Повышение эффективности процесса гидрирования высших алкадиенов C9-C14 методом математического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Юрьев, Егор Михайлович

• Юрьев, Егор Михайлович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юрьев, Егор Михайлович

Введение.

Глава 1. Совершенствование процесса гидрирования высших алкадиенов.

1.1 Реакторы процесса гидрирования.

1.2 Технологический процесс и технологическая схема установки производства моноолефинов завода ЛАБ-ЛАБС.

1.2.1 Химические превращения процесса гидрирования алкадиенов С9-С14.З

1.2.2 Технологические параметры процесса гидрирования.

1.2.3 Показатели процесса гидрирования высших алкадиенов.

1.2.4 Технологическая схема процесса гидрирования высших алкадиенов.

1.3 Катализаторы гидрирования, селективное осернение катализаторов гидрирования.

1.4 Математическое описание превращений в трехфазных системах.

Глава 2. Разработка математической модели процесса гидрирования высших алкадиенов.

2.1 Анализ информации о процессах в реакторе, термодинамический анализ процессов.

2.2 Составление детального механизма реакций. Выбор уровня детализации механизма. Обоснование формализованного механизма.

2.2.1 Механизм процесса гидрирования на твердом катализаторе.

2.2.2 Составление схемы превращения углеводородов в процессе гидрирования высших алкадиенов на твердом катализаторе.

2.3 Разработка кинетической модели процесса, оценка кинетических параметров, допущения о порядке реакций.

2.4 Составление математической модели реактора.

2.4.1 Проверка гидродинамического режима и гидравлический расчет внутренних слоев аппарата.

2.4.2 Математическая модель процесса гидрирования на суспендированном катализаторе.

2.4.3 Область протекания процесса гидрирования.

2.5 Моделирование процесса дезактивация катализатора при осернении.

2.5.1 Дезактивация катализаторов.

2.5.2 Нестационарность каталитического процесса.

2.5.3 Сероустойчивость металлических катализаторов.

2.5.4 Математическое описание дезактивации катализатора гидрирования серой.

2.5.4.1 Определение активности с использованием модуля Тиле.

2.5.4.2 Определение активности путем интегрирования.

2.5.5 Превращение серосодержащих веществ на катализаторе гидрирования

2.5.5.1 Определение схемы превращения.

2.5.5.2 Влияние влаги на процесс гидрирования высших алкадиенов.

Глава 3. Создание компьютерной моделирующей системы.

3.1 Разработка моделирующей программы.

3.2 Решение систем дифференциальных уравнений.

3.2.1 Явные методы численного решения.

3.2.2 Метод Рунге — Кутты — Мерсона.

3.3 Функционирование моделирующей системы.

3.4 Стыковка ТМС и Единой тематической витрины данных на ООО «ПО

Киришинефтеоргсинтез».

3.4.1 Единая тематическая витрина данных.

3.4.2 Разработка модуля связи ТМС с ЕТВД.

Глава 4. Практические результаты и внедрение.

4.1 Расчеты на моделирующей программе, оценка адекватности модели, определение оптимальных параметров.

4.2 Расчеты режимов осернения на моделирующей программе, оценка адекватности моделей осернения, прогнозирование режимов осернения.

4.3 Оценка требуемого расхода серы.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности процесса гидрирования высших алкадиенов C9-C14 методом математического моделирования»

Промышленное производство линейного алкилбензола (ЛАБ) основано на использовании линейных парафинов в качестве основного сырья и производстве из них линейных моноолефинов. Высокий спрос на ЛАБ и соли линейной алкилбензосульфокислоты (ЛАБСК) обусловлен тем, что синтетические моющие средства (CMC) из этих веществ характеризуется высоким соотношением «экологическое качество — моющая способность — цена». Из этого соотношения наибольшее значение имеет экологичность CMC, она связана с биологической разлагаемостью моющего средства и составом его поверхностно-активной части.

Большое количество нелинейных алкилбензолов и полиалкилбензолов в составе товарного ЛАБ значительно снижают способность CMC разлагаться в водоемах под воздействием микроорганизмов. CMC из такого ЛАБ неприменимы в быту по современным экологическим требованиям.

Снижение селективности процесса алкилирования и ухудшения качества товарного продукта связаны с составом сырья поступающего на эту установку, в первую очередь, с высоким содержанием диолефинов. Такой состав реакционной смеси непосредственно связан с работой предшествующих по технологической схеме блока дегидрирования высших парафинов. Из-за низкой селективности переработки сырья в реакторе дегидрирования получаемые моноолефины давали

ЛАБ низкого качества, характеризуемый высоким количеством разветвленных углеводородов (изостроения или с множеством фенильных групп). Большое количество побочных продуктов, поступающих на установку алкилирования, приводит к образованию тяжелых ароматических углеводородов С20+ нелинейного строения, ухудшающих качество товарных продуктов. Именно поэтому, в случае если на технологическом этапе дегидрирования высших парафинов используется малоселективный катализатор, установка производства моноолефинов включает в себя реактор гидрирования побочных продуктов. Его работа призвана не только повысить в потоке продуктов установки содержание н-моноолефинов, но и, что очень важно, понизить содержание побочных продуктов, в первую очередь, диолефинов. Таким образом, процесс гидрирования высших диолефинов 4 существенным образом влияет на качество и количество товарных продуктов завода по производству компонентов CMC.

Для решения задач повышения эффективности работы промышленной установки и прогнозирования продуктов в условиях постоянно меняющихся составов потоков необходимы достоверные и надежные математические модели, разработанные с учетом физико-химических закономерностей протекающих процессов химической технологии, т.е. основанные на фундаментальных законах химической кинетики и термодинамики. Такие модели позволяют не только прогнозировать показатели процесса в зависимости от условий его проведения и марки загруженного катализатора, но и выбирать оптимальный технологический режим, который обеспечивает увеличение выхода целевого продукта, повышение качества выпускаемых продуктов, ЛАБ и полиалкилбензола (ПАБ), а также отсутствие преждевременного отравления катализатора.

Цель работы заключалась в повышении эффективности промышленного процесса гидрирования алкадиенов С9-С14 методом математического моделирования за счет повышения селективности катализатора в условиях нестационарного протекания реакций.

Для достижения поставленной цели решался ряд задач, таких как: составление схемы превращения углеводородов в процессе гидрирования алкадиенов С9-С14; создание кинетической модели процесса гидрирования алкадиенов С9-С14 и определение кинетических параметров: констант скоростей основных и побочных реакций, энергий активаций и предэкспоненциальных множителей; составление математической модели реактора процесса гидрирования алкадиенов С9-Сы с учетом гидродинамической составляющей модели; построение программной реализации математической модели, которая функционирует на предприятии в условиях непрерывного подключения к базе данных технологических параметров процесса; оценка повышения эффективности работы блока при использовании оптимального расхода серы за счет увеличения селективности катализатора гидрирования алкадиенов С9-С14; определение схемы превращения серосодержащих веществ на поверхности никелевого катализатора гидрирования алкадиенов С9—Си; разработка методики определения по технологическим параметрам оптимального количества диметилдисульфида, подаваемого в реактор гидрирования алкадиенов С9-С14.

В качестве составляющих научной новизны в работе предложена методика термодинамического расчета процесса осернения никелесодержащего катализатора гидрирования алкадиенов С9-С14 для достижения оптимальной селективности контакта в условиях равновесия, впервые разработана модель реактора гидрирования высших алкадиенов, основанная на термодинамическом, кинетическом и гидродинамическом расчетах протекающих в аппарате явлений, а также получены количественные закономерности, обеспечивающие оптимальные условия осернения никелесодержащего катализатора гидрирования алкадиенов С9—1С14.

Результаты работы представляют большую практическую ценность. Разработанная на основе модели компьютерная моделирующая система внедрена 1 на завод ЛАБ-ЛАБС ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» для количественной оценки показателей работы процесса гидрирования алкадиенов С9-С14 и прогнозирования работы реактора. Причем в ходе внедрения для достижения высокой эффективности моделирующих расчетов в условиях постоянно меняющегося состава сырья осуществлена стыковка системы с базой данных технологических параметров завода. Кроме того, для достижения максимальной селективности катализатора разработана методика определения оптимального количества диметилдисульфида, оценена эффективность оптимального режима.