Выход гидроочищенной бензиновой фракции В_{к ,} % масс., на исходное сырье определим по формуле

                                  В_к =100 -В_б - В_г -Δ S,                                        (2.1)

где В_б , В_г, Δ S - выход бензина, газа и количество удаленной серы, % масс.

Среднюю молекулярную массу сырья определим по формуле

                                   ,                                                 (2.2)

.

Примем равномерное распределение атомов серы по длине углеводородной цепочки, тогда при гидрогенолизе сераорганических соединений с разрывом у атома серы выход бензина-отгона и газа составит:

   В_б = ΔS = 0,078 - 0,0001 = 0,0779 % (масс.);             (2.3)

                                       В_г=0,3 ΔS;                                                 (2.4)

В_г=0,3 ^. 0,0779 =0,023 % (масс.).

Тогда выход бензиновой фракции фракции будет равен:

В_бенз =100-0,0779-0,023-0,0779=99,82 % (масс.).

Глубина гидрообессеривания сырья составит:

                                                                           (2.5)

где S₀ – количество серы в сырье до очистки, % масс.; S – количество серы в гидрогенизате, % масс.

.

Расход водорода на гидрогенолиз сераорганических соединений можно найти по формуле

G₁ = m ^. ΔS,                                                      (2.6)

где G₁ - расход 100 % -го водорода, % масс. на сырье; ΔS - количество серы, удаляемое при гидроочистке, % масс; m - коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений.

Так как в сырье присутствуют различные сернистые соединения, то необходимо определить расход водорода на гидрогенолиз каждого из них; сумма этих расходов будет равняться расходу водорода на гидрогенолиз сераорганических соединений. Наиболее стабильны при гидроочистке тиофеновые соединения, поэтому при расчете принимаем, что вся остаточная сера (0,0001 % масс. на сырье) в гидрогенизации - тиофеновая. Результаты расчета расхода водорода приведены в таблице 2.4.

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов равен:

                                         ,                                    (2.7)

где G₂ - расход 100 % водорода, % масс. на сырье; ΔG_н - разность содержания непредельных углеводородов в сырье и гидрогенизате, % масс. на сырье; М - средняя молекулярная масса сырья.

Примем, что степень гидрирования непредельных углеводородов и гидрогенолиз сернистых соединений одинакова (99,87%), тогда

.

Таблица 2.4 - Расход водорода на гидрогенолиз серосодержащих соединений

Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенизате можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления.

                                ,                                            (2.8)

где у’_н2, , х’_н2 - мольные доли водорода в паровой и жидкой фазе; Кр - константа фазового равновесия (для условий газосепаратора высокого давления) при 40⁰С и 4 МПа, Кр = 30.

Потери водорода от растворения в гидрогенизате G₃ (% масс.) на сырье составляют

                            ;                                   (2.9)

Кроме этих потерь имеют место потери водорода за счет диффузии водорода через стенки аппаратов и утечки через неплотности, так называемые механические потери. По практическим данным, эти потери составляют 1-1,5 % от общего объема циркулирующего газа. Принимаем механические потери водорода 1,2 %. Механические потери G₄ (% масс.) на сырье составят:

,                                         (2.10)

где χ – кратность циркуляции водорода, нм³/м³ сырья; ρ – плотность сырья.

На установку гидроочистки подается водородсодержащий газ с установок каталитического риформинга, в котором концентрация водорода колеблется от 70 до 85 % (об). Для поддержания постоянного давления в системе объем поступающего и образующегося газа должен быть равен объему газа, отходящего из системы и поглощенного в ходе химической реакции.

Наиболее экономичный по расходу водорода режим без отдува ВСГ можно поддерживать, если газы, образующиеся при гидрокрекинге и газы, поступающие в систему со свежим ВСГ, полностью абсорбируются в газосепараторе в жидком гидрогенизате, то есть

             ,                                            (2.11)

где V₀ – объем свежего ВСГ, м³; V_г.к. – объем газов, образующихся при гидрокрекинге, м³; V_а – объем абсорбируемых газов, м³.

Реализации этого условия способствует увеличение концентрации водорода в свежем ВСГ, уменьшение реакций гидрокрекинга и повышение давления в системе. Если балансовые углеводородные газы полностью не сорбируются, то часть их выводится с отдувом, количество которых можно определить по формуле

             ,                                     (2.12)

где V_р – объем химически реагирующего водорода, м³; у₀’ – объемная концентрация водорода в свежем ВСГ; y’ – объемная концентрация водорода в циркулирующем ВСГ;

                                                                     (2.13)

.

Находим объем газов гидрокрекинга по следующей формуле

                                ,                                              (2.14)

где М_г.к.- средняя молекулярная масса газов гидрокрекинга, при одинаковом мольном содержании газов С₁, С₂, С₃, и С₄ она равна:

 м³.

Количество абсорбируемого компонента определим по формулам

                                g_i = х_i’ ^. М_i ^. 100 / М_г ;                                       (2.15)

                              v_i = g _i ^. 22,4 / М_i ;                                                                        (2.16)

                                  .                                           (2.17)

Полученные данные сведем в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Объем компонентов, растворенных в гидрогенизате

Балансовый объем углеводородных газов, поступающих в газосепаратор (газы крекинга и вносимые со свежим ВСГ) составляет:

1,02 · ( 1 - 0,8445 ) + 0,012 = 0,171 м³ < V_а=1,509 м³.

Поскольку выполняется требование уравнения (2.11), возможна работа без отдува части ЦВСГ. Таким образом, общий расход водорода в процессе гидроочистки определится по формуле

                                G_H2 = G₁ + G₂ + G₃ +G₄;                                       (2.18)

G_H2 = 0,012+0,032+0,046+0,025 = 0,116 % (масс.).

Расход свежего водородсодержащего газа на гидроочистку равен:

                          ,                                                  (2.19)

где у_ВСГ – содержание водорода в свежем ВСГ - 0,29 % масс.,

% (масс.).