CRACARE CATALITICA

1. DATE DE PROIECTARE

debit: 900000 t/h

-materie prima: distilat de vid cu urmatoarele caracteristici:

- densitate materie prima: 865 kg/m³

- continut de sulf:    0, 7%

- curba de distilare STAS: 5% - 335⁰C

50% - 435⁰C

95% - 545⁰C

- conversie: 72

-parametrii instalatiei: - temperatura in reactor = 580⁰C

- temperatura in regenerator = 680⁰C

- presiunea in reactor = 1, 7 ata

- presiunea in regenerator = 2 ata

- densitatea volumetrica a cataliz. in reactor = 420 kg/m³

- densitatea volumetrica a cataliz. in regenerator = 450 kg/m³

- cocs remanent pe catalizatorul regenerat: 0, 1%gr

- presiunea aburului = 4atm

- compozitia gazelor in regenerator:

gaz CO CO₂ O₂

% 8 10 2

- densitatea reala a catalizatorului = 2300 kg/m³

densitatea volumetrica = 890 kg/m³

2. INTRODUCERE

Destinat fabricarii de benzine ca produs principal, procesul de cracare catalitica a fost realizat pentru prima oara in instalatiile cu reactoare in strat fix, urmate, la scurt timp, de instalatii cu catalizator in strat mobil in reactor si regenerator de tip Termofor. Inca din anul 1941 au aparut instalatii de cracare catalitica cu strat fluidizat atat in reactor cat si in regenerator.

Dupa utilizarea catalizatorilor sintetici amorfi cu 10-25%Al₂O_3, prin 1960 apar catalizatorii zeolitici, care contin 10-25% site moleculare incorporate intr-o matrice de alumino-silicat. Ei se caracterizeaza printr-o activitate mult mai mare decat cei amorfi, selectivitate superioara si o rezistenta hidrotermica ridicata.

Aceste caracteristici au determinat schimbarea tehnologiei procesului, aparand instalatii in care reactia se realizeaza in faza diluata chiar in conducta de transport a materiei prime, numita 'riser' intr-un timp de reactie de 4-6s sau chiar mai scurt o data cu cresterea activitatii catalizatorilor. S-a realizat o extindere a bazei de materii prime trecandu-se de la prelucrarea motorinelor grele la prelucrarea distilatelor de vid cu finaluri pana la 550⁰C, iar in ultimul timp exista tendinta de a se utiliza chiar reziduuri de distilatie atmosferica, integral sau in amestec, in diverse proportii cu distilatul de vid.

Aparatele principale ale instalatiei de cracare catalitica sunt reactorul si regeneratorul, in care circula continuu catalizatorul de aluminosilice sub forma de praf.

In reactor materia prima petroliera se supune cracarii catalitice in strat fluidizat, in urma careia se formeaza produse de cracare lichide si gazoase, iar suprafata catalizatorului se acopera cu cocs. O data cu cresterea cantitatii de cocs pe suprafata

catalizatorului, activitatea acestuia scade. Pentru revenirea activitatii, catalizatorul folosit se regenereaza cu aer cald, la temperatura stratului fluidizat din regenerator de 550-580⁰C.

Catalizatorul uzat se deplaseaza din reactor in regenerator pe linia de transport cu ajutorul aerului trimis pentru arderea cocsului. Catalizatorul regenerat, sub actiunea greutatii proprii, se trimite in nodul de amestec de unde este transportat in reactor, prin linia fluxului de materie prima. La intrarea liniilor de transport in reactor si regenerator, se instaleaza gratare de distributie, pentru divizarea fluxului de gaze si vapori in jeturi. In felul acesta se realizeaza o distribuire uniforma a fluxurilor, astfel ca in stratul fluidizat de catalizator din reactor si regenerator se realizeaza un contact intim intre faza gazoasa si particulele de catalizator.

In cazul unei distribuiri uniforme a jeturilor in stratul fluidizat de catalizator, toate particulele acestuia participa in egala masura la reactia de cracare catalitica si la regenerarea catalizatorului uzat.

Pentru captarea particulelor de catalizator antrenate de vapori si gaze de pe suprafata stratului fluidizat, in reactor si regenerator sunt montate cicloane. Functionarea cicloanelor depinde in special de constructia lor si de viteza liniara a gazelor si vaporilor la intrarea in cicloane.

In acelasi timp, regimul de separare a catalizatorului in cicloane depinde de stabilitatea de functionare a reactorului, de densitatea si dimensiunile particulelor de catalizator, precum si de distanta dintre suprafata stratului fluidizat si planul de intrare a amestecului in cicloane.

Densitatea stratului fluidizat de catalizator de aluminosilice depinde de viteza liniara a fazei gazoase in sectiunea libera a reactorului. La cresterea vitezei liniare a fazei gazoase de la 0,1 pana la 0,3m/s, densitatea stratului fluidizat de catalizator scade de la 480 pana la 430 kg/m³.

2.1. MECANISMUL REACTIILOR

DE CRACARE CATALITICA

Reactiile de cracare catalitica se desfasoara printr-un mecanism carbonionic similar cu reactiile catalizate de acizi puternici, in medii omogene.

Ionul de carboniu se formeaza prin ruperea heterolitica a legaturii C-H sau C-C, in prezenta centrului activ de pe suprafata catalizatorului.

C-H → C⁺+H^-E⁺

Energia necesara formarii ionului de carboniu creste cu cresterea numarului de atomi de hidrogen legati de carbonul de la care se extrage ionul hidrura. Stabilitatea ionilor de carboniu care reflecta reactivitatea legaturii C-H in formarea carbonionilor scade in sensul cresterii energiei de disociere, dupa cum urmeaza:

Tertiar > secundar > primar > etil > metil.

Din aceasta cauza, posibilitatea de formare a carbonionilor primari C₂H₅⁺ si CH₃⁺ este foarte mica in raport cu formarea celor secundari (CH₃-CH⁺-CH₃) si tertiari (CH₃-C⁺-(CH₃)₂) fapt care explica ponderea mai mare a produselor cu 3 si 4 atomi de carbon in molecula, in gazele obtinute la cracarea catalitica.

Reactia de cracare catalitica asemanatoare celei de cracare termica (mecanism radicalic) se desfasoara dupa un mecanism in lant cuprinzand etape de initiere, de propagare si de intrerupere a lantului.

2.1.1. Formarea carbocationilor

Carbocationul poate sa se formeze pe cai diferite, cum ar fi:

interactiunea unui centru acid de tip Brönsted cu o hidrocarbura nesaturata, prin aditia protonului la dubla legatura:

RCH = CH₂ + HB → R-C⁺H-CH₃ + B^-

parafinele si naftenele formeaza carboioni prin extragerea ionului de hidrura pe centrii acizi de tip Lewis:

RH + L→ R⁺+ LH^-

atacul direct al protonului de pe centrul acid Brönsted asupra legaturii C-H sau C-C din molecula parafinica formand ca intermediar o specie cu un atom de carbon pentavalent:

H

H

R - CH₃ + H⁺ R - C . . R - CH⁺₂ + H₂

H

Sau ruperea legaturii C-C

hidrocarburile aromatice pot de asemenea sa actioneze ca acceptori de protoni

+ HB + B^-

Aceste reactii care duc la formarea carbocationului reprezinta etapa de initiere.

2.1.2. Reactiile carbocationilor

Izomerizarea de structura prin migrarea ionului hidrura sau a gruparilor alchil in directia formarii carbocationilor cu stabilitatea cea mai mare

K₁

R - CH₂- CH₂- CH₂- CH⁺₂ R - CH₂- CH₂- CH⁺- CH₃

K_i

R - CH₂- CH₂- CH⁺- CH₃ R - CH₂- C⁺- CH₃

CH₃

Ruperea sau scindarea heterolitica a legaturii C-C din pozitia β a ionului de carboniu cu masa moleculara mare si formarea de olefine cu masa moleculara mica si a unui ion de carboniu cu numar mic de atomi de carbon reprezinta o reactie de baza a mecanismului in lant:

+ k_β +

CH₃-CH- CH₂-CH₂-CH₂- R→ CH₃-CH = CH₂+R-CH₂- CH₂

Daca se formeaza un carbocation primar, acesta se izomerizeaza inainte de a suferi o noua scindare β. Ruperea noului carbocation va duce la formarea de propena sau izobutena, prezenta etilenei in produsele de cracare catalitica fiind rezultatul unor reactii secundare de cracare termica.

Interactiunea unui carbocation cu o molecula de hidrocarbura din masa de reactie va duce la extragerea unui ion hidrura de la aceasta, generand un carbocation cu masa moleculara mare care se va rupe apoi dupa regula β.

+ KH

CH₃-CH-CH₃ + RH → CH₃-CH₂-CH₃ + R⁺

Aceasta reactie de transfer de hidrogen asigura propagarea lantului de reactii de cracare simultan cu stabilizarea carbocationilor cu masa moleculara mai mica.

Reactiile de scindare si reactiile de interactiune ale carbocationilor reprezinta asa-numita etapa de propagare.

2.1.3. Reactii de intrerupere

Reactiile de intreupere, cu eliminare de hidrogen si formarea unei olefine:

+ k_E

R-CH₂-CH-CH₃→R-CH = CH-CH₃+H⁺

duc la disparitia carbocationului si intreruperea lantului de reactie.

Olefinele formate prin reactiile de scindare sunt partial saturate prin reactii de transfer de hidrogen din diferite surse, marcand o caracteristica importanta a cracarii catalitice.

Reactiile tipice de transfer de hidrogen (TH) la care participa olefinele sunt de tip donor-acceptor sau de disproportionare.

Olefine + naftene → parafine + aromatice

3C_nH_2n + C_mH_2m → 3C_nH_2n+2 + C_nH_2m-6

olefine → parafine + aromatice

4C_nH_2n → 3C_nH_2n+2 + C_nH_2m-6

cicloolefine → naftene + aromatice

3C_nH_2m-2 → 2 C_mH_2m + C_mH_2m-6

Hidrogenul transferat provine de la naftene sau din reactiile de formare a cocsului. Transferul de hidrogen explica marea cantitate de izobutan si izoparafine, prin hidrogenarea olefinelor tertiare care se formeaza mai rapid decat olefinele normale.

Carbocationii sunt implicati de asemenea in reactiile secundare de amplificare a numarului de atomi de carbon (polimerizare, alchilare, condensare si ciclizare) care pot sa conduca la formarea cocsului pe catalizator. Cea mai mare parte din cocsul depus rezulta din condensarea aromatelor prezente initial in materia prima sau formate prin dehidrogenarea si ciclizarea olefinelor.

2.2. TERMODINAMICA PROCESULUI

La cracarea parafinelor si olefinelor cu masa moleculara mare, se obtin conversii de peste 90% la temperaturi mai mari de 400^oC, cand se pot produce si unele reactii de transfer de hidrogen prin care:

cicloalcani + olefine → aromatice + parafine

Izomerizarea alchilaromatelor, transalchilarea, dehidrogenarea parafinelor sunt reactii intermediare iar atingerea echilibrului depinde de cinetica procesului.

La conversii ridicate insa, reactiile exoterme, ca transferul de hidrogen, ciclizarea si condensarea au o pondere mare ceea ce duce la o scadere a endotermicitatii procesului si a caldurii de reactie.

Dependenta caldurii de reactie de catalizator si de conversie poate fi exprimata prin relatia empirica:

in care:

q_r - caldura de reactie a procesului [kj/kg]

M - masa moleculara a materiei prime

y_i - fractiile de masa ale produselor de reactie

x - conversia - totalitatea produselor (gaze si fractiuni lichide) cu temperatura finala de distilare < initialul materiei prime (fr.masa)

α_p^i/n, α_o^i/n - raportul intre structura izo si normala a hidrocarburilor parafinice si olefinice [kg/kg]

ν_o, ν_p - coeficienti stoechiometrici ai ecuatiei generale de cracare catalitica

Alti autori propun relatii empirice mai simple pentru calculul caldurii de reactie, pe catalizatori zeolitici

q_{r =} 229, 2y² + 176, 2y

in care:

y - fractia de masa totala a produselor de reactie

Relatia este limitata la materiile prime cercetate.

2.3. CINETICA REACTIILOR DE CRACARE CATALITICA

Datorita complexitatii procesului de cracare catalitica, in care o multitudine de componenti chimici din diferite clase de hidrocarburi prezenti in materia prima se transforma prin numeroase reactii, primare si secundare, in prezenta uni catalizator a carui activitate si selectivitate se modifica rapid si continuu, tratarea cinetica a procesului pe baza unui mecanism complet este extrem de dificila si nu s-a realizat pana in prezent.

Ca in oricare proces de cataliza eterogena, transformarea reactantilor implica etape succesive de difuzie, absorbtie, reactie chimica, desorbtie si difuzie a produselor de reactie formate.

Etapa de reactie este cea mai lenta si controleaza viteza globala a procesului. De asemenea, cinetica este influentata de competivitatea in adsorbtia pe suprafata a diversilor constituenti ai materiei prime si ai produselor de reactie, de blocarea temporara sau ireversibila a unei parti a suprafetei sau a porilor de difuzie si de reactii chimice(secundare).

Datele experimentale obtinute la cracarea catalitica a hidrocarburilor pure pledeaza pentru o relatie cinetica globala de ordinul І:

in care:

n_A - numarul de moli de reactant A

k₁ - constanta de viteza

τ - timpul de reactie

Cu toate ca reactia de baza este de ordinul І, din cauza dilutiei cu produsele de reactie(deci la conversii mari), dupa unii autori, reactia se apropie de ordinul ІІ, in raport cu materia prima netransformata:

unde:

P - presiunea totala

W_c - masa catalizatorului

n_A/n_A0 - fractia de reactanti netransformati

n_A0 - moli intiali

n_A - moli netransformati

Din cauza dificultatilor mentionate, se impune tratarea cineticii procesului de cracare catalitica pe baza unor modele dezvoltate pe scheme cinematice simple, in care participantii la reactii sunt constituiti din grupuri de componenti.

2.4. EFECTUL VARIABILELOR DE OPERARE ASUPRA PERFORMANTELOR PROCESULUI DE CRACARE CATALITICA

2.4.1. Temperatura de reactie

Reactoarele de tip riser sunt operate la temperaturi medii de 510-540⁰C cu variatii de 20-40⁰C intre nodul de amestec al materiei prime cu catalizatorul (inceperea reactiei) si iesirea din riser. Scaderea temperaturii in lungul riserului este determinata de:

exploatarea adiabatica a reactorului

caldura consumata in reactiile endoterme ce au loc.

Temperatura medie de reactie, exprimata uneori ca temperatura echivalenta a vitezei medii adiabatice (t_{ev ma}) depinde de:

temperatura de incepere a reactiei (t_ir)

temperatura de iesire din riser (t_er)

Temperatura de incepere a reactiei este determinata de:

temperatura de intrare in riser a materiei prime,

gradul de vaporizare al acesteia,

temperatura catalizatorului regenerat,

raportul masic catalizator/materie prima,

aburul introdus in nodul de amestecare si, eventual,

ratia de reciclu.

T_ir se calculeaza din bilantul termic pe nodul de amestec, iar t_er este data de relatia:

t_er = t_ir-Δt_riser

Δt_riser - este functia de marimea conversiei, a caldurii de reactie, de tipul de catalizator si de pierderile de caldura

Recent a fost elaborata o noua procedura prin care se realizeaza controlul temperaturii de iesire, intr-o anumita masura, independent de t_ir, printr-o injectie controlata de material de reciclu in riser.

Cresterea temperaturii de reactie determina cresterea conversiei materiei prime.

%conversie = 100 - %(distilat usor+distilat greu+slurry)

Cracarea catalitica la temperaturi ridicate, timpi scurti de reactie si conversie constanta are ca efect:

cresterea randamentului si a cifrei octanice a benzinei,

cresterea ponderii olefinelor C₂, C₃, C₄ in gaze,

scaderea randamentului de cocs

2.4.2. Raportul de contactare catalizator/materie prima

Raportul de contactare catalizator/materie prima variaza la instalatiile industriale de tip riser intre 5-10 kg/kg.

Cresterea raportului de contactare determina cresterea aportului de caldura in nodul de amestec, deci cresterea temperaturii, t_ir; la temperatura constanta cresterea raportului catalizatorilor/materie prima are ca efect cresterea conversiei a randamentului in gaze, a raportului benzina/gaze, a randamentului de cocs, a continutului de aromate in benzina si in distilatul usor si reducerea continutului de olefine in benzine, a timpului mediu de stationare a catalizatorului in reactor si a gradului de dezactivare a acestuia datorita depunerilor de cocs. Marirea excesiva a raportului de contactare duce la cresterea continutului de cocs remanent pe catalizatorul regenerat, la uzura mecanica a catalizatorului, la cresterea cantitatii de gaze de ardere antrenate de catalizator din regenerator in sistemul de reactie, la cresterea cantitatii de abur de stripare absorbit pe catalizator si transportat in regenerator, la cresterea cantitatii de hidrocarburi grele adsorbite pe catalizator si transportate in regenerator.

Amestecarea cat mai eficienta a fluxului de catalizator regenerat cu fluxul de materie prima este deosebit de importanta in asigurarea desfasurarii uniforme a reactiilor de cracare pe toata suprafata de curgere a riserului. O amestecare slaba genereaza zone de concentratie ridicata a catalizatorului, unde temperatura creste excesiv, ceea ce determina formarea cocsului, ce conduce la dezactivarea catalizatorului chiar la intrarea in riser.

2.4.3. Timpul de reactie

Cresterea timpului de ractie, in anumite limite, are drept efect cresterea conversiei, dupa care, la valori mai mari ale timpului de reactie, conversia se mentine aproximativ constanta sau creste foarte putin, dar este asociata cu aparitia fenomenului de supracracare, care conduce la scaderea randamentului de benzina.

Pentru timpi de reactie uzuali de 2-6 s corespunde o inaltime a riserului de 30-40 m. Reducerea timpului de reactie se face prin marirea vitezei vaporilor in riser, care variaza intre 6-8 m/s sau prin scurtarea inaltimii riserului.

La timpi scurti de reactie, selectivitatea in benzina este maxima, deoarece reactiile secundare de supracracare a benzinei sunt minime. De asemenea se formeaza mai putin cocs si are loc o conservare a olefinelor C₃, C₄ care nu sufera reactiile de transfer de hidrogen.

2.4.4. Presiunea de lucru

In reactoarele de cracare catalitica, presiunea depaseste cu putin presiunea atmosferica.

Cresterea presiunii determina cresterea conversiei, asociata cu o usoara scadere a randamentului in benzina si in fractie C₄ ca urmare a cresterii timpului de reactie:

In care:

τ = timpul de reactie    s

η_t = fractia de volum liber total

p = presiunea medie in sistemul de reactie [bar]

M = masa moleculara medie a reactantilor

Z = factor de compresibilitate

ω = viteza volumetrica    [h^-1]

ρ_i = densitatea materiei prime in conditii de alimentare [kg/m³]

Cu cresterea presiunii, continutul de olefine din benzina scade usor, ca rezultat al intensificarii reactiilor de transfer de hidrogen, fiind favorizate, atat termodinamic cat si cinetic, reactiile de condensare ce conduc la cresterea depunerilor de cocs pe catalizator.

Operarea instalatiei la presiuni mai ridicate ar reduce consumul de energie la compresorul de gaze, dar ar creste consumul de energie al turbosuflantei de aer. Presiunile mari de lucru ar mari pericolul de exploatare al instalatiei.

Rezulta ca nu este avantajos sa se lucreze la presiuni pe reactor mai mari decat impun caderile de presiune din sistemul de fractionare a produselor.

Presiunea din reactor determina si presiunea din sistemul de regenerare.

2.4.5. Variabilele procesului de regenerare a catalizatorilor de cracare catalitica

Cocsul depus pe catalizator in reactor este indepartat prin ardere in sistemul de regenerare. Deoarece arderea hidrogenului continut in cocs are loc cu viteza mare, arderea carbonului controleaza viteza globala conform reactiei:

unde:

[C - continutul d carbon pe catalizator [% masa

t − timpul    [s

P_O2 − presiunea partiala a oxigenului    [bar

K − constanta vitezei de reactie

Principalele variabile care sunt asociate procesului de regenerare sunt:

a) continutul de cocs pe catalizator la intrare in regenerator (0,6 - 1,2% pe catalizator) avand urmatoarele proveniente:

- Cocsul catalitic rezultat din:

cracarea hidrocarburilor pe centrele acide ale catalizatorului

reactii de polimerizare si condensare

- Cocsul de contaminare ca rezultat al depunerii de metale pe suprafata catalizatorului care promoteaza reactii de dehidrogenare si formare de cocs.

- Cocsul de recirculare si stripare, ca rezultat al antrenarii unor hidrocarburi adsorbite si neeliminate prin stripare, care depinde de:

raportul de circulatie,

volumul porilor catalizatorului,

distributia porilor,

temperatura,

presiune,

timpul de stripare,

cantitatea de abur

eficacitatea striparii.

- Cocsul din materia prima, care se coreleaza cu cocsul Conradson, cu continutul de aromatice policiclice cu caracter bazic, care se adsorb ireversibil pe centrii acizi. Este influentat de modul de contactare al materiei prime cu catalizatorul regenerat.

b) Temperatura de regenerare

In ultimii ani a existat tendinta cresterii temperaturii de regenerare de la 630-650⁰C pana la valori de 700-750⁰C asociata cu combustia cat mai completa la CO₂, astfel ca raportul CO₂/CO a crescut de la valori de 0,7-1,5 pana la 9-10, cu o reducere a CO (prin folosirea de aditivi) pana la 50 ppm. Simultan cresterea temperaturii a condus la reducerea cocsului remanent de la 0,2-0,4 la 0,1-0, 05% gr. Aceasta a fost asociata cu cresterea continutului de oxigen in gazele de ardere pana la valori de 1-4% volum pentru arderea completa a CO.

Consumul specific de aer variaza intre 11-14 kg aer/kg cocs aceasta depinzand de raportul CO/CO₂ la care este operat regeneratorul.

Cresterea temperaturii in regenerator conduce la:

reducerea continutului de cocs remanent,

cresterea temperaturii in reactor in conditiile mentinerii raportului de contactare,

cresterea temperaturii de preincalzire a materiei prime la nivel constant.

Valoarea maxima a temperaturii in regenerator este limitata atat de rezistenta termica si hidrotermica a catalizatorului cat si de rezistenta metalului din care sunt construite cicloanele si regeneratorul.

Temperatura din regenerator se coreleaza si cu presiunea care influenteaza viteza reactiei de ardere prin marirea presiunii partiale a oxigenului. Presiunea din regenerator se coreleaza la rindul ei cu presiunea din reactor, cu consumul de energie al turbosuflantei de aer si cu investitiile suplimentare implicate de cresterea presiunii.

Alegerea presiunii de operare este o problema de optim economic si de limitatii tehnologice, care trebuie sa ia in considerare consumul de energie al turbosuflantei de aer, energia recuperata dar si efectele legate de cresterea presiunii in reactor si in sistemul de fractionare.

3. STABILIREA RANDAMENTULUI PE PRODUSE

Pentru estimarea randamentelor si a calitatilor produselor de reactie, la cracarea fractiunilor distilate, in reactoare tip riser s-au elaborat o serie de corelatii grafice (fig.6.2-6.14) bazate pe nivelul de conversie dorit si pe calitatea materiei prime exprimate printr-un factor de corelare α calculat cu relatia:

a = 75 - 0.065 T_MVF - 0.9S + 0.6 P_A - 0.26P_A/D

in care:

T_MVF − temperatura medie volumetrica de fierbere [⁰F

D − densitatea [g/cm³

S − continutul de sulf    [% masa

P_A - punctul de anilina    [⁰F]

C]

T_MVF = [⁰C]·1,8 + 32 [ F]

t_{10%STAS =} 345⁰C

t_{30%STAS =} 390⁰C

t_{50%STAS =} 435⁰C

t_{70%STAS =} 485⁰C

t_{90%STAS =} 535⁰C

T_MVF = (345 + 390 + 435 + 485 + 535) : 5 = 438⁰C

T_MVF = 438 · 1,8 + 32 = 820,4⁰F

d₁₅^{15 =} 0.9952 d₄²⁰ + 0.00806

d₁₅^{15 =} 0.9952 0, 865 + 0, 00806 = 0, 869 g/cm³

API = API

Din nomograma ce coreleaza ⁰API, P_Asi T_MVF T PA = 215 ⁰F

Estimarea randamentului:

• in fractie C₃    80% vol
• de benzina in fractia C₃    64% vol
• raportul total C₄/ total C₃    170% vol
• de propena in fractia C₃    72% vol
• de butene in fractia C₄    50% vol
• in cocs +gaze C₂    6% masa
• raportul cocs/ cocs +gaze C₂    0, 65%masa
• in H₂S    0, 35% masa
• densitatea fractiei de benzina    60⁰API
• cifra octanica Motor    80
• cifra octanica Research a benzinei    91

4. BILANT TERMIC SI MATERIAL AL REACTORULUI

Capacitatea instalatiei 900000t/an

900000 : 8000 h = 112,5·1000 kg = 112500 kg/h

Produsele obtinute in % masa fata de materia prima:

benzina    59,7%

motorina usoara 12,8%

motorinap grea 17,2%

gaze 6,3%

cocs 4%

Debitul de materie prima:

G_mp = 112,5 t/h · 1000 kg = 112500 kg/h

Cantitatea de benzina produsa:

G_B = 0,597·G_mp = 0, 597·112500 = 67162,5 kg/h : 3600 = 18,65 kg/s

Cantitatea de motorina usoara:

G_MU = 0,128·G_mp = 0, 128·112500 = 14400 kg/h : 3600 = 4 kg/s

Cantitatea de motorina grea:

G_MG = 0,172·G_mp = 0, 172·112500 = 19350 kg/h : 3600 = 5,38 kg/s

Cantitatea de gaze de cracare:

G_{g =} 0,063·G_mp = 0, 063·112500 = 7087,5 kg/h : 3600 = 1,99 kg/s

Cantitatea de cocs:

G_{cocs =} 0,04·G_{mp =} 0,04·112500 = 4500 kg/h : 3600 = 1,25 kg/s

Cantitatea de abur:

G_{z =} 0,05·G_{mp =} 0,05·112500 = 5625 kg/h : 3600 = 1,56 kg/s

4.1. BILANT TERMIC AL REACTORULUI

In reactor intra materia prima incalzita la temperatura t₀ in cantitate G_mp catalizatorul regenerat in cantitate de G_cat la temperatura t₂ si aburul in cantitate G_z la temperatura t₆.

In reactor, pe suprafata catalizatorului, materia prima petroliera la temperatura stratului fluidizat t₁ este supusa procesului de cracare catalitica.

In reactor intra urmatoarele cantitati de caldura:

1. Cu materia incalzita:

Q₁ = G_mp·[(1-e)·q^l_to+e·q^v_to [kcal/h

unde:

Q₁ − cantitatea de caldura introdusa [kcal/h

G_mp − cantitatea de materie prima [kcal/h

e − fractia in greutate vaporizata

q^l_to − entalpia fazei lichide a materiei prime la temperatura t₀ [kcal/kg

q^v_to− entalpia fazei de vapori a materiei prime la temperatura t₀ [kcal/kg]

2. Cu catalizatorul regenerat:

Q₂ = G_mp·a·c₁·t₂ [kcal/kg

unde:

a − raportul de contactare a catalizatorului

c₁ − capacitatea calorica a catalizatorului [kcal/kg·⁰C

t₂ − temperatura stratului fluidizat de catalizator din regenerator [⁰C

3. Cu aburul:

Q₃ = G_z· q^v_t6 [kcal/h

unde:

G_z − cantitatea de abur introdusa in reactor [kg/h

q^v_t6 − entalpia aburului la temperatura t₆ [kcal/kg

Din reactor ies urmatoarele cantitati de caldura:

1. Cu vaporii si gazele de produse de cracare catalitica si cu aburul:

Q^'₁ = G_B·q^v1_t6 + G_MU·q^v2_t6 + G_MG·q^v3_t6 + G_g·c_g·t₆ + G_z·q^v4_t6 [kcal/h

unde:

G_B − cantitatea de benzina [kg/h

G_MU − cantitatea de motorina usoara [kg/h

G_MG − cantitatea de motorina grea [kg/h

G_g − cantitatea de gaze de cracare [kg/h

G_z − cantitatea de abur introdusa in reactor [kg/h

q^v4_t6 − entalpia aburului la temperatura t₆    [kcal/kg

c_g − capacitatea calorica a gazelor de cracare la temperatura t₆ [kcal/kg·⁰C

q^v1_t6− entalpia vaporilor de benzina la temperatura t₆ [kcal/kg

q^v2_t6− entalpia vaporilor de motorina usoara la temperatura t₆ [kcal/kg

q^v3_t6 −entalpia vaporilor de motorina grea la temperatura t₆ [kcal/kg

2. Cu catalizatorul uzat:

Q^'₂ = (G_cat· c₁+ G_cocs· c₂)·t₁ [kcal/h

3. Pentru reactia de cracare catalitica a materiei prime petroliere:

Q^'₃ = G_B· q₂ [kcal/h

unde:

G_B − cantitatea de benzina    [kg/h

q₂ − caldura reactiei de cracare catalitica (rap. la 1 kg benzina) [kcal/kg

4. Pierderile de caldura in atmosfera: Q^'₄ [kcal/h

De obicei, ele reprezinta 4-6% din cantitatea de caldura care intra in bilant

Bilantul termic al reactorului este:

Q₁+ Q₂+ Q₃ = Q^'₁+ Q^'₂+Q^'₃+Q^'₄ sau

G_mp·[(1-e)·ql_to + e·q^v_to] + G_mp·a·c₁·t₂ + G_z· q^v_t6 = G_B· q^v1_t6 + G_MU· q^v2_t6 + G_MG· q^v3_t6 + + G_g·c_g·t₆ + G_z· q^v4_t6 + (G_cat· c₁ + G_cocs· c₂)·t₁ + G_B· q₂ + Q^'₄

Din bilantul termic al reactorului se determina cantitatea de caldura Q₁ introdusa in reactor cu materia prima:

t₆ = 580⁰C

_B = 0,750 g/cm³

_MU = 0,830 g/cm³

_MG = 0,860 g/cm³

_g = 1,22kg/m³

Determinam toate entalpiile cu ajutorul anexelor ΙΙΙ si ΙV.

b_B = 3,992-0,9952·0,75 = 3,2456

b_MU = 3,992-0,9952·0,83 = 3,1659

b_MG = 3,992-0,9952·0,86 = 3,1361

q^v_t = 50,2 + 0,109·t + 0,00014·t² t = 580⁰C

q^v_t = 50,2 + 0,109·580 + 0,00014·580² = 160,516 kcal/kg

q^v1_t6 = ( q^v_t· b_B)-73,8

q^v1_t6 = (160,516·3,2456)-73,8 = 447,17 kcal/kg

q^v2_t6 = ( q^v_t· b_MU)-73,8

q^v2_t6 = (160,516·3,1659)-73,8 = 434,37 kcal/kg

q^v2_t6 = ( q^v_t· b_MG)-73,8

q^v2_t6 = (160,516·3,1361)-73,8 = 429,59 kcal/kg

q^v3_t6 = 757,15 kcal/kg

Q^'₁ = G_B· q^v1_t6+ G_MU· q^v2_t6+ G_MG· q^v3_t6+ G_g·c_g·t₆+ G_z· q^v4_t6

= 50419588,5 kcal/h

Q^'₂ = (G_cat· c₁+ G_cocs· c₂)·t₁ a = 2, c₁ = 1,04, c₂ = 1,67

G_cat = a· G_mp

G_cat = 2·112500 = 225000 kg/h

Q^'₂ = = (225000·1,04+4500·1,67)·5800 = 140078700 kcal/h

Q^'₃ = G_B· q₂ q₂ = 120 kcal/kg

Q^'₃ = 67162,5·120 = 8059500 kcal/h

Pierderile de caldura in atmosfera reprezinta 5% din cantitatea de caldura:

Q^'₄ = (Q^'₁+ Q^'₂+Q^'₃)·0,05

Q^'₄ = (50419588,5+140078700+8059500)·0,05 = 9927889,425 kcal/h

Q^'₁+ Q^'₂+Q^'₃+Q^'₄ = 50419588,5+140078700+8059500+9927889,425

= 208485677,9 kcal/h

Q₂ = G_mp·a·c₁·t₂

Q₂ = 112500·2·1,04·680 = 159120000 kcal/h

Q₃ = G_z· q^v3_t6

Q₃ = 5625·757,15 = 4258968,75 kcal/h

Q₁ = Q^'₁+ Q^'₂+Q^'₃+Q^'₄- (Q₂+ Q₃)

Q₁ = (50419588,5+140078700+8059500+9927889,425)-(159120000+

= 45106709,1 kcal/h

Entalpia materiei prime petroliere la intrare in reactor este:

q = Q₁: G_mp

q = 45106709,1:112500 = 400,94 kcal/kg

4.2. BILANT MATERIAL

In reactor intra G_mp +G_Z [Kg/h]

Din reactor ies G_B +G_MU + G_MG +G_G + G_cocs +G_A [Kg/h]

G_A - pierderea de produse considerate a fi 5% din produsele intrate.

G_A = 0,05 112500 = 5625 Kg/h : 3600 s = 1,56 Kg/s

G_mp +G_Z = G_B + G_MU + G_MG + G_G + G_cocs + G_A

G_mp + G_Z = 112500 + 5625 = 118125 Kg/h

G_B+G_MU+G_MG+G_G+G_cocs +G_A = 67162,5+14400+19350+7087,5+

+4500+5625

= 118125 Kg /h

4.3. BILANT TERMIC AL REGENERATORULUI

Catalizatorul uzat (cocsat) din reactor in cantitatea G_cc, intra in regenerator la temperatura t₁, unde este regenerat la temperatura t₂ . Cocsul arde si se transforma in CO_{2 ,} CO si H₂O.

Gazele de ardere (CO₂, CO, H₂O, O₂ si N₂ ) cu temperatura t₃ intra de la partea superioara a regeneratorului in cazanul recuperator, iar catalizatorul regenerat, cu temperatura t₂ se intoarce in reactor .

In regenerator se introduce continuu cantitatea necesara de aer la temperatura t₄. O parte din caldura degajata prin arderea cocsului trece in reactor o data cu catalizatorul care circula, iar o parte se utilizeaza in cazanul recuperator pentru obtinerea aburului de inalta presiune. In regenerator intra urmatoarele cantitati de caldura :

Caldura degajata la arderea cocsului:

Q₁ = G_cocs q [Kcal/h]

unde:

G_cocs - cantitatea de cocs de la cracarea materiei prime petroliere [Kg/h]

q - caldura de ardere a cocsului egala cu 8400-7900 [Kcal/Kg]

Caldura care vine cu catalizatorul uzat din reactor:

Q₂ ⁼ ( G_cat.c c₁ + G_cocs c₂ )t₁    

unde:

G_cat.c cantitatea de catalizator dintre reactor si regenerator [Kg/h]

c₁ −capacitatea calorica a catalizatorului [Kcal/Kg grd]

c₂ − capacitatea calorica a cocsului [Kcal/Kg grd]

t₁ − temperatura catalizatorului uzat la intrarea in regenerator

Cantitatea de catalizator care circula intre reactor si regenerator se determina cu formula :

G_cat.c = a· G_mp

unde:

a - raportul de contactare al catalizatorului

G_mp−debitul orar al instalatiei fata de    [Kg/h]

Caldura cu aerul necesar pentru arderea cocsului:

Q₃ = G_cocs g c₃ t₄ [Kcal /h]

unde:

g - cantitatea de aer necesara pentru arderea a 1 Kg cocs

g = 12.5 . . 13.5 Kg/Kg

c₃ - capacitatea calorica a aerului la temperatura t₄ [Kcal/Kg grd]

Din regenerator ies urmatoarele cantitati de caldura:

Cu gazele de ardere :

unde:

C_CO2 - caldura specifica a CO₂ la temperatura t₃ [Kcal/Kg grd]

C_CO - caldura specifica a CO la temperatura t₃ [Kcal/Kg grd]

C_H2O - caldura specifica a apei la temperatura t₃ [Kcal/Kg grd]

m_N2 - cantitatea de azot in gazele de ardere [Kg/h]

m_O2 - cantitatea de O₂ in gazele de ardere [Kg/h]

t₃ - temperatura partii superioare a regeneratorului [ C]

- cantitatea de CO₂ obtinuta la arderea a 1 kg cocs [Kg/Kg]

-cantitatea de CO obtinuta la arderea a 1 kg cocs [Kg/Kg]

-cantitatea de H₂O obtinuta la arderea a 1 kg cocs [Kg/Kg]

Cu catalizatorul care circula:

Q = G ·c ·t [kcal/h]

unde:

c − capacitatea calorica a catalizatorului    [kcal/kg grd];

t − temperatura stratului fluidizat de catalizator in regenerator [ C].

Cantitatea de caldura transmisa in cazanul recuperator Q

Pierderile de caldura in atmosfera:

Q = F

in care:

− conductibilitatea termica a izolatiei egala cu 0,9 [kcal/m·h·g]

− grosimea stratului de izolatie din regenerator egala cu 0,25 [m]

F − suprafata regeneratorului [m ]

t − temperatura peretelui regeneratorului [⁰C]

t − temperatura atmosferei inconjuratoare [⁰C]

Bilantul termic al regeneratorului

Q +Q +Q = Q +Q +Q +Q

G = 112500 kg

G = 0,04·112500 = 4500kg/h

g = [0, 95·(0, 96:12) + (0, 09

= 3 kg

g = g ·100:32

=13 kg

G = 13,5·4500 = 60750 kg/h

m = [(13,5:12)-1]·3·4500 = 1687,5 kg/h liber in gazele de ardere

m = G ·0,77 = 60750·0,77 = 46777,5 kg/h

G = 2·112500 = 225000 kg/h

Q₁ = G_cocs q

Q = 4500·8400 = 37800000 kcal/h

Q₂ ⁼ ( G_cat.c c₁ + G_cocs c₂ )t₁

Q₂ = (225000·1,04+4500·1,67)·580 = 140078700 kcal/h

Q₃ ⁼ G_cocs g c₃ t₄

Q₃ ⁼ 4500 13,5 0,250 350 = 5315625 kcal/h

Q = [4500·(44/12·0,88·0,244·0,95+28/12·0,88·0,259·0,09+18/12·

·0,048·0,474)+46777,5·0,257+1687,5·0,236] = 10414215,5 kcal/h

Q = G ·c ·t

Q kcal/h

Q = (Q +Q +Q

Q =(37800000+140078700+5315625)·0,05 = 9159716,25 kcal/h

Q +Q +Q = Q +Q +Q +Q

Q = Q +Q +Q - (Q +Q +Q

Q

= 5670393,6 kcal/h

5. DIMENSIONAREA RISERULUI, REACTORULUI, REGENERATORULUI

5.1. CALCULUL REACTORULUI

Volumul stratului fluidizat de catalizator din reactor depinde de:

debitul instalatiei,

activitatea si

densitatea catalizatorului .

Viteza gravimetrica sau volumetrica de alimentare cu materie prima depinde de activitatea catalizatorului.

Viteza gravimetrica (de masa) este raportul dintre cantitatea de materie prima care intra in reactor in unitatea de timp si cantitatea de catalizator din stratul fluidizat al reactorului.

n = [h ]

in care:

n - viteza gravimetrica a materiei prime;

G − cantitatea de m.p. care intra in reactor in unitatea de timp [kg/h];

G − cantitatea de catalizator in stratul fluidizat al reactorului [kg]

Raportul dintre volumul materiei prime care intra in reactor in unitatea de timp si volumul stratului fluidizat de catalizator in reactor se numeste viteza de volum a materiei prime:

W = [h ]

unde:

W - viteza de volum a materiei prime;

V − volumul materiei care intra in reactor in unitatea de timp [m /h];

V - volumul stratului fluidizat de catalizator in reactor     [m ].

Cantitatea de materie prima care intra in reactor si cantitatea de catalizator care se afla in stratul fluidizat din reactor se determina cu formulele:

G = V ρ

G = V ρ

in care:

ρ − densitatea materiei prime;

ρ − densitatea stratului fluidizat de catalizator din reactor.

Din studiul procesului de cracare catalitica a materiei prime petrolitice s-a stabilit ca viteza gravimetrica a materiei prime este de 0,3-0,35 h , daca se lucreaza cu catalizator de aluminosilice natural si 0,7-1,0 h , daca se lucreaza cu catalizator sintetic.

Volumul pe secunda al fazei gazoase din reactor depinde de adancimea de cracare si se determina cu formula:

V = ( )

in care:

G − cantitatea de gaze obtinuta [kg/h]

G − cantitatea de benzina obtinuta [kg/h]

G − cantitatea de motorina usoara obtinuta [kg/h]

G − cantitatea de motorina grea obtinuta    [kg/h]

M − masa moleculara medie a gazelor de cracare

M − masa moleculara medie a benzinei

M − masa moleculara medie a motorinei usoare

M_MG − masa moleculara medie a motorinei grele

G − debitul de abur [kg/h]

t − temperatura stratului fluidizat de catalizator din reactor C];

π − presiunea absoluta a fazei de vapori in reactor [mmHg].

Diametrul reactorului depinde de debitul instalatiei si de viteza liniara a fazei de vapori si se determina din formula:

D =

in care:

D −diametrul reactorului [m]

V − volumul pe secunda al fazei de vapori in reactor [m³/s]

v - viteza liniara a fazei de vapori in sectiunea libera a reactorului [m/s]

Inaltimea stratului fluidizat de catalizator din reactor este:

H =

unde:

H₁ − inaltimea stratului fluidizat de catalizator din reactor [m];

V − volumul stratului de catalizator din reactor    [m³]

D - diametrul reactorului [m]

Consider n = 0,35 h

n = 112500 : 0,35 = 321428,57kg

V 112500 (0,35·420) = 765,3 m³

= 1000 mm Hg

V

= 20,28 m³/s

v = 0,4 m/s

D = = [(4·20,28):(3,14·0,4)]^1/2 = 8 m

H = (4·765,3):(3,14·8²) = 15,2m = 1520 cm

5.2. CALCULUL REGENERATORULUI

Cocsul care se afla la suprafata catalizatorului uzat se supune arderii in strat fluidizat, in regenerator cu aer cald la temperatura de 550-580⁰C. S-a stabilit prin cercetari ca din 1m³ de catalizator in strat fluidizat in timp de 1h, se ard 12-15kg.

Aceasta marime se noteaza cu si se numeste viteza de ardere a cocsului in regeneratorul instalatiei de cratare catalitica cu catalizator de aluminosilice ( = 1215 kg/m h de cocs).

Cantitatea orara de cocs care se obtine prin cracarea catalitica a materiei prime petroliere se determina cu ajutorul formulei:

G = G ·

in care:

G − cantitatea de materie prima    [kg/h]

− randamentul de cocs in % fata de materia prima.

Din practica de exploatare a instalaiiilor de cracare catalitica, la regenerarea catalizatorului uzat 90-95% carbon se transforma in CO , iar restul in CO. Cantitatea de aer necesara pentru arderea a 1 kg de cocs se determina pe baza urmatoarelor ecuatii chimice:

C + O₂ CO₂

2C + O₂ 2CO

2H₂+ O₂ 2H₂O

Numarul de kilomoli de carbon la 1kg de cocs este n =

Numarul de kilomoli de H₂ la 1kg de cocs este n

Cantitatea teoretica de oxigen necesara pentru arderea a 1kg de cocs este: g = [(0,90.0,95)n + (0,05.0,10)n : 2 + n : 2] 32 [kg]

Cantitatea teoretica de aer necesara pentru arderea unui 1kg de cocs:

g = g [kg]

unde:

g − cantitatea teoretica de oxigen necesara pentru arderea unui kg de cocs   

23 − continutul de oxigen in aer [% gr]

Cantitatea de aer necesara pentru regenerarea catalizatorului uzat se determina cu formula:

G = G ·g

in care:

G − debitul aer [kg/h]

G_cocs − cantitatea de cocs care se obtine prin cracarea

catalitica a materiei prime [kg/h]

g − cantitatea de aer necesara pentru arderea a 1kg cocs

g −12,513,5 kg/kg

Cantitatea de produse rezultate din arderea cocsului:

G = [(0,90..0,95)n ·M + (0,050,10)n ·M + n ·M

+ g · +g )] G

in care:

G − cantitatea de gaze de ardere [kg/h]

M − masa moleculara a CO

M − masa moleculara a CO

M − masa moleculara a H₂O

77 − continutul de azot in aer [% gr]

− coeficientul de exces de aer

g − cantitatea de azot in gazele de ardere,

care revin la 1kg cocs [kg]

g ) − cantitatea de oxigen in exces in gazele   

de ardere care revin la 1kg cocs [kg]

Volumul pe secunda al gazelor de ardere obtinute la regenerarea catalizatorului uzat (m /s) se determina cu formula:

V = 22,4[(0,900,95)n + (0,050,1)n + n

+ g · ·

in care:

M − masa moleculara a azotului

M − masa moleculara a oxigenului

t − temperatura stratului fluidizat de catalizator in regenerator C]

− presiunea absoluta a gazelor in regenerator [mmHg]

g − cantitatea de azot, in gazele de ardere,

care revine la 1kg cocs [mol]

-1) − cantitatea de oxigen in exces, in gazele

de ardere, care revine la 1 kg cocs [mol]

Volumul stratului fluidizat de catalizator din regenerator se determina cu formula:

V =

in care:

G − cantitatea de cocs obtinuta la cracarea catalitica [kg/h]

a materiei prime petroliere

− viteza de ardere a cocsului in regenerator [kg/m h]

Diametrul regeneratorului se determina cu ajutorul formulei:

D =

in care:

V − volumul pe secunda de gaze de ardere in regenerator [m /s]

v − viteza gazelor de ardere in sectiunea libera a regeneratorului

v = 0,30,5 m/s

Inaltimea stratului fluidizat de catalizator in regenerator se determina cu ajutorul formulei:

H =

Cantitatea de catalizator din stratul fluidizat din regenerator se determina cu formula:

G = V [kg]

in care:

V − volumul stratului fluidizat de catalizator    [m ]

− densitatea stratului fluidizat de catalizator

= 400430 kg/m

Caldura de ardere a cocsului se determina cu formula:

q = a q + a q + a q

in care:

q - caldura de ardere a cocsului [kcal/kg]

a − fractia in greutate de carbon din cocs care arde pana la CO

a − fractia in greutate de carbon din cocs care arde pana la CO

a − continutul de hidrogen in cocs

q − cantitatea de caldura care se degaja prin arderea a 1 kg carbon la CO

q = 2450 kcal/kg

q −cantitatea de caldura care se degaja prin arderea a 1kg hidrogen la H₂O

q = 28905kcal/kg.

Prin experientele lui D. A. Guseinov s-au stabilit urmatoarele valori:

a = 0,850,9;

a = 0,050,1;

a = 0,0460,056.

G = G = 112500·5/100 = 5625 kg/h

n =

n = 0, 08 kmoli C/1kg cocs

n =

n = 0, 028 kmoli H /1kg cocs

g = (0, 95 0, 08+ + )

g = 3 kg

g = 3

g = 13 kg

G = G g

G = 5625·13 = 73125 kg/h

G = G + G

G = 4500 + 73125 = 77625 kg/h

Consider = 14kg/m h.

V =

V = 4500:14 = 321,42 m

G = V

G = 321,42·420 = 134996,4 kg

V =

V = 77625:1,22 = 63627 m /h

V =

V = (63627:3600)·(953:273)·(760:1000) = 46,89 m/s

D =

D = [(4·46,89):(3,14·0,4)]^1/2 = 12,22 m

H =

H = (4·321,42):(3,14·12,22²) = 2,74m = 274 cm

q = a q + a q + a q

a = 0,88; q = 8137 kcal/kg;

a = 0,08; q = 2450 kcal/kg;

a = 0,048; q = 28905 kcal/kg;

q = 0,88·8137 + 0,08·2450 + 0,048·28905 = 8744 kcal/kg.

5.3. CALCULUL PRESIUNII DIN BLOCUL REACTOR. CALCULUL INALTIMII CONDUCTEI VERTICALE A REGENERATORULUI

Vana de reglare a conductei verticale a reactorului este actionata de:

• presiunea stratului compact de catalizator din conducte
• presiunea stratului fluidizat de catalizator din reactor
• presiunea fazei de vapori si gaze deasupra stratului fluidizat:

= H + H + ΔP + P

unde:

- presiunea totala in vana de reglare montata

pe conducta verticala a reactorului [kgf/cm³]

H - inaltimea coloanei [cm]

γ - greutatea specifica a catalizatorului in conducta verticala [kgf/cm²]

H - inaltimea stratului fluidizat de catalizator din reactor [cm]

γ - greutatea specifica a stratului fluidizat de catalizator in reactor [kgf/cm²]

ΔP - pierderea de presiune a fazei gazoase in cicloane

ΔP = 0,010,02 kgf/cm²

P - presiunea fazei gazoase la iesirea din reactor [kgf/cm]

H - presiunea stratului fluidizat de catalizator [kgf/cm²]

H γ - presiunea stratului compact de catalizator

in conducta verticala [kgf/cm²]

Dupa vana de reglare a conductei verticale a rectorului, presiunea este egala cu suma pierderilor de presiune in faza diluata a catalizatorului in linia de transport, pe gratarul de distributie, in stratul fluidizat de catalizator din regenerator si in sistemul de cicloane al regeneratorului, la care se adauga presiunea gazelor de ardere la iesirea din regenerator:

= ∆P + ∆P + H + γ + ∆P + P

unde:

- presiunea dupa vana de reglare montata pe conducta

verticala a reactorului [kgf/cm²]

∆P - pierderea de presiune in linia de transport    [kgf/cm

∆P - pierderea de presiune pe gratarul de distributie

P = 0,030,05 kgf/cm

γ - greutatea specifica a stratului fluidizat de catalizator

din regenerator [kgf/cm³]

∆P - pierderea de presiune in sistemul de cicloane al regeneratorului,

∆P = 0,010,02 kgf/cm²

P - presiunea gazelor de ardere la iesirea din regenerator [kgf/cm²].

Catalizatorul se deplaseaza din reactor in regenerator, cand presiunea sistemului asupra vanei de reglare a conductei verticale a reactorului este mai mare decat presiunea dupa vana cu 0,25-0, 30 atm, adica:

= + 0,250,30 sau

H γ + H γ + ∆P + P = ∆P + ∆P + H γ + ∆P + P + 0,250,30

Din aceasta formula se determina inaltimea conductei verticale a reactorului H₂.Vana de reglare a conductei verticale a regeneratorului este actionata:

de presiunea stratului dens de catalizator din conducta

de presiunea stratului fluidizat de catalizator din regenerator

de presiunea fazei gazoase deasupra stratului fluidizat

= H γ + H γ + ∆P + P

unde:

- presiunea in vana de reglare a conductei verticale

a regeneratorului [kgf/cm²]

H - inaltimea conductei verticale a regeneratorului [cm]

γ - greutatea specifica a catalizatorului din conducta

verticala a regeneratorului [kgf/cm³]

Presiunea dupa vana de reglare a conductei verticale a regeneratorului este egala cu suma pierderilor de presiune in faza diluata a catalizatorului din linia de transport, pe gratarul de distributie, in stratul fluidizat de catalizator din reactor si in sistemul de cicloane, la care se adauga presiunea fazei gazoase la iesirea din reactor:

= ∆P + ∆P + H γ + ∆P + P

unde:

- presiunea dupa vana de reglare [kgf/cm²]

∆P - pierderea de presiune in linia de transport    [kgf/cm

Catalizatorul este transportat din regenerator in reactor cand presiunea sistemului deasupra vanei de reglare a conductei verticale a regeneratorului este cu 0,25-0,30 atm mai mare decat presiunea dupa vana, adica:

sau

H γ + H γ + ∆P + P = ∆P + ∆P + H γ + ∆P + P

Din aceasta formula se determin inaltimea conductei verticale a regeneratorului H₂.Greutatea specifica a catalizatorului in conducta trebuie sa fie de 0,000550,00065 kgf/cm³.

Presiunea vaporilor la iesirea din reactor:

P = = 1,35 kgf/cm

Presiunea gazelor la iesirea din regenerator:

P = 1,16kgf/cm

Pierderile de presiune in linia de transport:

∆P = 30·3,2/736 = 0,13 kgf/cm

unde:

l - lungimea liniei de transport = 30m

Δp - pierderea de presiune la 1 m linie de transport    [mmHg]

Pierderile de presiune pe gratarul de distributie se considera egale cu 0,05 kgf/cm , iar in sistemul de cicloane 0,02 kgf/cm

∆P = 0,05 kgf/cm²

∆P = 0,02 kgf/cm²

Pe baza datelor practice se considera:

densitatea stratului fluidizat de catalizator

= 400kg/m = 0,0004gk/cm ,

densitatea stratului de catalizator in conducta reactorului

= 550 kg/m = 0,00055kg/cm .

Valorile greutatilor specifice coincid numeric cu marimile si .

H

= 2160,7 cm = 21,6 m

Pierderea de presiune a fazei diluate a catalizatorului in linia de transport se calculeaza cu formula:

P = = 0,174 kgf/cm²

P = 0,05 kgf/cm²

P = P = 0,02 kgf/cm²

H = [0,174 + 0,05 + (274·0,0004) + 0,02 + 1,16 + 0,3 - (1520·0,0004) -

- 0,02⁵ - 1,35] : 0,00055

= 262,54 cm = 2,62m

CONSIDERATII PRIVIND CONDITIA

AUTOMATA A PROCESULUI

In figura 1 este prezentata o schema simpla de automatizare avansata a sectiei de "reactie-regenerare" a unei instalatii de cracare catalitica.

Debitele de materie prima proaspata si de reciclu sunt reglate iar temperatura alimentarii combinate este mentinuta constanta prin modificarea debitului de combustibil al cuptorului de preincalzire sau prin ocolirea sistemului de preincalzire. Astfel, temperatura din reactor este controlata prin modificarea debitului de catalizator regenerat cu ventilul glisant montat pe conducta care leaga regeneratorul de baza riserului.

Temperatura din regenerator se controleaza in functie de continutul de cocs pe catalizator prin modificarea debitului de aer necesar combustiei. La nivel constant de cocs pe catalizator, prin cresterea debitului de aer creste temperatura, datorita arderii complete a carbonului din cocs la CO₂.

Continutul de cocs al catalizatorului se modifica prin cresterea timpului de stationare in zona de reactie, care, la randul sau, se modifica, variind nivelul de catalizator din reactor, actionind asupra ventilului glisant montat pe conducta de catalizator uzat.

Diferenta de temperatura dintre faza gazoasa si faza densa din regenerator da indicatii privind modul de operare al regeneratorului. O diferenta mare de temperatura indica excesul mare de oxigen in regenerator, un continut redus de carbon pe catalizator sau defectarea sistemului de distributie a aerului. Presiunea in regenerator este reglata cu un ventil de reglare montat pe conducta de evacuare a gazelor de ardere care este actionat in funtie de presiunea diferentiala existenta intre reactor si regenerator.

Presiunea din reactor se mentine constanta, la o valoare determinata de presinea de aspiratie a compresorului de gaze din vasul separator .

Regimul de presiuni din instalatie este ajustat pri intermediul unui sistem de reglare complex, cu bloc selector, astfel in cat sa se realizeze pe ventilele glisante o presiune diferentiala de 0,2-0, 4 bar. In domeniul acesta, ventilele glisante sunt comandate prin semnale primite de la sistemele de reglare a temperaturii respective a nivelului din reactor, iar in cazul in care diferenta de presiune iese la limite, comanda ventilelor este data de sistemele de reglare a presiunii diferentiale. Selectarea comenzii se face prin intermediul blocului selector.

7. NORME DE TEHNICA SECURITATII MUNCII

Normele de protectie a muncii cuprind totalitatea masurilor ce trebuie luate pentru asigurarea conditiilor nepericuloase de munca, pentru prevenirea acidentelor de munca si a imbolnavirilor profesionale.

Toate persoanele incadrate in munca sunt obligate sa cunoasca si sa respecte normele de securitate si de igiena a munci in locurile unde isi desfasoara activitatea, sa foloseasca si sa intretina in bune conditii mijloacele de productie ce le-au fost incredintate.

Masurile de protectie a munci se stabilesc prin norme de tehnica securitati si igiena muncii pe locurile de munca, masini, utilaje, aparate, instalatii, procese tehnologice.

Normele de protectie a muncii sunt de doua feluri:

norme republicane;

norme departamentale.

Normele republicane de protectia muncii se stabilesc de catre Ministerul Muncii impreuna cu Ministerul Sanatatii si sunt obligatorii pentru toate ramurile din productie.

Fiecare loc de munca trebuie sa fie prevazut cu instructiuni de protectie a munci pentru toate activitatiile ce se desfasoara.

O serie de acte normative reglementeaza obligatiile si raspunderile ce revin celor ce organizeaza, controleaza si conduc procesul de munca referitor la:

realizarea si aplicarea masurilor de protectie a muncii

acordarea, utilizarea si intretinerea echipamentului de lucru si a materialului igienico-sanitar;

propaganda sistematica in vederea aplicarii masurilor de protectie a muncii;

actiunea de indrumare si control a acestei activitati;

evidenta si raportarea accidentelor de munca si imbolnavirilor profesionale.

TEHNICA SECURITATII MUNCII

Tehnica securitatii muncii este partea tehnica a protectiei muncii care studiaza si elaboreaza masurile de asigurare a securitatii muncii, studiaza cauzele accidentelor si imbolnavirile profesionale si masurile pentru prevenirile lor.

1. Accidentele de munca

Prin accident de munca se intelege vatamarea violenta a organismului precum si intoxicatia acuta profesionala care se produce in timpul procesului de munca sau in indeplinirea indatoririlor de serviciu care provoaca incapacitatea temporara de munca de cel putin o zi, invaliditate sau deces.

a)     Accidentele mecanice (traumatisme). Cauzele generale sunt:

realizarea si aplicarea masurilor de protectie a muncii

fluctuatia angajatiilor in locurile de munca grele cum sunt:cocsare, malaxare, ambalare si transport;

manipulare imprudenta a uneltelor in timpul lucrului datorita lipsei de disciplina;

defectiuni la unele utilaje;

lipsa de calificare profesionala.

Masurile de prim ajutor vor fi acordate in mod diferentiat, in functie de tipul traumatismului.

b)     Accidentele de munca produse prin arsuri. In industria chimica arsurile pot fi provocate de:

substante chimice (acizi, baze, substante corozive, caustice);

diverse materiale inflamabile sau fierbinti (vapori supra incalziti, radiatii, lichide cu temperaturi inalte)

Principalele masuri de prevenire a arsurilor chimice sunt:

manipularea, depozitarea, transportul, incarcarea si descarcarea se vor efectua de catre persoane instruite sub supraveghere;

la transvazare se vor lua masuri pentru evitarea stropirilor;

depozitarea materialelor caustice se va face in incaperi speciale;

se va evita depozitarea in acelesi loc a substantelor incompatibile: acizi cu baze; acizi cu cianuri.

Actiunea caldurii sub diverse forme poate produce 4 grade de arsuri:

gradul 1 - arsuri de suprafata, caracterizate prin roseata pielii, caldura, dureri la nivelul arsurii;

gradul 2 - arsuri ale pielii si stratului imediat subiacent cand apar basici pe piele pline cu lichid care se sparg usor;

gradul 3 - arsuri de adancime cuprinzand muschi, vase de sange, nervii pana la nivelul oaselor, in cazul in care apar cruste si pielea devine de culoare bruna;

gradul 4 - pielea este arsa in toata grosimea ei, tesuturile sunt modificate.

c)     Electrocutari. Vatamarea periculoasa a organismului sub influenta curentului electric, care produce stopul cardiac sau carbonizarea corpului, poate avea loc prin atingerea directa / indirecta cu utilajele, echipamentele sau conductorii electrici care se gasesc sub tensiune.

Pentru prevenirea riscului de accidentare prin contact direct trebuie sa se ia urmatoarele masuri:

toate elementele conductoare de curent electric trebuie sa fie montate la nivele inaccesibile, vor fi izolate, prevazute cu elemente de blocare electrice sau mecanica, ingradite sau carcasate;

toate amplasamentele electrice de la locul de munca vor fi izolate suplimentar pentru a impiedica posibilitatea atingerii elementelor metalice intre care exista diferenta de potential;

dotarea si folosirea corespunzatoare a mijloacelor individuale de protectie.

Masurile de prim ajutor constau in:

scoaterea accidentatului de sub tensiune prin deconectare;

aplicarea de urgenta a respiratiei artificiale.

d)     Intoxicatiile. Dupa actiunea lor specifica, agentii intoleranti pot fi:

substante toxice cu actiune iritativa (clor, NO, SO₂);

substante toxice de acumulare care patrund in singe cu actiune negativa ce se desfasoara in timp (Pb, Hg, solventi organici)

Cauzele care provoaca intoxicatiile sunt:

neetansietatile utilajelor;

lipsa avertizoarelor acustice sau colorizante pentru semnalarea concentratiilor periculoase ;

nerespectarea regulilor de igiena in timpul desfasurarii activitatilor.

Masurile de prevenire sunt:

izolarea zonei de lucru de degajari de gaze sau vapori toxici;

introducerea unor pauze sau reducerea timpului de lucru;

folosirea alimentatiei antidot (lapte sau apa carbogazoasa)

Masurile de prim ajutor in caz de intoxicatii sunt:

scoaterea accidentatului din mediul toxic

schimbarea hainelor de lucru;

spalarea suprafetei pielii;

transportul la punctrul de prim ajutor.

2. Bolile profesionale

Sunt afectiunile care se produc ca urmare a exercitarii unei meserii sau a unei profesiuni cauzate de factori nocivi, fizici, chimici sau biologici caracteristici locului de munca, precum si de suprasolicitarea diferitelor organe sau sisteme ale organismului in prodesul de munca (intoxicatii lente, deformari ale coloanei).