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文档简介
本文格式为Word版,下载可任意编辑——催化裂化反再系统设计计算武汉炼油厂
提升管流化催化裂化装置反应-再生系统
工艺计算书
(汽油方案)
茂名学院化工与环境工程学院石油化工系
2023年4月1日(今天是愚人节)
目录
一、物料平衡表2二、原料放产品的设计基础数据2三、再生器系统3四、提升管反应器系统14五、反应-再生器系统压力平衡25六、几种特别状况下的反-再系统操作参数29七、催化剂储罐31八、各种吹气及有关参数的计算和选取33
一、物料平衡表
本装置年开工按8000小时计算。物料平衡见表1。
表1物料平衡表入方序号112出方3456物料名称减压蜡油合计干气液化气汽油轻柴油澄清油焦炭合计%(质)1001002.716.450.520.93.06.5100公斤/时750007500020251230037875156752250487575000吨/日1800180048.7295.1909.0376.254.0117.01800万吨/年60601.6209.84030.312.541.83.960转化率76.1%(质),轻质油收率71.4%(质)。二、原料放产品的设计基础数据
1
1、原料及产品性质
原料及产品性质见表2。
表2原料及产品性质相对密度名称原料油回炼油澄清油20d4相对密度特性因数K1211.710.6分子量370340380名称油浆汽油轻柴油20d4特性因数K10.611.811.0分子量3801002000.88920.90430.9970.9970.740.89952、反应-再生操作条件
反应-再生操作条件见表3。
表3反应-再生操作条件
名称沉降器顶部压力(表)再生器顶部压力(表)再生床层温度提升管出口温度再生催化剂积炭催化剂微反活性单位Kg/m2Kg/m2℃℃%(质)数值1.51.86705100.265~70名称烟气中CO2/CO大气干球温度相对湿度烟气中过剩O2回炼比单位分子比℃%%(mol)数值1.032710.58/920.2焦炭中氢碳比(H/C)%(质)
三、再生器系统
1、空气流率、烟气流率及组成。(1)燃烧的碳和氢
焦炭产量=4875kg/h,
焦炭中氢碳比,C/H=8/92,焦炭=C+H则:
碳产量=4875×0.92=44855kg/h=374kmol/h氢产量=4785-4485=390kg/h=195kmol/h(2)生成CO和CO2的C
CO2/CO=1.0则:
生成CO的C=4485×0.5=2242.5kg/h=187kmol/h生成CO2的C=4485×0.5=2242.5kg/h=187kmol/h(3)理论O2
生成CO2的O2=1×187kmol/h=6000kg/h(5984kg/h)生成CO的O2=0.5×187=93.5kmol/h=2992kg/h生成H2O的O2=0.5×195=97.5kmol/h=3120kg/h小计=187+93.5+97.5=387kmol/h=12112kg/h(4)燃烧产物
2
CO=187kmol/h=5236kg/hCO2=187kmol/h=8228kg/hH2O=195kmol/h=3510kg/h
小计=187+187+195=569kmol/h
=5236+8228+3510=16974kg/h
(5)干空气量
再生器干烟气中过剩O2取0.5%过剩空气量0.5/21=0.0238(mol分数)则:
0.00238=过剩空气量/(理论干空气量+过剩空气量)
过剩空气量0.0238?理论干烟气量?过剩空气量0.0238过剩空气量?1?0.0238(N2?CO2?CO)0.023879?0)?.9762(378?21?187?1870.02380.9762(1796)?43.8kmol/h
其中:
O2=43.8×0.21=9.2kmol/h=294kg/hN2=43.8-9.2=34.6kmol/h=968.8kg/h
干空气量=理论空气量+过剩空气量=理论N2+理论O2+过剩空气量
=378×79/21+378+43.8=1843.8kmol/h=1843.8×28.85=53200kg/h=41300Nm3/h=689Nm3/min
(6)求空气中水气
干球温度=32℃=89.6oF相对湿度=71%
查《乙烯回收手册》图2-5得:H2O/干空气=0。034则:
水蒸汽=0.034×1843.8=62.7kmol/h=1128kg/h(7)湿空气量
G湿=1843.8+62.7=1906.5kmol/h=42700Nm3/h=712Nm3/min=53200+1128=54328kg/h
(8)烟气组成
烟气组成见表4。
表4烟气组成组成O2COCO2
分子量322844kmol/h9.21871873
kg/h29452368228mol%mol%(对湿烟气)(对干烟气)0.448.928.920.510.210.2N2总干烟气生成水水蒸汽总湿烟气2818181456.61839.819562.72097.54078054538351011285917669.429.303.0100.079.1100.0干烟气分子量=54538/1839.8=29.7湿烟气分子量=59176/2097.5=28.2平衡核算:
湿空气量=54328kg/h焦炭量=4875kg/h
两项小计=54328+4875=59203kg/h,与总湿烟气量59176kg/h相近。至烟囱的干烟气=54538-885=53653kg/h(9)烧焦单位耗空气量
湿空气量/焦炭量=42700/4875=8.8Nm3/kg焦湿空气量/焦炭量=54328/4875=11.1kg/kg焦(10)烟风比
湿烟气/湿空气=2097.5/1906.5=1.1(mol比)
2、再生器热平衡
(1)焦炭燃烧放出热量
生成CO2的C量=2242.5kg/h,发热值8100kCal/h生成CO的C量=2242.5kg/h,发热值2450kCal/h生成H2O的H量=390kg/h,发热值28600kCal/h
生成CO2的C放出热量=2242.5×8100=1816×104kCal/h生成CO的C放出热量=2242.5×2450=550×104kCal/h生成H2O的H放出热量=390×28600=1115×104kCal/h小计=1816×104+550×104+1115×104=3481×104kCal/h.(2)可利用热量
解吸催化剂上的焦炭需要总热量的11.5%.即:Q可=3481×104×0.885=3080×104kCal/h(3)主风机出口温度
T出?T入(P出P入)K?1K?
T入——入口温度,取28.8℃=301.8oKP出——出口压力(绝),3.2大气压.P入——入口压力(绝),0.95大气压.η——多变效率,取η=0.75K——绝热指数,1.4
4
T出?T入(P出P入)K?1K?3.21.4?0.75?301.8?()?301.8?3.370.381?475?K?202?C
0.951.4?1取再生器入口处温度为170℃(4)给催化剂净热量
①给干空气的热量=53200×0.26(670-170)=692×104kCal/h.②给水蒸汽的热量
a.空气中带入H2O热量=1128×0.5(670-170)=28×104kCal/h.b.催化剂带入H2O热量=720×0.5(670-510)=5.8×104kCal/h.
c.其它H2O热量=(37+18+158+125+118+24+172+1450)×0.5(670-250)
=2102×0.5(670-250)=44.1×104kCal/h.
③热损失=120×104kCal/h.
小计=692+28+5.8+44.1+120=889.9×104kCal/h.
给催化剂的热量Q=(3080-889.9)×104=2190.1×104kCal/h.(5)催化剂循环量
2190.1?104G剂?530000kg/h
0.26(670?510)?103(6)剂油比=530000/(75000×1.2)=5.9
3、再生器水平衡
(计算见第八节)
再生器水平衡见表5。
表5再生器水平衡入方名称(1)空气中水(2)氢燃烧生成水(3)待生催化剂带入(4)待生滑阀前松动蒸汽流量,kg/h1128351072037出方名称(1)带至反应器蒸汽(2)带至烟气的蒸汽流量,kg/h8895825
(4)负荷状况
进入一级旋风分开器的催化剂量为:ρ×V=10×17=170kg/s=612吨/时
进入每一组旋风分开器的催化剂量=612/5=122.2吨/时一级料腿采用φ426×12管子
管子截面积=0.785×0.4022=0.127m2
质量流速=122200/(3600×0.127)=268kg/m2·s进入二级旋风分开器的催化剂若为一级的10%二级料腿采用φ168×10管子
管子截面积=0.785×0.1482=0.0172m2
二级料腿质量流速=122200×0.1/(3600×0.0172)=198kg/m2·s
(5)催化剂损失
催化剂单耗按0.6公斤/新鲜原料吨
每小时为0.6×75=45公斤/时=1080公斤/天损耗率=45/612000=0.00735%
旋风分开器回收率=100-0.0074=99.9926%8、双动滑阀
考虑双动滑阀有三种不同的操作。
正常流量:在设计负荷下操作不用紧急水
最大流量:在最大烧焦负荷下操作,由于二次燃烧而动用喷水及旋风分开喷入最大蒸汽量。最小流量:由于二次燃烧而将烧焦空气切断,动用稀相喷水,并且吹入事故蒸汽,此时单动滑阀切断。(1)正常流量
考虑旋风分开器喷蒸汽降温14℃,即烟气从670℃降至656℃。干烟气1810kmol/h=53653kg/h
水蒸汽532kmol/h=9582kg/h(见水平衡)
两项小计:1810+532=2342kmol/h=53653+9582=63235kg/h滑阀前压力P1=2.8-0.0468=2.7532kg/cm2=39.1英磅/英寸2滑阀后压力P2=2.7532-0.6=2.1532kg/cm2=30.5英磅/英寸2
烟气体积流率V?22.4?2342?(273?656)?64500m3/h
273?2.7532烟气密度,ρ=63235/64500=0.982kg/m3烟气分子量,M=63235/2342=27滑阀前温度,T1=1212+460=1672oR压缩因数,μ=1
烟气流量W=63235×2.2/3600=38.7磅/秒绝热指数,k=1.38
设d/D=0.38,Cd=0.66
Rc=P2最小/P1=0.615,P2最小=Rc·P1=0.615×39.1=24.0磅/英寸2
11
P2最小P2计算取P2最小
?P2最小56.7?33.7?PP23?1???0.31PP56.7?1.3174.281k1k查图Y1=0.885
d?W0.161CdY1(P1?P2)P1MT1?1?14.60.161?0.625?0.88518?56.7?181698?1?14.6?49.5
0.08905?3.32=7.03英寸=0.178m
d/D=0.178/0.87=0.205,与假设相近,计算正确.滑阀开孔面积=0.785×0.1782=0.0248m2实际采用最小开孔面积=0.0252m2
9、辅助燃烧室
(1)在装置开工升温用空气量为600Nm3/min
湿空气量600Nm3/min=1600kmol/h
13
干空气?湿空气1600??1550kmol/h?44700kg/h水汽1?干空气1?0.034水蒸汽=1600-1550=50kmol/h=900kg/h空气入口温度170℃,出口温度580℃
444
热负荷Q=44700×0.26(580-170)+900×0.5(580-170)=476×10+18.9×10=494×10kCal/h装催化剂时湿空气量550Nm3/min=1470kmol/h干空气量=1470/1.034=1420kmol/h=40500kg/h水蒸汽量=1470-1420=50kmol/h=900kg/h空气入口温度170℃,出口温度620℃
444
热负荷Q=40500×0.26(620-170)+900×0.5(620-170)=474×10+20.2×10=494.2×10kCal/h(2)一次二次风量的分派
①控制炉膛温度1000℃所需一次风量
494.2?104V1??22900kg/h?17750Nm3/h?296Nm3/min
0.26(1000?170)二次风量,V2=600-296=304Nm3/min
②装催化剂时总空气量550Nm3/min=1470kmol/h
494.2?104一次风量,V1??22900kg/h?17750Nm3/h?296Nm3/min
0.26(1000?170)二次风量,V2=550-296=254Nm3/min③正常时主风量712Nm3/min
一次风量,V1=296Nm3/min二次风量,V2=416Nm3/min(3)燃烧室环形空隙
环隙处压力,P环=2.8+0.0208+0.187+0.1=3.108kg/cm2(绝)
992环隙处温度,T环=443oK347二次空气流量=296×443×1/(273×3.108)=2.57m3/s环隙处空气流速为10m/s环隙截面积=2.57/10=0.257m2
18721054设计采用环隙截面积为0.416m2
(4)燃烧室尺寸
燃烧室尺寸示意图如图1所示。炉膛热强度选250×104kCal/h·m3则炉膛体积=500×104/250×104=2m3
燃烧室总高度2219mm图1燃烧室尺寸示意图燃烧室直径φ992/φ1054
则炉膛体积=0.785×0.9922×0.347+0.785×1.0542×1.872=0.268+1.63=1.898m3
燃烧室耐火砖厚113mm,石棉厚10mm,金属壁厚10m
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