Оптимизация реакторного оборудования и условий промышленной эксплуатации процесса изометризации пентан-гексановой фракции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Чеканцев, Никита Витальевич

• Чеканцев, Никита Витальевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чеканцев, Никита Витальевич

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПЕНТАН-ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ.

1.1 Конструкции реакторного блока процесса изомеризации пентангексановой фракции.

1.2 технологические схемы реакторных узлов процесса изомеризации г1ента11-гексановой фракции.

1.2.1 Процесс изомеризации на цеолитном катализаторе с рециклом по н-пснтану (СК8 ГСОМ).

1.2.2 Двухреакторная схема процесса изомеризации на хлорированном катализаторе с рециркуляцией низкооктановых компонентов.

1.2.3 Трехреакторная схема процесса изомеризации на оксидном катализаторе СИ-2.

1.3 Промышленные катализаторы изомеризации парафиновых углеводородов.

1.3.1 Цеолитные катализаторы.

1.3.2 Хлорированные катализаторы.

1.3.3 Катализаторы на основе сулъфатированной двуокиси циркония.

1.4 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ МЕХАНИЗМА ПРОЦЕССА ИЗОМЕРИЗАЦИИ ЛЕГКИХ АЛКАНОВ. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ РЕАКЦИЙ.

2.1 Химические реакции процесса изомеризации и закономерности их протекания.

2.2 Оценка термодинамических параметров реакций процесса изомеризации. Составление формализованной схемы механизма превращений.

2.3 Разработка кинетической модели процесса изомеризации.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕАКТОРНОГО БЛОКА ПРОЦЕССА ИЗОМЕРИЗАЦИИ.

3.1 Гидродинамический режим работы реакторного блока изомеризации.

3.2 Составление уравнений материального и теплового баланса реактора.

3.3 Разработка компьютерной моделирующей системы для процесса изомериза11ии пентан-гексановой фракции.

3.4 Решение обратной кинетической задачи.

3.5 Проверка модели на адекватность.

3.6 Оптимизация реакторного оборудования процесса изомеризации пентан-гексановой фракции.

3.7 Формирование входной информации и расчет реакторного блока.

3.8 Итоги третьей главы.

ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ РЕАКТОРНОГО БЛОКА.

4.1 Оптимизация внутренних устройств реактора процесса изомеризации пентан-гексановой фракции.

4.2 Изучение влияния состава сырья на октановое число изомеризата

4.3 Расчет эффективности различных технологических схем процесса изомеризации.

4.4 Влияние технологических параметров на эффективность процесса

4.4.1 Влияние температуры.

4.4.2 Влияние давления.

4.5 Практика использования программы 1гомЕк. для мониторинга промышленной установки Л-35-11/300 КИНЕФ процесса изомеризации пентан-гексановой фракции.

4.6 Итоги четвертой главы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация реакторного оборудования и условий промышленной эксплуатации процесса изометризации пентан-гексановой фракции»

Изомеризация пентан - гексановой фракции прямогонных бензинов -сложный многокомпонентный нефтехимический процесс, на протекание и результат которого не однозначно влияет много факторов. В отечественной нефтеперерабатывающей промышленности широкое распространение этот процесс получил в связи с переходом на более жесткие нормы выпуска нефтепродуктов. Внедрение реакторного оборудования установок изомеризации ведется по двум направлениям - создание нового производства, либо реконструкция установок риформинга бензинов. В связи с этим возникает сложная проблема выбора из многообразия реакторных схем (число реакторов, последовательное или параллельное соединение разомкнутых или замкнутых реакторных схем) и катализаторов оптимальных для данного завода.

Наиболее эффективно решить эту сложную многофакторную задачу возможно методом математического моделирования. Литературный поиск показал, что созданные до настоящего времени российские и зарубежные системы моделирования нефтехимических производств не позволяют с требуемой точностью решать задачи оптимизации и прогнозирования реакторных процессов. Для повышения эффективности промышленных нефтехимических процессов газоиефтепереработки с целью их реконструкции необходимо учитывать реакционную способность углеводородов перерабатываемого сырья и активность катализатора.

Точность расчетов и получение достоверных результатов определяется правильностью формирования схемы механизма многокомпонентного процесса изомеризации пентан-гексановой фракции, агрегированием углеводородов по принципу близости их реакционной способности и учетом пестационарности кинетических параметров процесса вследствие его дезактивации за счет физического старения, отравления примесями в сырье и коксообразования.

В данной работе рассмотрены возможные пути повышения эффективности методом математического моделирования реакторного оборудования процесса изомеризации пентан-гексановой фракции: подбор оптимальных технологических параметров работы установки, реконструкция реакторного узла (смена направления движения сырьевого потока), включение в технологическую схему рецикла и подбор катализатора.

В связи с тем, что процесс изомеризации является значимым для получения высокооктановых моторных топлив, постоянно ведется поиск более эффективных вариантов его технологического оформления и способов интенсификации уже действующих производственных установок.

Решение этих задач осуществляется за счет разработки и внедрения новых катализаторов и совершенствования реакторных и теплообменпых аппаратов, а также реконструкции существующих схем. При этом, остается проблема выбора оптимальной конструкции реакторного оборудования, которая может быть решена только комплексно с учетом углеводородного состава перерабатываемого сырья и технологической структуры всего производства в целом.

Очевидно, что максимальная эффективность промышленного процесса изомеризации может быть достигнута при одновременном использовании, загрузки катализатора нового поколения, совместно с совершенствованием конструкции реактора, и всей технологической схемы. Решение этой мпогофакторпой производственной задачи может быть выполнено только с применением метода математического моделирования.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Чеканцев, Никита Витальевич

выводы

1. Формализованная схема превращения углеводородов пентан-гексановой фракции в нефтехимическом процессе изомеризации легких алканов, составленная на основании термодинамического анализа, включает в себя как целевые реакции углеводородов, так и побочные реакции гидрокрекинга и ароматизации. Уровень детализации содержит покомпонентный состав углеводородов С5-Сб и реакционную группу углеводородов С7.

2. Физико-химическая модель процесса изомеризации алканов С5-Сб, составленная с учетом схемы превращений, позволяет установить влияние времени контакта, температуры и давления в реакторе, а также углеводородного состава перерабатываемого в реакторе сырья, па скорости протекающих реакций. Интервал изменения октанового числа продуктов может составлять 10-12 пунктов.

3. Решением обратной кинетической задачи с использованием экспериментальных данных с промышленных реакторов определены численные значения констант скоростей реакций для различных платиновых катализаторов и показано, что модель адекватно описывает протекание процесса изомеризации, погрешность определения концентраций углеводородов составляет 3-5%, что сопоставимо с погрешностью хроматографического анализа изомеризата.

4. Выполненные количественные оценки гидродинамического режима работы реакторного блока процесса изомеризации позволили обосновать режим идеального вытеснения реакционной среды. Анализ степени использования внутренней поверхности зерна катализатора показал, что область протекания процесса изомеризации — кинетическая.

5. Для сырья, обогащенного пентаном, предпочтительнее использование катализатора СИ-2, так как скорость реакции изомеризации на этом контакте в 2-3 раза больше, чем при использовании НУЗОРАЯ и 18-614А, как показали исследования эффективности использования различных катализаторов в зависимости от углеводородного состава перерабатываемого сырья, на основе полученных численных значений констант скоростей химических реакций.

6. При изменении углеводородного состава сырья пентан - гексановой фракции октановое число изменяется на 2-3 пп, согласно проведенной количественной оценке кинетических закономерностей превращения углеводородов на катализаторах изомеризации с применением математической модели.

7. Новый подход к проектированию промышленного реактора процесса изомеризации, сформированный с применением разработанной и программно реализованной математической модели, позволяет одновременно учесть влияние конструкции реактора, структуры технологической схемы, углеводородный состав сырья, активность катализатора.

8. Смена направления подачи газосырьевого потока в реактор изомеризации с радиальным вводом сырья позволит повысить октановое число изомеризата до 3 пунктов.

9. Рециркуляция непревращенного сырья позволит повысить октановое число изомеризата на 3-3,5 пункта, а предварительная деизопентанизация - на 1-3 пункта в зависимости от состава перерабатываемого сырья.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чеканцев, Никита Витальевич, 2009 год

1. Карпов С.А. Качество автомобильных бензинов в свете современных эксплуатационных требований / С.А. Карпов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. - № 8. - С. 16-19.

2. Даминев Р. Р. Изомеризация бутенов по действием микроволнового излучения / P.P. Даминев, И.Х. Бикбулатов, Е.И. Бахонина, И.А. Кусакин, Н.С. Шулаев // Нефтепереработка и нефтехимия. 2005. - № 7. - С. 29-31.

3. Карпов С.А. Качество автомобильных бензинов в свете современных эксплуатационных требований / С.А. Карпов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. - № 8. - С. 16-19.

4. Мираманян A.A. О повышении качества изокомпонентов для производства перспективных автобензинов / A.A. Мираманян, А.Г. Вихман, П.Н. Боруцкий // Нефтепереработка и нефтехимия. — 2007. № 7. - С. 5-13.

5. Рабочая инструкция по эксплуатации установки изомеризации, фирма Sued-Chemie AG, август 2006.

6. Пат. 0409303, AI ЕС., 1991.13. Пат. 5264648 , США, 1993.

7. UOP a Honeywell Company. Penex process Electronic resource. — Electronic data. U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://uop.com/objects/tspenexprocess.pdf.15. http://www.nefthim.ru/engineering.htm.16. http://www.promcatalys.ru/node/38.

8. ОАО НПП Нефтехим. Поставка катализатора изомеризации бензиновых фракций СИ-2 Электронный ресурс. . — Электрон, дан. — Режим доступа : http://www.nefthim.ru/uslugi01.html.

9. ТНК-BP. Новости за январь 2005 года. Электронный ресурс. — Электрон, дан. Режим доступа: http://www.tnk-bp.ru/press/news/2005/1/734.

10. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов / С. А. Ахметов. Уфа: Гилем, 2002. - 671 с.

11. Рассадин В.Г., Шлыгин О.Ю., Лихтерова Н.М., Славин В.Н., Жаров

12. A.В. Проблемы получения высокооктановых неэтилированных автомобильных бензииов / В.Г. Рассадин, О.Ю. Шлыгин, Н.М. Лихтерова,

13. B.Н. Славин, А.В. Жаров // Химия и технология топлив и масел. 2006. -№4.-С. 8-12.

14. Шакун А.Н. Промышленный опыт перевода установки изомеризации пентан гексановой фракции ОАО «ЛИНОС» на катализатор СИ - 2 / А.Н. Шакун и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2006. - № 3. -С. 12-16.

15. Регламент установки Л-35-11/300.

16. Бесков В. С., Флокк. В. Моделирование каталитических процессов и реакторов / В. С. Бесков, В. Флокк. — М. : Химия, 1991. 256 с.

17. Левинтер М. Е., Ахметов С. А. Глубокая переработка нефти: учебное пособие / М. Е. Левинтер, С. А. Ахметов. М. : Химия, 1992. - 224 с.

18. Сайке П. Механизмы реакций в органической химии. Вводный курс / П. Сайке ; пер. с англ. М. : Химия, 2000. - 176 с.

19. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти / Р.З. Магарил. М. : Химия, 1976. - 312 с.

20. Бесков B.C. Общая химическая технология: учебник для вузов / B.C. Бесков М. : ИКЦ «Академкнига», 2006. — 452 с.

21. Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов. Нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа / Ю.М. Жоров. М. : Химия, 1985. - 464 с.

22. Кафаров В. В. Основы массопередачи / В. В. Кафаров. М. : Химия, 1979.-439 с.

23. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В. В. Кафаров. М.: Химия, 1976. - 463 с.

24. Кравцов A.B., Иванчина Э. Д. Моделирование процесса каталитического риформинга бензинов: темат. обзор / А. В. Кравцов, Э.Д. Иванчина. Томск : Издательство СО РАН, 1990. - 70 с.

25. Кравцов A.B., Иванчина Э. Д. Моделирование комплексных технологий производства экологически чистых автомобильных бензинов / A.B. Кравцов, Э.Д. Иванчина. Томск: Издательство СО РАН, 1995.-55 с.

26. Кравцов A.B. Моделирование промышленного процесса риформинга бензинов с учетом дезактивации и старения катализатора / A.B. Кравцов, Э.Д. Иванчина, О. М. Варшавский. Томск: Издательство СО РАН, 1992.-65 с.

27. Кравцов A.B. Компьютерное прогнозирование оптимальной эксплуатации промышленных установок риформинга / A.B. Кравцов, Э.Д. Иванчина, Е. А. Кузьменко. — Томск: Издательство СО РАН, 1992.-65 с.

28. Кравцов A.B. Изучение физико-химических и технологических закономерностей химических процессов с использованием информационных технологий / A.B. Кравцов, Э.Д. Иванчина, Е. А. Кузьменко. Томск : Издательство ТПУ, 1993. - 69 с.

29. Кравцов A.B. Компьютерный анализ технологических процессов / A.B. Кравцов, A.A. Новиков, Г1.И. Коваль. — Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1998. 216 с.

30. Баннов П.Г. Процесс переработки нефти / П.Г. Баннов. — М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 2000. 224 с.

31. Кравцов A.B., Новиков A.A., Коваль П.И. Основы компьютерных методов анализа химико-технологических процессов / A.B. Кравцов, A.A. Новиков, П.И. Коваль. Томск : Издательство ТПУ, 1996. - 62 с.

32. Иванчина Э.Д. Системный анализ химико-технологических процессов: конспект лекций / Э.Д. Иванчина, E.H. Михайлова. Томск : Издательство ТПУ, 2005. - 69 с.

33. Ушева Н.В. Макрокинетика химических процессов и расчет реакторов: лабораторный практикум / Н.В. Ушева, А. В. Кравцов. Томск: Издательство ТПУ, 2007. - 100 с.

34. Рид P.C. Свойства газов и жидкостей / P.C. Рид, Д.М. Праусниц, Т.К. Шервуд; пер. с англ. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия,1982.-592 с.

35. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В.В. Кафаров; 4-е изд., перераб., доп. М. : Химия,1985.-448 с.

36. Бахвалов Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков ; под. ред. Н.И. Тихонова. -М. : Физматлит., 2000. 622 с.

37. Кравцов A.B. Интеллектуальные системы в химической технологии и инженерном образовании: Нефтехимические процессы на Pt — катализаторах / A.B. Кравцов, Э.Д. Иванчина. — Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1996.-200 с.

38. ОАО НПП Нефтехим. Технология изомеризации лёгких бензиновых фракций Изомалк-2 на катализаторе СИ-2. Электронный ресурс. -Электрон, дан. Режим доступа : http://www.nefthim.ru/razrabotki01.html.

39. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти: учебно-методическое пособие / П.Г. Баннов. 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ХИМИЗДАТ,2009.-368 с.

40. UOP a Honeywell Company. Isomar Electronic resource. — Electronic data. U.S.A, cop. 2007. - Mode acess : http://www.uop.com/objects/47%20isomar.pdf.

41. UOP a Honeywell Company. Penex process Electronic resource. Electronic data. - U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://www.uop.com/objects/TSPenexProcess.pdf.

42. ООО «НПФ «OJIKAT». Технология процесса изомеризации С5-С6 Электронный ресурс. Электрон. дан. - Режим доступа : http://www.olkat.ru/tehnologiyaprocessa.

43. ОАО НПП Нефтехим. Технология изомеризации легких бензиновых фракций Изомалк-2 на катализаторе СИ-2. Электронный ресурс., — Электрон, дап. — Режим доступа : http://www.nefthim.ru/razrabotki01.html.

44. ОАО НПП Нефтехим. Варианты технологических схем технологии "Изомалк-2". Электронный ресурс. . Электрон, дан. — Режим доступа : http://www.nefthim.ru/razrabotki02.html.

45. UOP a Honeywell Company. Par-Isom Process Electronic resource. — Electronic data. — U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://www.uop.com/objects/Par-Isom.pdf.

46. UOP a Honeywell Company. UOP 1-300 Catalyst Electronic resource. Electronic data. — U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://www.uop.com/objects/i300catalyst.pdf.

47. UOP a Honeywell Company. UOP 1-350 Catalyst Electronic resource. Electronic data. - U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://www.uop.com/objects/i350catalyst.pdf.

48. UOP a Honeywell Company. UOP 1-400 Catalyst Electronic resource. Electronic data. — U.S.A, cop. 2007. - Mode acess : http://www.uop.com/objects/i400catalyst.pdf.

49. UOP a Honeywell Company. 1-122 Catalyst Electronic resource. Electronic data. - U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://www.uop.com/objects/il22.pdf.

50. UOP a Honeywell Company. 1-82 Catalyst Electronic resource. — Electronic data. — U.S.A, cop. 2007. — Mode acess : http://www.uop.com/objects/i82.pdf.

51. UOP a Honeywell Company. 1-84 Catalyst Electronic resource. Electronic data. — U.S.A, cop. 2007. - Mode acess : http://www.uop.com/objects/i84catalyst.pdf.

52. UOP a Honeywell Company. UOP 1-8 Plus Catalyst Electronic resource. — Electronic data. U.S.A, cop. 2007. - Mode acess : http://www.uop.com/objects/i%208pluscatalyst.pdf.

53. UOP a Honeywell Company. UOP 1-120 Catalyst Electronic resource. Electronic data. - U.S.A, cop. 2007. - Mode acess : http://www.uop.com/objects/i120catalyst.pdf.81. http://www.kataliz.ru/product.files/Izomer.htm.

54. ООО «НПФ «OJ1KAT». Катализаторы изомеризации пентан-гексановых фракций Электронный ресурс. . Электрон, дан. — Режим доступа : http://www.olkat.ru/katalizatoril.

55. Гоникберг М.Г. Химическое равновесие и скорость реакций при высоких давлениях / М.Г. Гоникберг. М., 1960 - 344 с.

56. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов / И. Пригожин. Ижевск : НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2001 -461 с.

57. Красноперов JI.H. Химическая кинетика / JI.H. Красноперов. — Новосибирск, 1988. 92 с.

58. Справочник химика. В т.З. Т. 3: Химическое равновесие и кинетика, свойства растворов, электродные процессы — М. —Д., 1965.- 1008 с.

59. Сайт о химии Электронный ресурс. . Электрон, дан. - Режим доступа : http://www.xumuk.ru.

60. Кузнецов A.A. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: справочное пособие / A.A. Кузнецов, E.H. Судаков. М.: Химия, 1983. - 223 с.

61. Лащинский A.A. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник / A.A. Лащинский, А.Р. Толчинский. — 3-е изд., стер. М.: Альянс, 2008. - 752 с.