9.5工艺计算

金属和多金属重整中，芳烃的主要来源也仍然是环烷烃。
➢ 研究环烷烃脱氢反应的平衡转化率，即在热力学上的最大
转化率，对装置的优化操作和提高重整转化率很有意义。
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1. 计算各反应的平衡常数
列出有关化学反应，若原料油为60～130℃馏分，则可以 发生如表10-20所列的六个化学反应。由产物和反应物的标准 生成等压位可计算出各反应的标准等压位的变化ΔZ0。
其中 A1 = （0.875π）3/KP1 其中 A2 =（0.875π）3/KP2 其中 A3 = （0.875π）3/KP3
当苯、甲苯、二甲苯的潜含量（以摩尔计）分别都等于1时的苯、 甲苯、二甲苯的平衡浓度，也就是各芳烃的平衡转化率。
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Be = Be0 ×（MCP0＋CH0＋B0） Te = Te0 ×（DMCP0＋MCH0＋T0） Xe = Xe0 ×（TMCP0＋DMCH0＋X0）
%）如下：六碳环戊烷 3.8%，六碳环己烷 6.2%，苯 0.1%，七碳 环戊烷 3.8%，七碳环己烷11.4%，甲苯 0.9%，八碳环烷烃浓度 11.8%，二甲苯0.6%。试计算在30大气压（绝）、477℃、氢油摩 尔比7时各芳烃的平衡浓度。
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【解】 （1）将原料中各组分的重量浓度换算成摩尔分数
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对于以生产芳烃为目的的重整装置，其产物有： ① 脱戊烷油（即脱戊烷塔塔底产物）； ② 戊烷油（也称液态烃，脱戊烷塔塔顶液体产物）； ③ 裂化气（脱戊烷塔塔顶气体产物）； ④ 重整氢气。
有的装置的流程中在脱戊烷塔之前还有一个脱丁烷塔，此时
，裂化气应包括脱丁烷塔塔顶气体。目的产物芳烃都含于脱戊烷油
PMCP = π×〔（MCP0＋CH0＋B0）－CHe－Be〕/800
P DMCP = π×〔（DMCP0＋MCH0＋T0）－MCHe－Te〕/800
PTMCP = π×〔（TMCP0＋DMCH0＋X0）－DMCHe－Xe〕/800
PCH = π×CHe/800
PMCH = π×MCHe/800
PDMCH = π×DMCHe/800
由以上计算结果可见：分子量越大的环烷烃越容易转化 为芳烃，这一点与以前讨论的规律是一致的。
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在实际工业生产中，为了了解各反应器的效率，有时需 要考察各个反应器的芳烃转化率。此时，除了需要知道进料 的流量和组成外还需要从各反应器的出口采样，经冷凝冷却 后测量其中的气体和液体量以计算所采样中液体所占的百分 含量，同时分析所采液体中各芳烃的含量。
再根据公式：ΔZ0 = - R T ln KP 可计算出各反应的平衡常 数KP。
10-21列出了计算得到的不同温度下的KP。
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化学平衡常数KP等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之 积的比值。
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2. 计算各组分的分压
各组分的分压与氢油比有关，为了描述方便，这里按氢 油摩尔比为7来计算。计算时假定在反应前后总物质的量不 变。由于系统中有大量的氢气循环，这个假定不会引起较大 的误差。
甲苯浓度 = 0.9×98/92×100% = 0.958% （mol） 甲苯潜含量 = 15.2%＋0.958% = 16.16% （mol）
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八碳环烷烃浓度 = 11.8×98/112×100%= 10.32% （mol）
二甲苯浓度 = 0.6×98/106×100% = 0.554% （mol）
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3. 求芳烃平衡浓度
KP1 = PB×PH23/PCH = Be×（0.875π）3/CHe KP2 = PT×PH23/PMCH = Te×（0.875π）/MCHe KP3 = PX×PH23/PDMCH = Xe×（0.875π）3/DBCHe KP4 = PCH/PMCP = CHe/〔（MCP0＋CH0＋B0）－Be－CHe〕 KP5 =PMCH/PDMCP = MCHe/〔（DMCP0＋MCH0＋T0）－MCHe－Te〕 KP6= PDMCH/PTMCP = DMCHe/〔(TMCP0＋DMCH0＋X0)－DMCHe－Xe〕
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联解以上六个方程式，得：
Be =（MCP0＋CH0＋B0）×KP4/〔A1×（1＋KP4）＋KP4〕
其中 A1 = （0.875π）3/KP1
Te = （DMCP0＋MCH0＋T0）×KP5/〔A2×（1＋KP5）＋KP5〕
其中 A2 =（0.875π）3/KP2
Xe = （TMCP0＋DMCH0＋X0）×KP6/〔A3×（1＋KP6）＋KP6〕
一、环烷烃脱氢平衡转化率的计算 二、总物料平衡和芳烃转化率的计算 三、催化重整反应器的理论温降计算 四、反应器工艺尺寸的确定
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一、环烷烃脱氢平衡转化率的计算
➢ 无论是生产芳烃还是生产高辛烷值汽油，生成芳烃的反应
都是重整过程中最重要的反应；
➢ 芳烃的生成基本上都是由环烷烃脱氢反应而来，即使在双
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（2）计算各反应器累计芳烃产率
各反应器累计芳烃产率 = 液体收率×所采液体样中的芳烃含量
例如：一反苯的产率 = 95.4%×3.66% = 3.49%
二反苯的产率 = 93.2%×5.37% = 5%
三反苯的产率 = 82.8%×6.08% = 5.05%
依次类推。
设循环氢的分子量为3则循环氢的重量流率为131333939kgh总重量流率18750393922689kgh375827327349025221313总体积流量20171223石油炼制工程42混合物密度226893758604kgm2计算混合物的粘度查手册得原料油蒸气的粘度为00000147pa循环氢粘度近似地按氢的粘度计算其值为00000167pa20171223石油炼制工程433计算催化剂颗粒当量直径d催化剂颗粒的尺寸为43mm所以颗粒表面积20mm12mm2012所以当量直径36mm20171223石油炼制工程444计算床层压降及选取通过反应器床层的气体线速u根据经验选用单位床层压降pl即015kgcm由压降计算公式
甲苯 16.16%×0.935×92/98 = 14.20%
二甲苯 10.87%×0.981×106/98 = 11.54%
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实际计算时以上程序可以简化，即先算出各芳烃的重 量潜含量，分别乘以Be0、Te0、Xe0即可直接得到各芳烃的平 衡浓度。例如本题中求苯的重量平衡浓度可简化如下：
（3）芳烃潜含量
苯潜含量 = 9.98%×78/84＋1.41% = 10.68%
甲苯潜含量 = 18.38%×92/98＋4.07% = 21.32%
C8芳烃潜含量 = 12.59%×106/112＋3.54% = 15.44% 芳烃潜含量 = 10.68%＋21.32%＋15.44% = 47.44%
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【解】 按1小时进料为基准进行计算。 （1）总物料平衡
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（2）芳烃产率
苯产率 = 89.4%×6.96% = 6.23%
甲苯产率 = 89.4%×20.02% = 17.9%
C 8芳烃产率 = 89.4%×（2.33＋9.24＋3.29）% = 13.3% 总芳烃产率 = 6.23%＋17.9%＋13.3% = 37.43%
其中 A3 = （0.875π）3/KP3
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当MCP0+CH0+B0 = 1、DMCP0+MCH0+T0 = 1、 TMCP0+DMCH0+X0 = 1 时的Be、Te、Xe分别用Be0、Te0、Xe0表示：
Be0 = KP4/〔A1×（1＋KP4）＋KP4〕 Te0 = KP5/〔A2×（1＋KP5）＋KP5〕 Xe0 = KP6/〔A3×（1＋KP6）＋KP6〕
六碳环烷烃浓度 = （3.8＋6.2）×98/84×100% = 11.64% （mol） 苯的浓度 =0.1×98/78×100%= 0.1254% （mol分率）
苯潜含量 =11.64%＋0.1254% =11.77% （mol分率） 七碳环烷烃浓度 = （3.8＋11.4）×98/98×100% =15.2% （mol）
将不同温度及压力下的Be0、Te0、Xe0分别乘以各芳烃的潜含量
即可得到在该温度及压力下的各芳烃的平衡浓度。表10-22列出了 部分反应条件下（不同温度和不同压力下）的Be0、Te0、Xe0 计算结果。
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【例10-2】 已知某重整原料的平均分子量为98，环烷烃和芳烃的含量（重
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【解】（1）先计算各反应器的液体收率（基准：对一反进料） 进一反循环氢流量 = 30000×0.195 = 5.85×103 kg/h 进一反原料油流量 = 18.6×103 kg/h 进一反物料中液体所占% = 18.6×103/（18.6×103＋5.85×103 = 76.2% 各反应器的液体收率（对一反进料，累计） = 采样中液体%/一反进料中液体% 所以，一反液体收率 = 72.6/76.2 = 95.4% 二反液体收率 = 71/76.2 = 93.2% 三反液体收率 = 63/76.2 = 82.8%
具体计算过程参看例10-4。
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【例10-4】 接上例，重整进料油18.6吨/时，循环氢30000标米3/时，循
环氢密度为0.195公斤/标米3。各反应器出口采样的气体和液体量如表1， 各反应器采样中的液体的芳烃含量如表2。（重%）
表1
表2
试分析各反应器的芳烃转化情况。
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例如：一反新生成苯 = 3.49%－1.41% = 2.08%（对原料油） 二反新生成苯 = 5%－3.49% = 1.51%（对原料油） 三反新生成苯 = 5.05%－5% = 0.05%（对原料油）
苯潜含量 = （3.8＋6.2）×78/84×100%＋0.1% = 9.28%（重）
苯的平衡浓度 = 9.28%×0.516 = 4.8%（重） 所得计算结果相同。
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二、 总物料平衡和芳烃转化率的计算
对于以生产高辛烷值汽油为目的的重整装置，其产物通 常包括以下四个部分： ① 稳定汽油，即稳定塔塔底产物； ② 液态烃，即稳定塔塔顶液体产物； ③ 裂化气，即稳定塔塔顶气体产物； ④ 重整氢气，即出重整装置的富氢气体。
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（4）芳烃转化率
苯转化率 = 苯产率/苯潜含量 = 6.23%/10.68% = 58.4% 同理， 甲苯转化率 = 17.9%/21.32% = 84.0%
C8芳烃转化率 = 13.3%/15.44% = 86.3% 总芳烃转化率 = 37.43%/47.44% = 79%
（3）计算各反应器的累计芳烃转化率
各反应器累计芳烃转化率 = 该反应器的芳烃产率/原料的芳烃潜含量
例如：一反累计苯转化率 = 3.49/10.68 = 32.7%
二反累计苯转化率 = 5/10.68 = 46.8%
依次类推。
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（4）各反应器中新生成的芳烃 = 该反应器的累计芳烃产率－前一反应器的累计芳烃产率
二甲苯潜含量 = 10.32%＋0.554% = 10.87% （mol）
（2）由表10-22查得在30大气压（绝）、477℃（750 K）下的Be0 = 0.516、Te0 = 0.935、Xe0 = 0.981。假定反应前后油的平均分子量 不变为98，则各芳烃的平衡浓度（重%）分别为：
苯
11.77%×0.516×78/98 = 4.80%
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以100摩尔进料油为基准，则起始及平衡时各组分摩尔数如下：
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系统的总压为π，则平衡时各组分的分压为：
PH2 = π×700/（700＋100） = 0.875π
PB = π×Be/800 （苯的摩尔分率乘总压）
PT = π ×Te/800
PX = π×Xe/800
中。已知脱戊烷油中的芳烃含量即可计算出芳烃的转化率和产率。
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【例10-3】某催化重整装置每小时进料18.6吨。原料油含六碳环
烷烃9.98%、七碳环烷烃18.38%、八碳环烷烃12.59%、苯1.41% 、 甲 苯 4.07% 、 乙 苯 0.41% 、 间 和 对 二 甲 苯 2.49% 、 邻 二 甲 苯 0.64%（以上都是重量%）。经重整后每小时得脱戊烷油16.63吨 、戊烷油0.54吨、脱戊烷塔顶气体0.09吨、脱丁烷塔顶气体0.64吨 、 重 整 氢 0.63 吨 。 脱 戊 烷 油 中 含 苯 6.96%、 甲 苯 20.02%、 乙 苯 2.33%、间对二甲苯9.24%、邻二甲苯3.29%、重芳烃2.52%（以 上都是重量%）。 试作总物料平衡并计算芳烃的产率和转化率。