Определение режимных параметров процесса жидкофазной гидроочистки дизельного топлива (по технологии IsoThermig)

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты глубокого обессеривания нефтепродуктов в условиях Российской Федерации

1.1. Современное состояние отечественного производства дизельных топлив и требования

1.2. Сравнительная характеристика газофазной и жидкофазной технологий гидроочистки

1.3. Физико-химические закономерности массообмена в системе «жидкое сырье — растворенный водород — катализатор»

Глава 2. Технологический анализ процесса IsoThermig

2.1. Описание принципиальной схемы реакторного блока и специфика эксплуатации оборудования

2.2. Характеристика сырьевых компонентов и требований ГОСТ Р 52368-2005 к готовому топливу класса К5

2.3. Оценка эффективности применения российских каталитических систем в жидкофазных процессах

Глава 3. Оптимизация режимных параметров и интенсификация процесса жидкофазной гидроочистки

3.1. Расчет материального и теплового баланса реактора в зависимости от концентрации сероорганических соединений и режима процесса

3.2. Определение влияния кратности циркуляции гидрогенизата на температурный профиль слоя катализатора

3.3. Обеспечение промышленной и экологической безопасности при эксплуатации установки согласно нормам Ростехнадзора

Глава 4. Определение растворимости водорода в дизельном топливе при рабочих температурах, определение потребляемой мощности компрессора

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Определение режимных параметров процесса жидкофазной гидроочистки дизельного топлива (по технологии IsoThermig)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы обусловлена возрастающими требованиями к качеству моторных топлив в Российской Федерации, закрепленными техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 013/2011 и ГОСТ Р 52368-2005, предусматривающими содержание серы в дизельном топливе класса К5 не более 10 мг/кг. Традиционные газофазные процессы гидроочистки нередко демонстрируют технологические ограничения при переработке тяжелых дистиллятных фракций с повышенным содержанием полициклических ароматических и серосодержащих соединений. Внедрение жидкофазной технологии IsoThermig, предложенной компанией Shell Global Solutions, позволяет осуществить глубокое обессеривание при минимальном гидрировании ароматических структур, сохраняя тем самым цетановые характеристики готового продукта. Особенностью данного процесса является циркуляция жидкого гидрогенизата через каталитический реактор, обеспечивающая изотермический профиль температуры и эффективное отведение тепла экзотермических реакций гидрогенолиза [1, c. 45].

Степень разработанности проблемы в российской научно-технической литературе связана с исследованиями ВНИИ НП, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и ИНХП РБ, посвященными адаптации зарубежных технологий к отечественному сырью и каталитическим системам. Однако комплексная оптимизация режимных параметров применительно к специфике российских прямогонных дизельных фракций остается актуальной задачей нефтеперерабатывающей отрасли [2, c. 112].

Цель курсовой работы — определение оптимальных режимных параметров процесса жидкофазной гидроочистки дизельного топлива по технологии IsoThermig для обеспечения соответствия продукта требованиям ГОСТ Р 52368-2005.

Задачи исследования:

• изучить физико-химические основы массообмена в системе «жидкое сырье — растворенный водород — катализатор»;
• проанализировать принципиальную технологическую схему реакторного блока установки IsoThermig;
• выполнить расчет материального и теплового баланса реактора с учетом концентрации сероорганических соединений;
• определить влияние кратности циркуляции гидрогенизата на температурный профиль каталитического слоя;
• рассчитать растворимость водорода в дизельном топливе при рабочих температурах и потребляемую мощность циркуляционного компрессора.

Объект исследования — процесс жидкофазной гидроочистки прямогонной дизельной фракции на промышленной установке технологии IsoThermig.

Предмет исследования — режимные параметры процесса (температура, давление, кратность циркуляции жидкой фазы, объемная скорость подачи сырья).

Методологическая база включает законы химической термодинамики и кинетики, теорию массопередачи в трехфазных системах, инженерные методы расчета материальных и тепловых балансов, а также нормативные документы ТР ТС 013/2011, ГОСТ Р 52368-2005, правила Ростехнадзора.

Научная новизна заключается в разработке алгоритма расчета растворимости водорода в циркулирующем гидрогенизате и определении оптимальной кратности циркуляции для минимизации перепада температур в реакторе.

Теоретическая значимость работы состоит в систематизации данных о закономерностях массообмена и теплопереноса в жидкофазных гидрогенизационных процессах.

Практическая значимость определяется возможностью использования полученных расчетных зависимостей для оптимизации действующих установок гидроочистки дизельных топлив российских НПЗ.

Структура работы: введение, четыре главы, заключение, список использованной литературы.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЛУБОКОГО ОБЕССЕРИВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В УСЛОВИЯХ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

1.1. Современное состояние отечественного производства дизельных топлив и требования

Дизельное топливо занимает ключевое место в структуре нефтепродуктообеспечения Российской Федерации, составляя около 30 % от общего объема переработки нефти. По данным Минэнерго России, в 2025 году глубина переработки на отечественных НПЗ достигла 85,4 %, что свидетельствует о модернизации производственных мощностей и внедрении вторичных процессов. Основным нормативным документом, регламентирующим качество дизельного топлива, является технический регламент Таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, реактивному топливу и мазуту», устанавливающий пять экологических классов топлив [3, c. 18]. Для класса К5, действующего с 1 января 2016 года, максимально допустимое содержание серы ограничено 10 мг/кг, что соответствует требованиям стандарта EN 590.

Переход на производство топлив класса К5 потребовал масштабной реконструкции действующих установок гидроочистки и строительства новых технологических блоков. Основные производители дизельного топлива в России — ПАО «Роснефть», ПАО «Газпром нефть», ПАО «ЛУКОЙЛ», АО «Татнефть» — последовательно внедряют процессы глубокой гидроочистки с применением высокоактивных катализаторов на основе никеля, кобальта и молибдена на носителях из оксида алюминия [4, c. 67]. Важным аспектом является сохранение цетанового числа дизельного топлива, которое должно быть не ниже 51 единицы по ГОСТ Р 52368-2005.

Сернистые соединения дизельных фракций представлены преимущественно тиофенами, бензтиофенами и дибензтиофенами, причем наиболее трудноудаляемыми являются 4,6-диметилдибензтиофен и его гомологи, стерически затрудняющие контакт с активными центрами катализатора [5, c. 134]. Процессы гидрообессеривания протекают по механизму гидрогенолиза связи C–S с образованием сероводорода и углеводородов. Глубина обессеривания определяется активностью катализатора, температурой, давлением водорода, объемной скоростью подачи сырья и соотношением водород/сырье [6, c. 89].

Российский рынок катализаторов гидроочистки представлен как зарубежными производителями (Albemarle, Haldor Topsoe, Criterion), так и отечественными предприятиями (АО «Новокуйбышевский НПЗ», АО «Ангарский завод

…