催化裂化反再系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

本文格式為Word版，下載可任意編輯——催化裂化反再系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算武漢煉油廠

提升管流化催化裂化裝置反應(yīng)-再生系統(tǒng)

工藝計(jì)算書

(汽油方案)

茂名學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院石油化工系

2023年4月1日(今天是愚人節(jié))

目錄

一、物料平衡表2二、原料放產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2三、再生器系統(tǒng)3四、提升管反應(yīng)器系統(tǒng)14五、反應(yīng)-再生器系統(tǒng)壓力平衡25六、幾種特別狀況下的反-再系統(tǒng)操作參數(shù)29七、催化劑儲(chǔ)罐31八、各種吹氣及有關(guān)參數(shù)的計(jì)算和選取33

一、物料平衡表

本裝置年開工按8000小時(shí)計(jì)算。物料平衡見表1。

表1物料平衡表入方序號(hào)112出方3456物料名稱減壓蠟油合計(jì)干氣液化氣汽油輕柴油澄清油焦炭合計(jì)%(質(zhì))1001002.716.450.520.93.06.5100公斤/時(shí)750007500020251230037875156752250487575000噸/日1800180048.7295.1909.0376.254.0117.01800萬噸/年60601.6209.84030.312.541.83.960轉(zhuǎn)化率76.1%(質(zhì))，輕質(zhì)油收率71.4%(質(zhì))。二、原料放產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1

1、原料及產(chǎn)品性質(zhì)

原料及產(chǎn)品性質(zhì)見表2。

表2原料及產(chǎn)品性質(zhì)相對(duì)密度名稱原料油回?zé)捰统吻逵?0d4相對(duì)密度特性因數(shù)K1211.710.6分子量370340380名稱油漿汽油輕柴油20d4特性因數(shù)K10.611.811.0分子量3801002000.88920.90430.9970.9970.740.89952、反應(yīng)-再生操作條件

反應(yīng)-再生操作條件見表3。

表3反應(yīng)-再生操作條件

名稱沉降器頂部壓力（表）再生器頂部壓力（表）再生床層溫度提升管出口溫度再生催化劑積炭催化劑微反活性單位Kg/m2Kg/m2℃℃%（質(zhì)）數(shù)值1.51.86705100.265~70名稱煙氣中CO2/CO大氣干球溫度相對(duì)濕度煙氣中過剩O2回?zé)挶葐挝环肿颖取?%（mol）數(shù)值1.032710.58/920.2焦炭中氫碳比（H/C）%（質(zhì)）

三、再生器系統(tǒng)

1、空氣流率、煙氣流率及組成。（1）燃燒的碳和氫

焦炭產(chǎn)量=4875kg/h，

焦炭中氫碳比，C/H=8/92，焦炭=C+H則：

碳產(chǎn)量=4875×0.92=44855kg/h=374kmol/h氫產(chǎn)量=4785-4485=390kg/h=195kmol/h（2）生成CO和CO2的C

CO2/CO=1.0則：

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）理論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小計(jì)=187+93.5+97.5=387kmol/h=12112kg/h（4）燃燒產(chǎn)物

2

CO=187kmol/h=5236kg/hCO2=187kmol/h=8228kg/hH2O=195kmol/h=3510kg/h

小計(jì)=187+187+195=569kmol/h

=5236+8228+3510=16974kg/h

（5）干空氣量

再生器干煙氣中過剩O2取0.5%過?？諝饬?.5/21=0.0238(mol分?jǐn)?shù))則：

0.00238=過剩空氣量/（理論干空氣量+過?？諝饬浚?/p>

過?？諝饬?.0238?理論干煙氣量?過剩空氣量0.0238過剩空氣量?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

干空氣量=理論空氣量+過?？諝饬?理論N2+理論O2+過?？諝饬?/p>

=378×79/21+378+43.8=1843.8kmol/h=1843.8×28.85=53200kg/h=41300Nm3/h=689Nm3/min

（6）求空氣中水氣

干球溫度=32℃=89.6oF相對(duì)濕度=71%

查《乙烯回收手冊(cè)》圖2-5得：H2O/干空氣=0。034則：

水蒸汽=0.034×1843.8=62.7kmol/h=1128kg/h（7）濕空氣量

G濕=1843.8+62.7=1906.5kmol/h=42700Nm3/h=712Nm3/min=53200+1128=54328kg/h

（8）煙氣組成

煙氣組成見表4。

表4煙氣組成組成O2COCO2

分子量322844kmol/h9.21871873

kg/h29452368228mol%mol%（對(duì)濕煙氣）（對(duì)干煙氣）0.448.928.920.510.210.2N2總干煙氣生成水水蒸汽總濕煙氣2818181456.61839.819562.72097.54078054538351011285917669.429.303.0100.079.1100.0干煙氣分子量=54538/1839.8=29.7濕煙氣分子量=59176/2097.5=28.2平衡核算：

濕空氣量=54328kg/h焦炭量=4875kg/h

兩項(xiàng)小計(jì)=54328+4875=59203kg/h，與總濕煙氣量59176kg/h相近。至煙囪的干煙氣=54538-885=53653kg/h（9）燒焦單位耗空氣量

濕空氣量/焦炭量=42700/4875=8.8Nm3/kg焦?jié)窨諝饬?焦炭量=54328/4875=11.1kg/kg焦（10）煙風(fēng)比

濕煙氣/濕空氣=2097.5/1906.5=1.1(mol比)

2、再生器熱平衡

（1）焦炭燃燒放出熱量

生成CO2的C量=2242.5kg/h，發(fā)熱值8100kCal/h生成CO的C量=2242.5kg/h，發(fā)熱值2450kCal/h生成H2O的H量=390kg/h，發(fā)熱值28600kCal/h

生成CO2的C放出熱量=2242.5×8100=1816×104kCal/h生成CO的C放出熱量=2242.5×2450=550×104kCal/h生成H2O的H放出熱量=390×28600=1115×104kCal/h小計(jì)=1816×104+550×104+1115×104=3481×104kCal/h.（2）可利用熱量

解吸催化劑上的焦炭需要總熱量的11.5%.即:Q可=3481×104×0.885=3080×104kCal/h（3）主風(fēng)機(jī)出口溫度

T出?T入（P出P入）K?1K?

T入——入口溫度，取28.8℃=301.8oKP出——出口壓力（絕），3.2大氣壓.P入——入口壓力（絕），0.95大氣壓.η——多變效率，取η=0.75K——絕熱指數(shù)，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取再生器入口處溫度為170℃（4）給催化劑凈熱量

①給干空氣的熱量=53200×0.26(670-170)=692×104kCal/h.②給水蒸汽的熱量

a.空氣中帶入H2O熱量=1128×0.5(670-170)=28×104kCal/h.b.催化劑帶入H2O熱量=720×0.5(670-510)=5.8×104kCal/h.

c.其它H2O熱量=(37+18+158+125+118+24+172+1450)×0.5(670-250)

=2102×0.5(670-250)=44.1×104kCal/h.

③熱損失=120×104kCal/h.

小計(jì)=692+28+5.8+44.1+120=889.9×104kCal/h.

給催化劑的熱量Q=(3080-889.9)×104=2190.1×104kCal/h.（5）催化劑循環(huán)量

2190.1?104G劑?530000kg/h

0.26(670?510)?103（6）劑油比=530000/(75000×1.2)=5.9

3、再生器水平衡

(計(jì)算見第八節(jié))

再生器水平衡見表5。

表5再生器水平衡入方名稱(1)空氣中水(2)氫燃燒生成水(3)待生催化劑帶入(4)待生滑閥前松動(dòng)蒸汽流量，kg/h1128351072037出方名稱(1)帶至反應(yīng)器蒸汽(2)帶至煙氣的蒸汽流量，kg/h8895825

（4）負(fù)荷狀況

進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分開器的催化劑量為：ρ×V=10×17=170kg/s=612噸/時(shí)

進(jìn)入每一組旋風(fēng)分開器的催化劑量=612/5=122.2噸/時(shí)一級(jí)料腿采用φ426×12管子

管子截面積=0.785×0.4022=0.127m2

質(zhì)量流速=122200/（3600×0.127）=268kg/m2·s進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分開器的催化劑若為一級(jí)的10%二級(jí)料腿采用φ168×10管子

管子截面積=0.785×0.1482=0.0172m2

二級(jí)料腿質(zhì)量流速=122200×0.1/（3600×0.0172）=198kg/m2·s

（5）催化劑損失

催化劑單耗按0.6公斤/新鮮原料噸

每小時(shí)為0.6×75=45公斤/時(shí)=1080公斤/天損耗率=45/612000=0.00735%

旋風(fēng)分開器回收率=100-0.0074=99.9926%8、雙動(dòng)滑閥

考慮雙動(dòng)滑閥有三種不同的操作。

正常流量：在設(shè)計(jì)負(fù)荷下操作不用緊急水

最大流量：在最大燒焦負(fù)荷下操作，由于二次燃燒而動(dòng)用噴水及旋風(fēng)分開噴入最大蒸汽量。最小流量：由于二次燃燒而將燒焦空氣切斷，動(dòng)用稀相噴水，并且吹入事故蒸汽，此時(shí)單動(dòng)滑閥切斷。（1）正常流量

考慮旋風(fēng)分開器噴蒸汽降溫14℃，即煙氣從670℃降至656℃。干煙氣1810kmol/h=53653kg/h

水蒸汽532kmol/h=9582kg/h（見水平衡）

兩項(xiàng)小計(jì)：1810+532=2342kmol/h=53653+9582=63235kg/h滑閥前壓力P1=2.8-0.0468=2.7532kg/cm2=39.1英磅/英寸2滑閥后壓力P2=2.7532-0.6=2.1532kg/cm2=30.5英磅/英寸2

煙氣體積流率V?22.4?2342?(273?656)?64500m3/h

273?2.7532煙氣密度,ρ=63235/64500=0.982kg/m3煙氣分子量,M=63235/2342=27滑閥前溫度,T1=1212+460=1672oR壓縮因數(shù),μ=1

煙氣流量W=63235×2.2/3600=38.7磅/秒絕熱指數(shù),k=1.38

設(shè)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計(jì)算取P2最小

?P2最小56.7?33.7?PP23?1???0.31PP56.7?1.3174.281k1k查圖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,與假設(shè)相近,計(jì)算正確.滑閥開孔面積=0.785×0.1782=0.0248m2實(shí)際采用最小開孔面積=0.0252m2

9、輔助燃燒室

（1）在裝置開工升溫用空氣量為600Nm3/min

濕空氣量600Nm3/min=1600kmol/h

13

干空氣?濕空氣1600??1550kmol/h?44700kg/h水汽1?干空氣1?0.034水蒸汽=1600-1550=50kmol/h=900kg/h空氣入口溫度170℃,出口溫度580℃

444

熱負(fù)荷Q=44700×0.26(580-170)+900×0.5(580-170)=476×10+18.9×10=494×10kCal/h裝催化劑時(shí)濕空氣量550Nm3/min=1470kmol/h干空氣量=1470/1.034=1420kmol/h=40500kg/h水蒸汽量=1470-1420=50kmol/h=900kg/h空氣入口溫度170℃,出口溫度620℃

444

熱負(fù)荷Q=40500×0.26(620-170)+900×0.5(620-170)=474×10+20.2×10=494.2×10kCal/h（2）一次二次風(fēng)量的分派

①控制爐膛溫度1000℃所需一次風(fēng)量

494.2?104V1??22900kg/h?17750Nm3/h?296Nm3/min

0.26(1000?170)二次風(fēng)量，V2=600-296=304Nm3/min

②裝催化劑時(shí)總空氣量550Nm3/min=1470kmol/h

494.2?104一次風(fēng)量，V1??22900kg/h?17750Nm3/h?296Nm3/min

0.26(1000?170)二次風(fēng)量，V2=550-296=254Nm3/min③正常時(shí)主風(fēng)量712Nm3/min

一次風(fēng)量，V1=296Nm3/min二次風(fēng)量，V2=416Nm3/min（3）燃燒室環(huán)形空隙

環(huán)隙處壓力，P環(huán)=2.8+0.0208+0.187+0.1=3.108kg/cm2(絕)

992環(huán)隙處溫度,T環(huán)=443oK347二次空氣流量=296×443×1/(273×3.108)=2.57m3/s環(huán)隙處空氣流速為10m/s環(huán)隙截面積=2.57/10=0.257m2

18721054設(shè)計(jì)采用環(huán)隙截面積為0.416m2

（4）燃燒室尺寸

燃燒室尺寸示意圖如圖1所示。爐膛熱強(qiáng)度選250×104kCal/h·m3則爐膛體積=500×104/250×104=2m3

燃燒室總高度2219mm圖1燃燒室尺寸示意圖燃燒室直徑φ992/φ1054

則爐膛體積=0.785×0.9922×0.347+0.785×1.0542×1.872=0.268+1.63=1.898m3

燃燒室耐火磚厚113mm,石棉厚10mm,金屬壁厚10m