авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности работы реакторов риформинга большой единичной мощности с применением информационно-моделирующих комплексов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи











Молотов Константин Владимирович






ПОВЫШЕНИе ЭФФЕКТИВНОСТИ работы реакторОВ риформинга большой единичной мощности с применением информационно-моделирующих комплексов

05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук



Томск – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, профессор кафедры ХТТ Кравцов Анатолий Васильевич
Официальные оппоненты: Сваровский Александр Яковлевич Лактионова Елена Александровна Ведущая организация доктор технических наук, профессор, Северский технологический институт национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», профессор кафедры МАХП кандидат технических наук, доцент, Томский сельскохозяйственный институт филиала федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Новороссийский государственный аграрный университет»; доцент кафедры химии Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук, г. Томск

Защита диссертации состоится « 3 » апреля 2012 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.269.08 при Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 43, корпус 2, 117 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Автореферат разослан «2» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доцент, к.т.н. ______ Петровская Т.С.



Общая характеристика работы

Актуальность работы

Процесс каталитического риформинга для большинства нефтеперерабатывающих производств России – базовый вариант производства высокооктановых компонентов автомобильных бензинов и ароматических углеводородов. На некоторых производствах мощности по риформированию достигают 17 – 24% от мощности первичной переработки, в среднем по России это значение составляет около 11 %.

При этом непрерывно осуществляется поиск способов интенсификации уже действующих производственных установок, а также проектирование и строительство установок большой единичной мощности. При этом наибольшую актуальность приобретает оптимизация работы реакторов большой единичной мощности. Принципиально важным для реакторов на этих производствах является сохранение равномерной гидродинамики по сечению и высоте слоя катализатора, что обеспечивается равномерной его загрузкой и проницаемостью реакционной среды. Если для реакторов небольшой мощности эта задача решается достаточно надёжно, то для реакторов мощностью по сырью 1 млн. т. в год, имеющих большой диаметр, эта гидродинамическая неравномерность подачи сырья по сечению может достигать 5 - 15%. При этом, при существующих методах загрузки, определяющей становится задача обеспечения максимальной эффективности работы этого реактора при сохранении кинетического режима, но реальной гидродинамической неоднородности сырьевого потока по слою катализатора, приводящей к возникновению локальных перегревов и образованию избытка аморфного и графитообразного кокса, а значит и к быстрому падению активности Pt-контакта. Добиться эффективности протекания промышленного процесса в этом случае возможно как непрерывным мониторингом технологического режима и обеспечением протекания химических реакций в области допустимого коксообразования по всему объему работающего катализатора, так и реконструкцией технологической схемы реакторного блока. Оба эти варианта являются многофакторной задачей, решить которую наиболее эффективно в условиях действующего производства большой единичной мощности возможно практически только с применением метода математического моделирования.

Работа выполнена в рамках одного из основных направлений Томского политехнического университета «Разработка научных основ математического моделирования и оптимизация технологий подготовки и переработки горючих ископаемых и получения энергетических топлив», госбюджетной НИР №1.29.09 «Изучение химических процессов, фазообразования и модифицирования в системах с участием наноразмерных дискретных и пленочных структур».

Цель и задачи работы

Повышение эффективности работы промышленных реакторов большой единичной мощности процесса риформинга бензинов с применением информационно - моделирующих комплексов на физико-химической основе.

Из цели вытекают основные задачи исследования:

  1. Разработка информационно-моделирующего комплекса (ИМК) на основе компьютерной системы контроля работы катализатора и единой тематической заводской базы данных.
  2. Прогнозирование и расчёт с использованием ИМК эффективных режимов работы реактора риформинга при наличии гидродинамических осложнений.
  3. Создание и программная реализация методики дополнительной подачи хлорорганических соединений в реактор для восстановления отравленных активных центров и повышения селективности протекания реакции изомеризации циклопентанов в циклогексаны и снижение образования кокса из алкилциклопентадиенов.
  4. Установление интервала расхода хлорорганических соединений в зависимости от степени отравления при содержании сероводорода в сырье от 3,9 до 4,9 мг/кг.
  5. Разработка критерия восстановления эксплуатационных свойств катализатора, который, по существу, отражает его работоспособность.
  6. Технико-экономическая оценка перевода установки ЛЧ-35-11/1000 на непрерывную регенерацию катализатора в условиях заданных режимов работы.

Научная новизна

  1. Установлено, что при существующих технологиях рукавной и пневмозагрузки катализатора в промышленные реакторы процесса каталитического риформинга бензинов большой единичной мощности (~1млн.т/год) гидродинамическая неравномерность подачи сырья по сечению аппарата может достигать от 5 до 15%, что объективно приводит к возникновению локальных перегревов и образованию избытка кокса на поверхности Pt-контакта и к быстрому падению его активности.
  2. Установлено, что решение многофакторной задачи оптимизации режимных параметров эксплуатации процесса с гидродинамической неравномерностью структуры потока в реакторе, а также непрерывного мониторинга работы всей установки риформинга возможно только с применением информационно-моделирующего комплекса на основе учёта реакционной способности углеводородов и активности катализатора.
  3. Установлено, что подаваемые в реактор хлорорганические соединения, превращаясь в хлористый водород, способствуют десорбции сероводорода с поверхности активных центров катализатора и, тем самым, повышают активность, селективность и стабильность Pt-контакта. При этом установлен интервал дополнительного расхода хлорорганических соединений (1,31,8ррm) в зависимости от степени отравления его серой.

Практическая ценность

Результаты исследования, выполненные с применением ИМК нашли практическое подтверждение в условиях эксплуатации промышленного реактора мощностью 1 млн.т/год Киришского НПЗ.

Разработана, программно реализована и внедрена в производство методика дополнительной подачи хлорорганических соединений в реактор для восстановления отравленных активных центров, что обеспечивает повышение селективности протекания реакции изомеризации циклопентанов в циклогексаны и снижение образования кокса из алкилциклопентадиенов.

Информационно-моделирующий комплекс на основе единой тематической заводской базы данных и компьютерной системы контроля работы катализатора используется в ООО «КИНЕФ» для проведения непрерывного мониторинга работы реакторов большой мощности, что позволило увеличить длительность работы установки в 1,5 раза от проектной.

Вместе с тем, расчетами с применением моделирующего комплекса установлено, что перевод установок большой единичной мощности в условиях действующего предприятия на работу с непрерывной регенерацией катализатора с учетом их удельного объема в общезаводской прибыли неэффективен.

На защиту выносится:

Новый способ ведения процесса в оптимальном режиме в условиях работы установки большой единичной мощности, который заключается в применении информационно-моделирующего комплекса (ИМК) на основе единой технологической базы данных и компьютерной системы контроля работы катализатора на физико-химической основе

  • Методологические аспекты разработки и применения информационно-моделирующего комплекса для повышения эффективности промышленных реакторов большой единичной мощности;
  • модель процесса риформинга бензинов, построенную с учетом физико-химических закономерностей превращения углеводородов на Pt-катализаторах и сопряженная с базой данных.
  • программно-реализованная методика дополнительной подачи хлорорганических соединений в реактор для восстановления отравленных активных центров катализатора;
  • результаты расчета критерия восстановления эксплуатационных свойств катализатора, который рассчитывается с использованием разработанного информационно-моделирующего комплекса;
  • результаты технико - зкономической оценки эффективности перевода установки Л-35-11/1000 на процесс с непрерывной регенерацией катализатора;
  • результаты непрерывного мониторинга установки ЛЧ-35-11/1000 с применением компьютерной системы контроля работы катализатора, в которой, в качестве начальных данных, используются технологические параметры ведения процесса и покомпонентный состав сырья и катализата.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

Петербургском Международном Форуме ТЭК (г. Санкт-Петербург, 2010, 2009, 2008, 2007), Международной научно-практической конференции Нефтегазопереработка (г. Уфа 2008, 2007), Всероссийской молодежной школе-конференции Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии (г.Омск, 2007), Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов Химия и химическая технология в XXI веке (г. Томск, 2007), IV Международной конференции – Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения: - г. Самара, 22-25 октября. - Самар. гос. техн. ун-т, 2009, на IV Международной конференции студентов и молодых ученых - Перспективы развития фундаментальных наук. - Томск, 15-18 мая 2007. - Томск, 2007.

Публикации

По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 7 в журналах из списка ВАК, получено свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ, имеется акт о внедрении.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 28 таблиц, библиография включает 146 наименований.

Содержание работы

Каталитический риформинг является одним из наиболее экономически эффективных процессов производства высокооктанового компонента моторного топлива. Постоянно ведется поиск наиболее эффективных вариантов его аппаратурного оформления и способов интенсификации работы промышленных реакторов большой единичной мощности. Нами создана и внедрена система мониторинга и прогнозирования работы установки ЛЧ-35-11/1000 с использованием единой тематической витрины технологических данных и системы контроля работы катализатора, построенной на физико-химической основе процесса превращения углеводородов на платинорениевых контактах.

Проведенные исследования направлены на оптимизацию ресурсо-энергопотребления действующих производственных мощностей процесса риформинга ООО КИНЕФ и оценку эффективности вновь проектируемых. Выделены следующие 3 направления (Рис.1).

Рисунок 1 – Направления повышения ресурсоэффективонсти производства

- Интеграция моделирующей системы в единую тематическую витрину данных ООО «КИНЕФ»

- Мониторинг работы реакторных блоков процесса риформинга бензинов с применением моделирующей системы.

- Практическое применение моделирующей системы для реконструкции действующей установки риформинга ЛЧ-35-11/1000 ООО «КИНЕФ» и для оценки эффективности вновь создаваемых производственных мощностей

В основе процесса каталитического риформинга лежат химические реакции дегидрирования и изомеризации нафтеновых, дегидроциклизации и изомеризации парафиновых углеводородов. Протекают также побочные реакции гидрокрекинга парафинов, гидрогенолиза нафтенов и коксообразования. При работе катализатора в оптимальном режиме образуется кокс рыхлой структуры с большим содержанием водорода. За пределами термодинамического равновесия образования и гидрирования промежуточных продуктов уплотнения (полиаренов) направление реакции сдвигается в сторону образования графитообразного кокса (Рис. 2).


Дегидрирование шестичленных нафтенов:

Дегидроциклизация парафиновых углеводородов:

 Изомеризация:  Целевые реакции-4

Изомеризация:
  Целевые реакции риформинга В-5

Рисунок 2 – Целевые реакции риформинга

В ходе выполнения работы установлено, что определяющую роль в ресурсо-эффективности протекания процесса в реакторах большой единичной мощности играет обратимость реакции коксообразования. В условиях, близких к равновесию этой реакции, образуется кокс рыхлой (аморфной) структуры, который затем может обратимо гидрироваться до углеводородов и, тем самым, увеличивается срок службы Pt-катализатора. (Рис. 3).




Рисунок 3 – Влияние технологического режима на структуру кокса

Оптимальная активность – есть активность катализатора в условии равновесия реакций образования коксогенных структур и их гидрирования. Следовательно, для долгосрочной работы катализатора в будущем, необходимо поддерживать уровень текущей активности максимально близкий к уровню оптимальной активности. Эта задача существенно упрощается при использовании компьютерной моделирующей системы, которая не только позволяет определять уровень текущей и оптимальной активности, но составлять рекомендации, которые позволят вносить коррективы в технологический режим с целью оптимизации процесса. Таким образом, на производстве постоянно требуется поддерживать технологический режим на уровне обеспечивающим равенство текущей и оптимальной активности катализатора. На рисунке 3 приведено графическое сравнение текущей и оптимальной активностей.

Реакторный блок установки каталитического риформинга большой единичной мощности ЛЧ-35-11/1000 состоит из трех последовательно соединенных аппаратов (Рис. 4).

Рисунок 4 – Принципиальная технологическая схема блока риформинга

Внедрение моделирующего комплекса в информационную систему завода (Единую тематическую витрину данных (ЕТВД)) позволило выполнить проведение системного контроля как работы катализатора, так и всего реакторного узла в целом. Схема внутренней архитектуры данной системы контроля катализатора представлена на Рис. 5.

  Схема внутренней архитектуры-9

Рисунок 5 – Схема внутренней архитектуры ЕТВД

Окна ЕТВД организованы так, чтобы возможна была взаимосвязь информации и информационно – моделирующего комплекса. Таким образом, рассматривается нестационарная кинетическая модель процесса каталитического риформинга углеводородного сырья в тесном взаимодействии с базой данных как единый информационно-вычислительный блок.

Катализатор риформинга RG-492,582 фирмы Аксенс был загружен в реакторы большой единичной мощности на установке ЛЧ-35-11/1000 ООО «КИНЕФ» в реактора 1999г. К настоящему времени проведено 8 регенераций, переработано более 8 млн. тонн. сырья. Катализатор отработал 11 лет. (Хотя расчетный Срок службы катализатора составляет 7лет). Проводимый с момента загрузки мониторинг позволил существенно продлить срок службы катализатора, который в настоящее время в полтора раз превысил расчетный.

В октябре 2010 года на данной установке была проведена регенерация катализатора, и начался очередной сырьевой цикл. Мониторинг показал, что изменение активности катализатора в разных сырьевых циклах даже в пределах одной и той же установки, имеет различный характер (Табл.1).

Таблица 1 – Мониторинг работы промышленной установки каталитического риформинга ЛЧ-35-11/1000



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.