Файл: Методические указания для обучающихся по практическим занятиям.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Кстовский нефтяной техникум имени Бориса Ивановича Корнилова»
ОП-04-18
Система менеджмента качества образовательного учреждения
Методические указания для обучающихся по практическим занятиям
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ
ПО ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
3 КУРС
для специальности 18.02.09 Переработка нефти и газа
по МДК 02.01 Управление технологическим процессом
Часть 4. Термокаталитические процессы переработки нефтяного
сырья
Кстово 2018

2
Составитель: преподаватель О.С. Азова
Рассмотрено на ПЦК
____________________
«___»_______ 201___ г.
Протокол № _____
Председатель ПЦК
О.С.Азова
Утверждено
На методическом совете
«____»_______ 201__ г.
Председатель методического совета
Е.А.Костина
Данные методические указания по практическим работам предназначены для овладения обучающимися умениями и навыками самостоятельной работы по проведению технологических расчетов основных параметров реакторных блоков установок каталитического риформинга и гидрогенизационнных процессов.
Методические указания составлены в соответствии с требованиями рабочей программы междисциплинарного курса (МДК) 02.01 Управление технологическим процессом профессионального модуля (ПМ) 02 Ведение технологического процесса на установках I и II категории программы по специальности 18.02.09 Переработка нефти и газа.
Методические указания можно использовать для аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы обучающихся, поэтому каждое занятие имеет унифицированную структуру, включающую в себя: учебную цель, теоретические основы, обеспеченность занятия, учебно-методические материалы по теме, задания для практических работ обучающихся и инструкцию по ее выполнению, контрольные вопросы для закрепления теоретического материала, порядок и образец отчета о проделанной работе.

3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
4
Правила выполнения практических занятий
6
Практическое занятие 9 «
Составление материального баланса установок каталитического риформинга. Определение объема циркулирующего водородсодержащего газа и катализатора
»
7
Практическое занятие 10
«Составление материального баланса процесса гидроочистки.
Определение объема циркулирующего и реакционного водородсодержащего газа
»
19
Практическое занятие 11 «
Составление материального баланса процесса гидрокрекинга
»
31
Формы контроля и критерии оценки
38
Оформление отчета
40
Список рекомендуемой литературы
43
Приложение А Оформление титульного листа и содержания для обучающихся по практическим занятиям
44

4
ВВЕДЕНИЕ
Практические работы выполняются в рамках междисциплинарного курса
(МДК)
02.01
Управление технологическим процессом профессионального модуля (ПМ) 02Ведение технологического процесса на установках I и II категории программы по специальности Переработка нефти и газа.
Для формирования умений и навыков обучающимся необходимо выполнить практические работы по расчету основных параметров реакторных блоков установок каталитического риформинга и гидрогенизационнных процессов. При выполнении практических заданий обучающийся должен получить навыки для реализации общих и профессиональных компетенций.
В результате изучения профессионального модуля обучающийся должен знать:
- рассчитывать технико-экономические показатели технологического процесса;
- использовать информационные технологии для решения профессиональных задач.
В результате изучения профессионального модуля обучающийся должен уметь:
- классификацию основных процессов, применяемых при переработке нефти и нефтепродуктов;
- физико-химические свойства компонентов сырья, материалов, готового продукта;
- контролировать качество сырья;
- определять тип производства.
Обучающийся должен обладать общими компетенциями, включающими в себя способность:
ОК 1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2 Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

5
ОК 8 Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
Профессиональные компетенции (ПК):
ПК 2.1. Контролировать и регулировать технологический режим с использованием средств автоматизации и результатов анализов.
ПК 2.2. Контролировать качество сырья, получаемых продуктов.
ПК 2.3. Контролировать расход сырья, продукции, реагентов, катализаторов, топливно-энергетических ресурсов.

6
Правила выполнения практических занятий
Обучающийся должен прийти на практическое занятие подготовленным к выполнению заданий. Для этого необходимо ознакомится с перечнем рекомендуемой литературы и повторить теоретический материал к соответствующей теме практического занятия. Обучающийся, не подготовленный к работе, не может быть допущен к ее выполнению.
Перед выполнением практической работы обучающийся должен внимательно ознакомится с методическим указанием к выполнению соответствующего практического задания, соблюдать требования техники безопасности на рабочем месте.
Каждый студент после выполнения работы должен представить отчет о проделанной работе с анализом полученных результатов и выводом по работе. Содержание отчета указано в описании практической работы.
Если студент не выполнил практическую работу или часть работы, то он может выполнить работу или оставшуюся часть во внеурочное время на консультации, согласованное с преподавателем.

7
Практическое занятие № 9
«Составление материального баланса установок каталитического риформинга. Определение объема циркулирующего водородсодержащего газа и катализатора»
Цель:
1. Ознакомиться с технологией каталитического риформинга бензиновых фракций на нефтеперерабатывающем заводе.
2. Изучить особенности режимных параметров и показателей процесса каталитического риформинга.
3. Составить материальный баланс процесса каталитического риформинга и по реакторам. Рассчитать объем циркулирующего водородсодержащего газа и катализатора.
Пояснение к занятию:
Для формирования умений и навыков обучающимся необходимо выполнить практическую работу по расчету основных параметров реакторных блоков установок каталитического риформинга.
В результате изучения профессионального модуля обучающийся должен знать:
- рассчитывать технико-экономические показатели технологического процесса;
- использовать информационные технологии для решения профессиональных задач.
В результате изучения профессионального модуля обучающийся должен уметь:
- классификацию основных процессов, применяемых при переработке нефти и нефтепродуктов;
- физико-химические свойства компонентов сырья, материалов, готового продукта;
- контролировать качество сырья;
- определять тип производства.
Обучающийся должен обладать общими компетенциями, включающими в себя способность:
ОК 1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2 Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

8
ОК 3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.
ОК 8 Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
Профессиональные компетенции (ПК):
ПК 2.1. Контролировать и регулировать технологический режим с использованием средств автоматизации и результатов анализов.
ПК 2.2. Контролировать качество сырья, получаемых продуктов.
ПК 2.3. Контролировать расход сырья, продукции, реагентов, катализаторов, топливно-энергетических ресурсов.
Время проведения занятия:
4 часа
Перечень необходимых средств обучения:
Конспект лекций по МДК 02.01;
Карандаш, линейка
Микрокалькулятор.
Теоретические сведения:
Назначение процесса каталитического риформинга:
1. Получение высокооктанового компонента автомобильных бензинов.
2. Ароматизированного концентрата для производства индивидуальных ароматических углеводородов.
3. Получение дешевого ВСГ (водородосодержащего газа) в результате каталитических превращений бензиновых фракций.
Сырье процесса каталитического риформинга:
1. Прямогонные бензиновые фракции.
2. Бензины вторичных процессов - гидрокрекинга, термического крекинга и т.д., при условии их специальной подготовки.

9
При получении высокооктанового компонента автомобильного бензина используются широкие фракции, выкипающие в пределах (85 - 180)°С. При получении бензола, толуола, ксилолов – узкие фракции, выкипающие соответственно в интервалах (62-85)°С, (85-105)°С, (105-140)°С.
Продукция процесса каталитического риформинга:
1. Углеводородный газ – содержит в основном метан и этан, служит топливом нефтезаводских печей.
2. Головка стабилизации (углеводороды С
3
– С
4
и С
3
– С
5
) – применяется как бытовой газ или сырье газофракционирующих установок.
3. Катализат – используется в качестве компонента автомобильных бензинов или сырья блоков экстракции ароматических углеводородов.
4. Водородсодержащий газ – содержит 75-90 % (об.) водорода, который используется в процессах гидроочистки, гидрокрекинга, изомеризации, гидродеалкилирования
Катализаторы процесса каталитического риформинга.
Современные катализаторы - полиметаллические, представляют собой оксид алюминия, промотированный хлором, с равномерно распределенными по всему объему платиной и металлическими промоторами (рений, кадмий и/или др.). На отечественных установках риформинга применяются, как отечественные катализаторы: типа KP, ПР, REF, РБ, так и зарубежные типа R
(выпускается фирмой ЮОП, США) и типа RG (производится французской фирмой Прокатализ). Для обеспечения долговременного цикла работы эти катализаторы требуют тщательной подготовки сырья. Сырье должно быть очищено от сернистых, азотистых кислородосодержащих соединений, что обеспечивается включением в состав установок риформинга блоков гидроочистки; циркулирующий в системе водородосодержащий газ должен быть тщательно осушен. В последнее время в состав катализаторов с платиной и палладием стали вводить редкоземельные элементы. Некоторое распространение получили также цеолитсодержащие катализаторы.
Технологический режим.
Режим установок каталитического риформинга зависит от типа катализатора, назначения установки, типа сырья.
Таблица 1 - Эксплуатационные показатели установок каталитического риформинга
Температура, °С
480-520
Давление в реакторах, МПа
1,5-3,5
Объемная скорость подачисырья, ч
-1 1,5-2
Кратность циркуляции водородсодержащего газа, м
3
/м
3 1200÷1800

10
Мольное соотношение водород/сырье
(5:1)–(9:1)
Соотношение загрузки катализатора по реакторам
1:2:4
Эксплуатационные показатели установок каталитического риформинга, со стационарной регенерацией катализатора, вырабатывающих компонент высокооктанового бензина рассмотрены в таблице 1.
Температура - по мере закоксования катализатора и снижения его активности температуру на входе в реакторы постепенно повышают, поддерживая стабильное количество катализата (скорость подьема температуры 0,5-2
о
С в месяц)
Давление:
А)Повышение парциального давления водорода
ускоряет реакции гидрокрекинга, что приводит к увеличению потребления водорода; снижается селективность процесса, так как уменьшается выход ароматических углеводородов; резко снижается образование кокса, а значит активность катализатора возрастает
Б) Понижение парциального давления водорода ускоряет реакции дегидрогенизации (ароматизации) и тормозит реакции гидрокрекинга, выход водорода увеличивается, увеличивается выход ароматических углеводородов, что ускоряет закоксование катализатора и снижает активность катализатора
В) Поэтому для всех промышленных установок риформинга предусматривается повышенное давление, которое определяется в первую очередь активностью катализатора.
Выход риформата при этом составляет 68-90% масс., где содержится ароматических углеводородов до 68% с октановым числом, равным 78-90 по моторному методу и с октановым числом, равным 93-103 по исследовательскому методу.
Тепловой эффект реакции.
Реакции каталитического риформинга идут с поглощением тепла, главным образом реакции дегидрирования нафтенов.
Поэтому риформирование осуществляют в каскаде из 3-4 реакторов и между реакторами газо-сырьевую смесь подогревают в секциях печи.
В первом по ходу сырья реакторе нафтенов наибольшее количество и поглощение тепла наибольшее.
В последнем реакторе нафтенов наименьшее количество и поглощение тепла наименьшее.
Поэтому в первом реакторе наблюдается наибольший перепад температур между входом и выходом из реактора (30-50
о
С) — температурный градиент.

11
В последнее реакторе - наименьший температурный градиент.
Чтобы снизить температурный градиент нужно ограничить глубину превращения углеводородов в ароматические углеводороды, а это возможно, если уменьшить время контакта сырья с катализатором.
Для чего катализатор в реакторах размещают неравномерно:
- в первом реакторе по ходу сырья количество катализатора наименьшее;
- в последнем реакторе количество катализатора наибольшее
Особенность процесса риформинга.
Процесс основан на контакте сырья с активным катализатором, обычно содержащим платину. Для активности катализатора его регенерируют.
Выход риформата (катализата) колеблется от 63% до 85% от сырья.
Важной особенностью процесса является то,что процесс протекает не только при высоких температурах и давлениях, но и в среде водородосодержещего газа (ВСГ).
Высокое содержание водорода в газе (до 80% об.) позволяет использовать его в гидрогенизационных процессах гидроочистки
Химизм процесса.
Процесс каталитического риформинга основывается на реакциях дегидроциклизации парафиновых углеводородов, дегидрирования и дегидроизомеризации нафтенов, изомеризации алканов на платиновом катализаторе под давлением водорода.
1. Дегидрирование нафтенов:
С
С
C
C
C
C
R
С
С
C
C
C
C
R
+
3H
2
2. Дегидроциклизация парафинов:
3. Изомеризация пятичленных нафтенов с последующим дегидрированием:

12 4. Изомеризация парафинов
5 . Гидрокрекинг
6. Гидрирование сернистых соединений
Практическое задание:
1. Составить материальный баланс процесса каталитического риформинга.
2. Рассчитать объемный расход циркулирующего водородсодержащего газа.
3. Рассчитать содержание циркулирующего водородсодержащего газа в материальном балансе реакторного блока.
4. Составить материальный баланс реакторного блока.
5. Составить материальный баланс реакторов Р1, Р2 и Р3.
6. Описать назначение процесса каталитического риформинга.
7. Описать и зарисовать технологическую схему каталитического риформинга с движущимся слоем катализатора, привести параметры процесса.
8. Провести сравнительную характеристику реакторов с аксиальным и радиальным вводом сырья. Зарисовать оба вида реакторов.
9. Описать состав катализаторов, используемых в процессе каталитического риформинга нефтяного сырья.

13 10. Оформить отчет и написать вывод по проделанной практической работе.
Пример расчета:
Исходные данные:
Производительность установки - 575 000
т/год
Число рабочих дней - 340 1. Рассчитываем материальный баланс процесса и заносим данные в таблицу 2.
Таблица 2 – Материальный баланс установки каталитического риформинга.
Наименование продукта
Выход,
% масс.
Производительность, G т/год т⁄сут кг⁄ч кг⁄с
Приход:
Бензиновая фракция (85-180)
0
С
100,00 575 000 1691,17 70465,41 19,57
Итого
100,00 575 000 1691,17 70465,41 19,57
Расход:
1 Углеводородный газ
2 Головка стабилизации
3 Катализат
4 Водородсодержащий газ
5 Потери
5,00 3,10 79,60 10,80 1,50 28750 17825 457700 62100 8625 84,55 52,42 1436,17 182,64 25,36 3523,28 2184,33 56090,58 7610,24 1056,98 0,97 0,60 15,58 2,11 0,29
Итого
100,00 575 000 1691,17 70465,41 19,57 2.
Рассчитываем объемны расход циркулирующего водородсодержащего газа
ВСГ
ц
V
, м
3
/ч, по формуле (1):
,
N
G
V
C
C
ВСГ
ц
(1) где
C
G
- количество сырья, кг/ч;
C
- плотность сырья, кг/м
3
;
N
- кратность циркуляции ВСГ, нм
3
/ нм
3
На основании практических данных задаемся:
C
= 745 кг/м
3
,
N
= 1200 нм
3
/ нм
3
Подставим данные в формулу (1) и получим: