Гынгазова, Мария Сергеевна. Моделирование работы реакторов процесса риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора с учетом коксообразования

Краткое описание

Гынгазова, Мария Сергеевна. Моделирование работы реакторов процесса риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора с учетом коксообразования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.08, 02.00.13 / Гынгазова Мария Сергеевна; [Место защиты: Нац. исслед. Том. политехн. ун-т].- Томск, 2011.- 163 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3200

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВА ТЕЛЬ СКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи

Гынгазова Мария Сергеевна
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РЕАКТОРОВ ПРОЦЕССА РИФОРМИНГА
БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА С
УЧЕТОМ КОКСООБРАЗОВАНИЯ
05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий
02.00.13 - Нефтехимия
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Томск- 2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ В РОССИИ. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЕГО
ЭФФЕКТИВНОСТИ 6
1.1. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ по СНИЖЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ БЕНЗОЛА В ПРОДУКТАХ РИФОРМИНГА 10
1.2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ, УВЕЛИЧИВАЮЩИХ СЕЛЕКТИВНОСТЬ ЦЕЛЕВЫХ РЕАКЦИЙ ПРОЦЕССА РИФОРМИНГА 11
1.3. РЕКОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ СО СНИЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ 14
1.4. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА СЫРЬЯ РИФОРМИНГА 15
1.5. РЕКОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВОК ПОД ПРОЦЕССЫ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА 15
1.6. РАЗРАБОТКА СОВРЕМЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ С ВЫСОКОЙ АКТИВНОСТЬЮ И СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ 23
1.7. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИИ РЕАКТОРНОГО БЛОКА И МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВУЮЩИХ РЕАКТОРОВ 30
Выводы по ГЛАВЕ 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 39
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО
РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА 41
2.1. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРОЦЕССА РИФОРМИНГА. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
КОМПОНЕНТОВ И РЕАКЦИЙ 45
2.1.1. Исследование процесса коксообразования:Характер коксовых отложений 56
2.2. СОСТАВЛЕНИЕ ФОРМАЛИЗОВАННОЙ СХЕМЫ МЕХАНИЗМА ПРЕВРАЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ. КИНЕТИКА ПРОЦЕССА РИФОРМИНГА С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА 63
2.3. СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССА КА ТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА В РЕАКТОРАХ
С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА 67
2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ СКОРОСТЕЙ ПРОЦЕССА РИФОРМИНГА НА PT-SN КАТАЛИЗАТОРЕ 71
2.5. АНАЛИЗ АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТУ 74
2.6. ИССЛЕДОВАНИЕ НА МОДЕЛИ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА КАТ АЛИТИЧЕСКОГ О РИФОРМИНГА В РЕАКТОРЕ С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ 77
Выводы ПО ГЛАВЕ 2 85
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ
КАТАЛИЗАТОРА 87
3.1. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СЫРЬЯ НА ПРОЦЕСС РИФОРМИНГА 97
3.2. ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС РИФОРМИНГА 102
Выводы ПО ГЛАВЕ 3 i 117
ГЛАВА 4. РАСЧЕТЫ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ РЕАКТОРОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ
РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА 119
4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА РЕАКТОРОВ В PEAKTOPIЮМ БЛОКЕ ПЛАТФОРМИ! ТА 120
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧИ СЫРЬЯ В РЕАКТОРАХ РИФОРМИНГА ДЛЯ ПРОЦЕССА С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ 124
4.3. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕАКТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЦЕССА КАЧ АЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА 129
Выводы ПО ГЛАВЕ 4 132
ВЫВОДЫ 134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 137
ПРИЛОЖЕНИЕ А 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 155

Список литературы

Выводы
1. Способ повышения эффективности нефтехимического процесса с непрерывной регенерацией катализатора, основанный на использовании нестационарной модели, учитывающей образование кокса, величину кратности циркуляции и движение слоя катализатора, является новым и позволяет осуществить выбор оптимальной конструкции и режимов работы реакторов с движущимся слоем.
2. Механизм и закономерности образования кокса подтверждаются результатами экспериментальных исследований образцов промышленного Pt-Sn/Al2O3 катализатора. В условиях процесса каталитического риформинга бензинов с непрерывной регенерацией образуется только аморфный кокс (температура выгорания 450 - 550 °C). Содержание кокса на выходе из реакторного блока составляет 4 - 6 % мае. в зависимости от состава сырья и условий процесса. Удельная поверхность катализатора существенно снижается в результате проведения большого числа регенераций, а для закоксованного катализатора имеет совсем низкие значения (ниже первоначального значения для свежего катализатора на 22 %).
3. Учет при составлении математического описания процессов образования и накопления кокса и соответствующего изменения активности по длине слоя катализатора отражает влияние состава сырья и технологических режимов на результат риформирования. Увеличение температуры входа сырья на 10 °C дает прирост октанового числа продукта в 1,5-2 пункта. Снижение рабочего давления с 0,7 до 0,3 МПа позволяет добиться повышения октанового числа на величину до 0,6 пункта, концентрации ароматических углеводородов на 1 % и выше, выхода риформата до 1 % мае., увеличивается степень ароматизации и изомеризации парафиновых углеводородов, содержащихся в сырье.
4. Кратность циркуляции катализатора определяющим образом влияет на характеристики получаемого продукта. Учет этого параметра в математической модели позволяет выдавать рекомендации по оптимальным значениям кратности циркуляции в зависимости от состава сырья и технологических условий. Было показано, что увеличение кратности циркуляции катализатора с 0,008 до 0,016 м3/м3 позволяет на 2 % мае. снизить содержание кокса и соответственно добиться более высокой активности катализатора в отношении образования целевого продукта.
5. Компьютерная система, разработанная нами на основе созданной математической модели процесса, позволяет проводить расчет октанового числа и выхода риформата, компонентного содержания смеси, концентрации кокса на выходе из реакторного блока.
6. В отличие от установок со стационарным слоем катализатора, где оптимальное количество реакторов находится в интервале от 3 до 5 единиц, в условиях «жесткого» режима работы реакторов с движущимся слоем оптимальное количество реакторов равно 4 и не зависит от состава перерабатываемого сырья.
7. Реакторные устройства с направлением подачи сырья в центральную трубу повышают эффективность процесса риформирования с непрерывной регенерацией катализатора. Согласно проведенным расчетам смена направления газосырьевой смеси на противоположное позволит получать продукт с большим октановым числом при прочих равных параметрах процесса (увеличение ИОЧ порядка 2 пунктов для разных составов исходного сырья и технологических условий). После смены направления движения сырья, в отличие от риформинга с неподвижным слоем, увеличивается выход ароматических соединений (до 5 % мае.).
Методика расчета реакторного оборудования, основанная на учете реакционной способности углеводородов, изменения активности катализатора по высоте и радиусу слоя, позволяет оптимизировать направление подачи сырьевого потока в реакторах процесса каталитического риформинга с непрерывной регенерацией.