Моделирование работы реакторов процесса риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора с учетом коксообразования

• Автор: Гынгазова, Мария Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.08, 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ В РОССИИ. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ
1.1. Применение технологий по снижению содержания бензола в продуктах риформинга..
1.2. Применение технологий, увеличивающих селективность целевых реакций процесса риформинга
1.3. PEKOI1СТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ СО СНИЖП! шем рабочего давления
1.4. Оптимизация состава сырья риформинга
1.5. Реконструкция установок под процессы с непрерывной регенерацией катализатора.
1.6. Разработка современных катализаторов с высокой активностью и селективностью..
1.7. Разработка новых высокоэффективных конструкций реакторного блока и модернизация
конструкции действующих реакторов
Выводы по главе 1. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА
2.1. Химические реакции процесса риформинга. Расчет основных термодинамических параметров компонентов и реакций
2.1.1. Исследование процесса коксообразовапил.'Характер коксовых опаюжеииП
2.2. Составление формализованной схемы механизма превращения компонентов. Кинетика процесса риформинга с непрерывной регенерацией катализатора
2.3. Составление математического описания процесса каталитического риформинга в реакторах С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ катализатора
2.4. Определение констант скоростей процесса риформинга на Pt-Sn катализаторе
2.5. АН,ШИЗ АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТУ
2.6. Исследование на модели основных закономерностей протекания процесса кат алитическог о
риформинга в реакторе С ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА
3.1. Изучение влияние состава сырья на процесс риформинга
3.2. Влияние основных технологических параметров на процесс риформинга
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. РАСЧЕТЫ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ РЕАКТОРОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ С НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛИЗАТОРА
4.1. Определение оптимального количества реакторов в peaktopi гом блоке платформы та
4.2. Определение опшмлльного направления подачи сырья в реакторах риформинга для процесса с движущимся слоем
4.3. Оптимизация реакторного оборудования процесса каталитического риформинга бензинов с
НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ КАТАЛ113ATOPA
Выводы по главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение
Процесс каталитического риформинга для большинства нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) России - базовый процесс производства высокооктановых компонентов автомобильных бензинов и ароматических углеводородов. На некоторых НПЗ мощности по риформированшо достигают 17 - 24 % от мощности первичной переработки. В среднем по России это значение составляет около 11 %.
Поскольку процесс каталитического риформинга бензинов обеспечивает низкую себестоимость продукта и занимает центральное место при производстве высокооктановых автомобильных бензинов, постоянно совершенствуется . его технология, осуществляется поиск способов интенсификации уже действующих производственных установок. В последние годы большинство новых установок риформинга сконструированы по технологии с непрерывной регенерацией катализатора (около 95 %). Существующие установки также реконструируют под процессы с движущимся слоем катализатора, если возможности завода позволяют это сделать. Процесс риформинга с непрерывной регенерацией катализатора (КРНРК) реализуется при более высокой температуре и низком давлении и позволяет получать продукт с октановым числом до 108 пунктов и высоким выходом жидких углеводородов на сырье.
Оптимальные режимы работы реакторов с движущимся слоем катализатора зависят от технологических условий ведения процесса и углеводородного состава перерабатываемого сырья. Проведение только экспериментальных исследований не обеспечивает достоверный прогноз оптимальных условий протекания промышленного процесса. Ранее на кафедре химической .технологии топлива и химической кибернетики была разработана модель, позволяющая определять оптимальный вариант реализации процесса с непрерывной регенерацией катализатора (ССК платформинг, дуалформинг, октанайзинг). Дальнейшие исследования,

выполненные в рамках дайной работы, показали, что в условиях процесса риформинга с непрерывной регенерацией происходит интенсивное отложение кокса на катализаторе - образование побочного продукта. Оптимальные режимы работы реакторов с движущимся слоем определяющим образом зависят от количества и структуры образовавшихся коксовых отложений. Таким образом, математическая модель процесса риформинга, реализованного в реакторах с движущимся слоем катализатора, должна учитывать нестационарность протекания процесса, совместное протекание основных и побочных реакций, коксообразование по длине и радиусу движущегося зернистого слоя катализатора.
Целью работы является разработка способа повышения эффективности процесса каталитического риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора на основе нестационарной кинетической модели, учитывающей изменение активности катализатора по длине и радиусу слоя.
При выполнении работы:
• Установлено, что эффективность процесса риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора зависит от изменения активности катализатора по длине и радиусу слоя вследствие протекания реакций коксообразования и кратности циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор. Показано, что увеличение кратности циркуляции катализатора с 0,008 до 0,016 м3/м3 приводит к снижению на 2 % содержания кокса на катализаторе на выходе из реакторного блока, что обеспечивает повышение селективности превращения углеводородов.
• Установлено, что учет протекающих реакций коксообразования при моделировании нестационарного процесса риформинга бензинов и влияния кратности циркуляции катализатора на профиль концентраций кокса в реакторе позволяет рекомендовать оптимальные режимы работы реакторного блока для получения риформата заданного качества, которые лежат в интервале Т = 500-520 °С, р = 0,35-0,80 МПа, кратность

после нагрева в печи; VIII - продукты риформинга после реактора третьей ступени;
IX - продукты риформинга реактора третьей ступени после нагрева в печи; X - продукты риформинга после реактора четвертой ступени; XI - закоксованный катализатор [61] Регенератор представляет собой аппарат с радиальным потоком реакционных газов, разделенный гидравлически на три зоны. В верхней зоне при мольном содержании кислорода не менее 1 % происходит выжиг кокса, в средней при содержании кислорода 10 - 20 % и подаче хлорорганических соединений - окислительное хлорирование катализатора. В нижней зоне катализатор дополнительно прокаливается в потоке сухого воздуха. Катализатор под действием силы тяжести проходит все зоны. Из регенератора через систему затворов катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и водородсодержащим газом подается в бункер, расположенный над реактором первой ступени. Таким образом, без остановки системы или выключения одного из реакторов на регенерацию катализатора осуществляется непрерывный процесс платформинга. Возможность постоянно поддерживать свойства регенерированного катализатора на уровне, близком к свойствам свежего катализатора, позволяет проводить процесс платформинга под невысоким давлением и снизить кратность циркуляции газа;
Помимо существующих конструкций реакторов постоянно разрабатываются новые варианты внутреннего устройства контактного аппарата. Авторами статьи [62] представлен реактор новой конструкции для проведения каталитических процессов фирмы «Фаст Инжиниринг». Особенность новой конструкции реактора заключается в том, что в кольцеобразное пространство реактора радиального типа между внутренней и наружной перфорированными обечайками установлены сплошные (рис. 12) или полые (рис. 13) стенки, имеющие в сечении, перпендикулярном оси аппарата, форму спирали Архимеда. Они образуют спиралеобразные каналы одинакового сечения в направлении, перпендикулярном перемещению потока среды, заполненные катализатором.