Mo, W на оксиде алюминия с другими добавками [9]. В большинстве современных процессов гидроочистки используют алюмокобальтмолибденовые (АКМ) или алюмоникельмолибденовые (АНМ) катализаторы.

На стадии пусковых операций или в начале сырьевого цикла катализаторы гидроочистки подвергают сульфидированию в токе H2S; активность катализаторов при этом увеличивается. Эта система обладает значительной гибкостью и способна в широких пределах менять свою активность и селективность при изменении способа синтеза, введении различных модифицирующих добавок, изменении условии сульфидирования, применении различных носителей и т.д. Гибкость и универсальность этой системы позволила создать сотни марок промышленных катализаторов гидроочистки. Содержание серы, связанной с катализатором, составляет 4 - 6%.

Промышленные катализаторы обладают высокой избирательностью. В18 присутствии АКМ-катализатора с высокой скоростью протекают реакции разрыва С-S-связей, он достаточно [10] активен в реакциях насыщения алкенов, разрыва связей С-N и С-О. Расщепления связей С-С не происходит. Этот катализатор практически пригоден для гидроочистки любых нефтяных фракций. АНМ-катализатор значительно более активен в реакциях насыщения полициклических аренов и гидрирования азотистых соединений, поэтому его рекомендуют для очистки тяжелого высокоароматизированного сырья каталитического крекинга.

В последние годы распространение получили катализаторы на цеолитной основе, отличающиеся повышенной активностью и стабильностью. В процессе работы катализатор закоксовывается и теряет активность. Для ее восстановления катализатор подвергают регенерации, выжигая кокс с поверхности при температуре до 530 °С.

В оксидных АКМ-катализаторах наблюдаются внедрение ионов Со 2+ в А12O3 и сильное электронное взаимодействие молибдена с А12O3, что, способствует увеличению числа активных центров гидрирования - дегидрирования.

Шариковые катализаторы обладают рядом ценных преимуществ:

- возможностью достижения плотной упаковки слоя без применения специальных дорогостоящих устройств;

- однородностью слоя и отсутствием флуктуаций плотности;

- отсутствием мелких фракций (пыли и мелочи) в слое катализатора как при загрузке, так и в процессе эксплуатации;

- отсутствием значительной усадки слоя в процессе эксплуатации;

- более равномерной отработкой слоя катализатора при его эксплуатации и, соответственно, увеличением среднего срока службы [13].

Наконец, есть основания полагать, что шариковая форма катализаторов обеспечивает более полное протекание целевых реакций гидроочистки, т.е. повышение активности и селективности. Высокую эффективность к удалению различных классов сернистых соединений показывают сульфидированные АКМ-катализаторы, а АНМ-катализаторы активны и в отношении азотсодержащих соединений.

Традиционный носитель катализаторов гидроочистки - оксид алюминия, добавление к которому некоторых количеств цеолитов даёт возможность также влиять и на низкотемпературные свойства дизельных топлив [14]. Новые катализаторы гидроочистки для получения дизельных топлив с ультранизким содержанием серы. Прежде всего, важно оптимизировать состав и строение молекулярных предшественников активной фазы катализаторов - ГПС. Необходимо было понять причину высокой активности катализаторов, синтезированных с использованием ГПС, а также выявить потенциал этого «рычага» управления каталитической активностью [15].

Современные катализаторы гидроочистки, способные обеспечить получение дизельных топлив с ультранизким содержанием серы, содержат на поверхности кристаллиты Co(Ni)MoS фазы II типа. Концентрация и морфология этого активного компонента при прочих равных условиях определяют каталитические свойства. Поэтому современные способы синтеза катализаторов должны обеспечить максимальное содержание именно Co(Ni)MoS фазы II типа.

Основными этапами приготовления катализаторов гидроочистки являются следующие: приготовление алюмооксидного носителя и биметаллического пропиточного раствора, пропитка носителя, сушка, прокаливание и сульфидирование. Совершенствование нанесенных сульфидных катализаторов связано с каждой из стадий приготовления, однако, следует выделить наиболее эффективные способы повышения каталитической активности катализаторов.

Улучшение эффективности катализаторов можно [16] добиться следующими методами:

- модифицирование оксидного предшественника органическими соединениями (ПЭГ, ТГК);

- использование новых носителей (С, TiO2,…);

- использование модифицирующих добавок (Rh, Pt, Ru, P, F);

- увеличение содержания металлов;

- использование более сложных сульфидов переходных металлов;

- использование.

Основными «рычагами» увеличения эффективности сульфидных катализаторов (активности, селективности и стабильности) являются улучшение носителей катализаторов и предшественников активной фазы. Носитель современных катализаторов гидроочистки должен представлять собой прочный высокочистый оксид алюминия с оптимальными кислотно-основными свойствами, имеющий пористую структуру, обеспечивающую максимальное содержание активной фазы в «рабочих» порах и высокую скорость диффузии молекул сырья и продуктов реакций.

Алюмоникель молибденовые катализаторы при давлении больше 40 кгс/см² активизируют процесс гидрирования ароматического кольца (второе направление). Для удаления пространственно затруднённой серы этот путь быстрее, чем прямое удаление серы алкилбензотиофенов, но для его осуществления должны быть удалены азотистые соединения, которые замедляют гидрогенизационные процессы [17].

Подбор специальных компонентов катализатора проводят с учётом конкретных соединений серы, присутствующих в сырье и превалирующих условий в реакторе. Присутствие азотистых соединений дезактивирует используемые катализаторы гидрообессеривания, снижает скорость обессеривания. Для сохранения активности основного катализатора используют комбинированную загрузку катализаторов, т.е. перед основным катализатором гидрообессеривания загружают катализатор [18] деазотирования, как правило, алюмоникельмолибденовый катализатор. Процесс характеризуется пониженным выходом гидрогенизата.

Основной аппарат Реакторы гидроочистки работают в условиях химической и электрохимической коррозии, а также механического износа металла аппаратов катализатором. Химическая коррозия реакторов обусловлена содержанием в высокотемпературных газовых потоках сероводорода и водорода, а электрохимическая - содержанием в циркулирующих дымовых газах регенерации паров воды и двуокиси серы. Сероводородная коррозия металлов аппаратов реакторного блока тем сильнее, чем больше концентрация серы в сырье и чем выше содержание сероводорода в циркулирующем газе.

Сульфидная коррозия практически протекает очень медленно, однако продукты коррозии засоряют катализатор, забивают поры, а также трубы теплообменников, что нарушает технологический режим процесса, ухудшают теплопередачу, и приводит к недопустимому возрастанию гидравлического сопротивления. При возникновении большого перепада давления между входом в реактор и выходом из него часто судят о степени сульфидной коррозии. Реактор и катализатор засоряются также из-за присутствия в газовых потоках кислорода, хлоридов и азотсодержащих соединений. Кислород способствует окислению сернистых соединений, поэтому его концентрация в циркулирующем газе должна быть ограниченна (0,0002-0,0006%).

Хлориды и азотсодержащие соединения при взаимодействии с водородом образуют соответственно хлористый водород и аммиак, которые, связываясь, превращаются в хлористый аммоний, выпадающий в виде осада. Осадок удаляют периодической промывкой, для чего в процессе эксплуатации установки в ходе продуктов реакции от реактора до сепаратора в систему впрыскивают воду. Промывку продолжают до тех пор, пока перепад давления не уменьшится до значения, определенного технологической картой. Гидроочистка осуществляется в присутствии водородсодержащего газа при температуре 420 °С и давлении 6 МПа.

Реакция гидрирования протекает с выделением тепла, избыток которого отводят с помощью хладагентов (холодного циркулирующего газа, сырья или гидрогенизата). Отработанный катализатор в конце реакции содержит до 7% масс. серы. Активность катализатора восстанавливают путем окислительной газовоздушной регенерации. Перед регенерацией систему продувают под давлением 0,8 МПа инертным газом, который затем удаляют из реактора через вытяжную трубку. Процесс восстановления катализатора начинают с выжигания кокса газами при температуре 420-430 °С и давлении 4 МПа и заканчивают прокаливанием катализатора в течение четырех часов при температуре 520-550 °С и давлении 2 МПа. Чтобы сохранить прочность металла коммуникационных труб при высокой температуре, давление в процессе прокаливания постепенно снижают.

Продолжительность выжигания составляет 48-60 часов в зависимости от количества кокса и серы. Общая продолжительность цикла регенерации составляет 100-150 часов, поэтому данную операцию совмещают с временем с планово-24 предупредительных ремонтов [18]. Периодичность регенерации определяется качеством сырья и глубиной очистки топлива и составляет от трех месяцев до двух лет. Реакторы устанавливают на железобетонных постаментах таким образом, чтобы обеспечить выгрузку катализатора самотеком через соответствующие люки.

Катализатор в количестве 34 м³ загружают через верхний люк, на крышке которого имеется воздушник для отвода продувочных газов. Над блоком реакторов сооружают специальные площадки, с которых катализатор по гибкому рукаву засыпают в внутрь. Газо-сырьевая смесь поступает в верхнюю секцию по штуцеру в верхней части аппарата, последовательно проходит слой катализатора и по штуцеру под нижней секцией выводится из реактора. В нижней части реактора размещен слой фарфоровых шаров, служащий опорой для нижнего катализатора и обеспечивающий равномерный вывод продуктов реакции из аппарата [19].

2. Технологический расчет реакторного блока установки гидроочистки дизельного топлива

2.1 Выход гидроочищенной дизельной фракции

Выход гидроочищенного дизельного топлива ВДТ, % (масс.) на исходное сырьё равен:

ВДТ= 100 - Вб- Вг - ?S, (2.1)

где Вг, ВБ, ?S - выход газа, бензина и количество удаленной из сырья серы соответственно на сырье, % масс.

Бензин и газ образуются преимущественно при гидрогенолизе сернистых соединений, и выход можно рассчитать по следующим формулам:

ВБ=?S, (2.2)

Bг=0,3•?S, (2.3)

?Sост=0,005,

?S=S-Sост=0,96 - 0,005 = 0,955% масс.

ВБ= 0,955% масс.

Вг= 0,3 · 0,955 = 0,2865% масс.

ВДТ= 100 - 0,955 - 0,2865-0,955 = 97,80% (масс.)

Полученная величина в дальнейших расчётах уточняется после определения количества водорода, вошедшего в состав дизельного топлива при гидрогенолизе сернистых соединений и гидрировании непредельных и ароматических углеводородов.

2.2 Расчёт расхода водорода на гидрогенолиз сераорганических соединений

Водород в процессе гидроочистки расходуется на:

- гидрогенолиз сероорганических соединений;

- гидрирование непредельных углеводородов;

- потери водорода с отходящими потоками (отдувом и жидким гидрогенизатом).

Поскольку в нефтяном сырье присутствуют различные сернистые соединения, то определяют расход водорода на гидрогенолиз каждого из них и результаты суммируются. Значение m для соединений серы: - меркаптановой серы 0,0625; - сульфидной серы 0,125; дисульфидной серы 0,09375; тиофеновой серы 0,250. Наиболее стабильны при гидроочистке тиофеновые соединения, поэтому при расчёте принимаем, что вся остаточная сера (0,005% масс.) в гидрогенизатетиофеновая, а остальные сераорганические соединения разлагаются полностью. При этом получаем:

G1 = 0,05 · 0,0625 + 0,35 · 0,125 + 0,09·0,09375 + (0,47 - 0,005) · 0,250 = 0,17 % масс.

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов. Принимаем, что гидроочистке подвергается только прямогонная дизельная фракция, поэтому расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов не учитываем, G2 = 0.32

2.3 Потери водорода с жидким гидрогенизатом

Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенизате, можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления:

H2 = y ' H2 / Kр,

где y ' H2 - объемная концентрация водорода в циркулирующем газе;

Kр - константа фазового равновесия (для условий холодного газосепаратора при 230 °С и 5,0 МПа

Вычисляем потери водорода с жидким гидрогенизатом: G3 Кроме этого, имеются также потери водорода за счет его диффузии через стенки аппаратов и утечки через неплотности, так называемые механические потери.33 По практическим данным, эти потери составляют около 1% от общего объема циркулирующего газа. Механические потери на сырье равны:

G4 = х · 0,01 · MH2 · 100 / (с · 22,4),

где х - кратность циркуляции водородсодержащего газа, нм³;

с - плотность сырья, кг / м³

G4 = 350 · 0,01 · 2 · 100 / (835 · 22,4) = 0,037% масс.

2.4 Потери водорода с отдувом

Для нормальной эксплуатации установок гидроочистки содержание водорода в циркулирующем газе должна быть не ниже 70% (об.). Уменьшению концентрации водорода способствует следующие факторы: - химическое потребление водорода на реакции гидрирования и гидрогенолиза; - растворение водорода в жидком гидрогенизате, выводимом с установки; Концентрация водорода в системе повышается за счёт растворения углеводородных газов в жидком гидрогенизате и увеличения концентрации водорода в водородсодержащем газе, поступающем с других установок (например, установки каталитического риформинга).

В зависимости от требуемой степени очистки сырья определяется оптимальное нормальное давление водорода. Расход водорода на отдув появляется в связи с тем, что для поддержания оптимального его парциального давления приходится непрерывно выводить34 (отдувать) из системы небольшую часть циркулируемого ВСГ и заменять его свежим водородом. Примем расход 100%-го водорода на отдув Gотд=0,4% (масс.). Общий расход водорода:

GH2 = G1 + G2 + G3 + G4+Gотд

GН2= 0,17+ 0+ 0,028+ 0,037+0,4 = 0,635% масс.

Выход сероводорода рассчитывается по уравнению:

ВH2S = ?S · МH2S / МS (2.12) BН2S= 0,955· 34 / 32 = 1,015% масс.

Таким образом, балансовым сероводородом поглощается 1,015 - 0,955 = 0,06% масс. водорода. Количество водорода, вошедшего при гидрировании в состав гидрогенизата, равно:

GН2 = G1 + G2 - 0,075 (2.13) GН2= 0,17 + 0 - 0,075 = 0,095% масс.

Уточненный выход гидрогенизата: ДТ = 97,80 +0,095 = 97,895 % масс. Выход сухого газа, выводимого с установки, складывается из углеводородных газов, поступающих со свежим водородсодержащим газом, 35 газов, образующихся при гидрогенолизе, а также абсорбированного гидрогенизатом водорода: 2,19 · (1 - 0,29) + 0,2865 + 0,027 = 1,87% масс.

3. Автоматизация процесса

3.1 Общая характеристика технологического процесса и задачи его автоматизации

На установке гидроочистки дизельного топлива давление в системе достигает 4 МПа, а в реакторах 5,8 МПа. Процесс гидрооблагораживания проводится при температуре 420 °С. Кроме того важными параметрами процесса являются расходы различных потоков, таких как подача сырья, водородсодержащего газа, топливного газа и других. Также важно поддерживать заданное значение уровня в основных аппаратах, так как этот параметр влияет на качество и количество получаемых продуктов. Отклонение определенных параметров от заданного допускаются лишь в незначительных пределах. Поэтому проектируемую установку нельзя эксплуатировать без применения контрольно-измерительных приборов и автоматики.

С целью обеспечения требуемого качества продуктов, норм технической безопасности и исключения тяжелого ручного труда, проектируемая установка оснащается новейшими средствами автоматизации параметров контроля и регулирования. Для нормального ведения процессом очень важным аспектом является оптимальное регулирование и контроль основных технологических параметров, существенно влияющих на ход процесса. Автоматизация процесса имеет особое значение, как в отношении безопасности, поскольку процесс протекает с высокой скоростью, при высоких температурах и давлении, так и для обеспечения требуемого качества получаемых продуктов. На выход продуктов процесса в основном влияют следующие параметры: - температура; - давление; - объемная скорость подачи сырья.

Оптимальное значение температуры подбирается исходя из применяемого катализатора и в среднем составляет 330-400 ^оС. Давление по термодинамическим соображениям не должно влиять на процесс, так как он протекает без изменения объема. Давление в реакционной зоне поддерживается на уровне 4,0 МПа. Повышенное давление водорода поддерживается для уменьшения закоксовывания катализатора. Объемная скорость подачи влияет обратно пропорционально температуре. Увеличение объемной скорости аналогично снижению температуры процесса. Этот параметр поддерживается в пределах 1,5-3 ч -1. На установке предусмотрено отображение следующих параметров: температуры, давления (перепад давлений), расхода, уровня.

Целью регулирования подачи сырья на установку является поддержание определенной нагрузки на теплообменники и печь, кроме того стабилизация расхода сырья позволяет держать температуру на выходе из печи П-1 и теплообменников в заданном значении. На установке необходимо контролировать и сигнализировать следующие параметры:

- для определения производительности установки по сырью осуществляется контроль его количества, поступающего на установку;

- индикация значений температуры предусмотрена в теплонагруженных участках установки (реактора, печи, теплообменники), высокая температура на входе в печь ведет к большой потере тепла с дымовыми газами, следовательно, уменьшается КПД печи;

- осуществляется регулирование температуры на выходе из печи, так как в случае чрезмерного увеличения температуры происходит закоксовование змеевиков печи, контактных устройств ректификационных колон и разложению углеводородов, а понижение температуры ведет к уменьшению выхода целевого продукта;

- осуществляется контроль температуры в ректификационных колоннах;

- регулируется давление в колоннах, для стабильного отделения газов отжидких продуктов;

- на линии подачи сырья регулируют также его расход.

Величина давления позволяет не только регулировать оперативные параметры с целью поддержания качества конечных продуктов на должном уровне, но и дает возможность судить о работоспособности некоторых узлов, аппаратов или, например, о закоксованности катализатора; уровень в колоннах и емкостях регулируется для обеспечения нормальной работы насосов, а также во избежание захлебывания аппаратов; - величина расходов потоков является важным и технологическим, и коммерческим параметром. Изменением расхода можно напрямую или косвенно влиять на различные технологические параметры процесса.

3.2 Выбор и обоснование средств контроля, регулирования и сигнализации

При выборе средств контроля и регулирования руководствуются следующими положениями:

- приборы должны обеспечивать необходимую точность измерения, быть достаточно чувствительными и надежными в работе;

- показывающие приборы должны иметь наглядную шкалу и указатель;

- местные приборы должны иметь места расположения, легко доступные для наблюдения за показаниями;

- погрешность не должна выходить за допустимые пределы при изменении внешних условий, температуры и давления окружающей среды;

- защитные гильзы термопар должны быть достаточно прочными, рассчитанными на данные условия работы;

- диафрагмы дифманометров должны иметь камеры, фланцы которых также рассчитаны на данные условия;

- все измерительные и регулирующие приборы должны соответствовать требованиям промышленной безопасности - к измерительным и регулирующим приборам должны предъявляться требования по взрыво- и пожароопасности.

Для осуществления контроля и регулирования технологических параметров предлагается применение следующих приборов.

3.3 Датчики температуры

Рассмотрим контур контроля и регулирования температуры на выходе из печи П-1. Температура измеряемой среды Т=420±5 °С. Предел измерения определяем по правилу 2/3 шкалы: Tmax = 420*3/2 = 630 °С. Температура на установке достигает 420 ^оС, поэтому в качестве63 чувствительного элемента для измерения температуры нужно применить термометр сопротивления ТХА Метран-2700 с диапазоном измерения -40 - 1000 ^оС и погрешностью ± 0,5% шкалы. Датчики температуры Метран-2700 имеют встроенный преобразователь с токовым выходным сигналом 4-20 мА [28].Для данного прибора настраивается собственная шкала измерений, пределы измерения устанавливаются от 0 до 800 °С.

Абсолютная погрешность измерения температуры: условие выполняется, следовательно, прибор подобран верно. Аналогично осуществляется выбор других датчиков температуры

С целью создания переменного перепада давления на линии потока жидких или газообразных продуктов использовать расходомерные камерные диафрагмы типа ДКС-10-150 на условное давление до 10 МПа [28]. Расход, как функция перепада давления измеряется преобразователем разности давления «Метран-150CD» с унифицированным токовым сигналом. Предел измерения 4 МПа. Выходной сигнал 4-20мА. Класс точности 0,1. Аналогично осуществляется выбор датчиков расхода подачи сырья, ВСГ в тройник смешения, подачи орошения в К-1, вывода дизельного гидроочищенного дизельного топлива, бензина, сероводорода, углеводородного газа, подачи МЭА в К-2, К-3.

В качестве датчиков уровня используем волноводный радарный датчик уровня EmersonRosemount 3300HPHT с выходным сигналом 4-20 мА.64 Диапазоны измерения датчиков от 100мм до 2350мм. Он обладает хорошими техническими характеристиками, отвечающими современным требованиям [29]. Параметры и физико-химические свойства контролируемых и регулируемых сред удовлетворяют условиям эксплуатации прибора.

В качестве датчика давления применяются датчики избыточного давления Метран-100-ДИ модель 1160 [30] с унифицированным токовым выходным сигналом. Предел измерения 16 МПа. Выходной сигнал 4-20 мА. Погрешность ± 0,1 % шкалы, класс точности 0,1. Подбираем преобразователь разности давлений Сапфир 22-ДД-ВН модель 2450 с унифицированным выходным сигналом 4…20мА. Который имеет верхний предел измерения 0,4МПа. Pизб=16МПа. Предел допускаемой основной погрешности 0,25%.

Для определения углеводородного состава стабильного катализата используется хроматографический анализатор GC1000 MARK II фирмы YOKOGAWA. Хроматограф GC1000 MARK II может анализировать пробы газа и жидкостей с температурами кипения до 450 °С. Используемый тип детектора FID с пределом измерения от 1 ррm до 100%. Погрешность составляет 1 ppm. Выходной аналоговый сигнал 4-20 мА. 3.2.6Функциональные преобразователи.

Для преобразования стандартного токового сигнала, поступающего от регулятора, в пневматический стандартный сигнал, поступающий к65 исполнительному механизму, используется электропневматический преобразователь ЭПП-М. Входной сигнал 4-20 мА, выходной 0,02-0,1 МПа, класс точности 0,5. Описанный позиционер используется в каждом контуре, где идет преобразование пневматического в электропневматический.

В качестве нормирующего преобразователя выбирается прибор тип Ш-9322 И, который удовлетворяет по техническим характеристикам и отвечает современным требованиям правил эксплуатации. Предел измерения - 50-600 ?С, выходной сигнал 4-20 мА, класс точности 0,5.

Станции сбора данных DX100 представляют собой многоканальные безбумажные видеографические самописцы, которые отображают на цветном ЖК дисплее измеренные данные в режиме реального времени и записывают их внешний носитель. Универсальные входные каналы могут быть запрограммированы на измерение постоянного напряжения, сопротивления, температуры (через термопару или терморезистор), а также - на дискретный сигнал. Прилагаемое программное обеспечение позволяет конвертировать записанные данные в любой стандартный формат.

3.4 Регуляторы

Автоматический регулятор YOKOGAWA YS 150 с цифровой индикацией для регулирования. Способен воспринимать 4 аналоговые входные сигнала. Входной сигнал-ток 4-20мА, выходной сигнал-ток 4-20мА [31]. Тип управления - стандартное ПИД - управление, управление согласно программе.66

В качестве исполнительного механизма используются регулирующие клапаны [33], предназначенные для непосредственного изменения количества или энергии, подведенной к объекту регулирования или отводимых от него. Регулирующий клапан поставляется в комплекте с электропневматическим позиционером с управляющим сигналом 4-20мА.

Для оповещения обслуживающего персонала о том или ином отклонении от технологического режима используются Блоки технологической сигнализации и защиты типа «БАЗИС-35». Количество входов (сигнализируемых параметров) - 24 двухпозиционных входа.

4. Безопасность жизнедеятельности и экология

Безопасность жизнедеятельности - это состояние окружающей среды, при котором с определенной вероятностью исключено причинение вреда существованию человека. В условиях научно-технического прогресса, быстро растущего производства, внедрения новых техники и технологий, роста роли человека на производстве и социальной значимости безопасных и здоровых условий труда, проблема безопасности жизнедеятельности приобретает особую актуальность.

В результате техногенной деятельности человека существенно изменилась биосфера, условия обитания человека. Устанавливаются правила, процедуры и критерии, направленные на сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности.

Целью раздела является разработка мероприятий по охране труда, направленных на снижение риска производственного травматизма, профессиональных и производственно обусловленных заболеваний работающих, возникновения взрывов, пожаров и аварийных ситуаций, обеспечение устойчивой работы объекта в условиях чрезвычайных ситуаций и ликвидацию их последствий, предусматриваются современные средства и методы, обеспечивающие безопасное ведение технологического режима и личную гигиену труда.

4.1 Краткая характеристика процесса и установки гидроочистки дизельной фракции

Установка гидроочистки дизельного топлива предназначена для гидрогенизационного облагораживания прямогонной дизельной фракции с целью снижения содержания сернистых, азотистых, кислородсодержащих, металлоорганических соединений и полициклических ароматических углеводородов с одновременным снижением его коксуемости с целью улучшения структуры, выходов и повышения качества продуктов крекинга, снижения отравления катализатора крекинга и сохранения его равновесной активности, а также уменьшения выбросов сернистых соединений в атмосферу.

Сырьем установки является прямогонная фракция дизельного топлива Ромашкинского месторождения, поступающая напрямую с установки АВТ или с резервуарного парка. Продуктами, определяющими взрывоопасность установки, являются водородсодержащий и углеводородный газы, пары бензина, которые в смеси с кислородом воздуха образуют смеси, взрывающиеся от огня или искры.

Процессы, входящие в состав установки, характеризуются: - применением токсичных, пожароопасных, взрывоопасных нефтепродуктов, водородсодержащего газа; - осуществлением реакций обессеривания и гидроочистки при высоком давлении - до 5 МПа и температуре - до 370 °С; - применением в качестве реагентов растворов моноэтаноламина и соды. Основными газоопасными местами на установке являются реакторный блок гидроочистки; водородная компрессорная; насосная реакторного блока гидроочистки; места отбора проб; подземные, полуподземные, надземные лотки, колодцы, приямки и другие заглубленные места.

4.2 Пожарная безопасность

Во время работы установки гидроочистки дизельного топлива могут выделиться горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости, которые являются взрывопожароопасными и могут привести к пожарам. Поэтому данная установка по степени пожарной опасности относится к категории «А» в соответствии СП12.13130-2009 «Определение категорий помещений зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

В связи с этим на установке необходимо использовать аппараты, эксплуатируемые согласно ФНиП в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Для обеспечения безопасности ведения процесса необходимо предусмотреть следующие мероприятия: - для защиты от превышения давления у реактора Р-1,2, стабилизационную колонну К-1 установить предохранительные клапана со сбросом на факел или на печь; - на подводящих линиях от насосов и компрессоров в реактора и колонну К-1 установить обратные клапаны.

4.3 Защита от электрического тока

Для защиты рабочего персонала от электрического тока следует предусмотреть защитное заземление и зануление в соответствии с Национальным стандартом РФ ГОСТ РМЭК 60050-195-2005 «Заземление и защита от поражения электрическим током», необходимые для обеспечения безопасности обслуживающего персонала в электроустановках напряжением 400 и 6000 В. Для зануления электродвигателей необходимо использовать нулевую жилу питающих кабелей, а для остального оборудования - стальные полосы, присоединяемые к общему заземляющему устройству. Для заземления оборудования у каждого сооружения выполнен наружный контур заземления.

Для предотвращения возникновения и накопления зарядов статического электричества в соответствии ГОСТ 12.1.018-2007 «Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования» предусмотреть следующие мероприятия: - все металлическое и электропроводное неметаллическое оборудование, аппаратура, коммуникации, металлоконструкции установки присоединить к заземляющему устройству; - все аппараты и трубопроводы герметизировать; - для предотвращения опасных искровых разрядов при движении газов и паров исключить присутствие в газовых и паровых потоках твердых частиц; - для предотвращения накапливания зарядов статического электричества предусмотреть поступление продуктов ниже уровня жидкости.

Установка гидроочистки дизельного топлива представляет высотное сооружение, в связи с этим возможно поражение его молнией, которые могут привести к взрывам, авариям. Поэтому для защиты зданий в соответствии с СО 153.34.21.122-03 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» необходимо предусмотреть молниезащиту. Это защита зданий, сооружений и технологических аппаратов от прямых ударов молнии и их вторичных проявлений. В качестве молниеприемных устройств, следует использовать отдельно установленные на сооружениях молниеотводы, молниеприемные сетки, а также естественные молниеотводы, присоединенные к общему заземляющему устройству.