Прогнозирование работы промышленного реактора дегидрирования высших алканов с использованием нестационарной кинетической модели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Францина, Евгения Владимировна

• Францина, Евгения Владимировна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Францина, Евгения Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

1.1 Процессы дегидрирования углеводородов.

1.1.1 Процесс дегидрирования парафинов в стационарном слое катализатора (процессы Са1асИепе и Са1ойп).

1.1.2 Процесс дегидрирования парафинов в псевдоожиженном слое катализатора (процесс РВБ).

1.1.3 Процесс дегидрирования парафинов с движущимся слоем катализатора (процесс 01ейех).

1.1.4 Процесс дегидрирования парафинов в среде водяного пара (процесс БТАЯ-81еатАсйуеКе1штш

§).

1.1.5 Одностадийное дегидрирование изопентана в изопрен при атмосферном давлении в> среде водяного пара.

1.1.6 Процесс дегидрирования высших парафинов парафинов С9-С14 (процесс Расо1).

1.2 Пути совершенствования катализаторов дегидрирования углеводородов.

1.3 Совершенствование конструкционных особенностей реакторных устройств для осуществления процессов дегидрирования углеводородов.

1.4 Моделирование процессов нефтепереработки и нефтехимии как способ повышения их ресурсоэффективности.

1.4.1 Развитие подхода математического моделирования многокомпонентных каталитических процессов нефтепереработки и нефтехимии.

1.4.2 Моделирование процессов дегидрирования высших алканов.

1.5 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2 ПОСТРОЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ДЕГИДРИРОВАНИЯ ВЫСШИХ АЛКАНОВ С9-См.

2.1 Выбор и обоснование уровня формализации схемы превращений углеводородов в процессе дегидрирования высших алканов.

2.1.1 Оценка реакционной способности различных групп углеводородов.

2.1.2 Квантово-химическое определение термодинамических параметров реакций.

2.2 Определение кинетических параметров модели.

2.3 Расчет реактора и выбор гидродинамической модели.

2.4 Оценка внутридиффузионных осложнений.

2.5 Учет факторов нестационарности, обусловленных закоксованием и другими возмущающими явлениями.

2.5.1 Дезактивация катализаторов при закоксовании.

2.6 Оценка адекватности нестационарной кинетической модели процесса.

ГЛАВА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ ВОДЫ НА ПРОЦЕСС ДЕГИДРИРОВАНИЯ ВЫСШИХ АЛКАНОВ.

3.1 Исследование влияния воды как инертного разбавителя.

3.2 Исследование влияния воды как реагента в реакции гидрирования аморфного кокса.

3.3 Методика расчета оптимальной подачи воды в реактор дегидрирования высших алканов

ГЛАВА 4 ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ДЕГИДРИРОВАНИЯ

ВЫСШИХ АЛКАНОВ ПУТЕМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО РЕАКТОРА.

4.1 Мониторинг работы реактора дегидрирования высших алканов.

4.2 Прогнозный расчет работы реактора дегидрирования высших алканов.

4.3 Повышение ресурсоэффективности процесса дегидрирования высших алканов путем определения оптимальной динамики подачи воды в реактор.

4.3.1 Прогнозный расчет работы реактора при подаче воды постоянными порциями.

4.3.2 Прогнозный расчет работы реактора при подаче воды увеличивающимися порциями

4.3.3 Прогнозный расчет работы реактора в зависимости от типа загруженного катализатора при различных режимах подачи воды.

4.4 Сравнительный анализ показателей процесса дегидрирования при различных режимах подачи воды в реактор.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование работы промышленного реактора дегидрирования высших алканов с использованием нестационарной кинетической модели»

Процессы дегидрирования углеводородов занимают важное место в нефтехимической промышленности и входят в число самых крупнотоннажных. Дегидрированием получают непредельные углеводороды, являющиеся? ценным сырьем для производства: таких продуктов как, синтетический, каучук, пластмассы, моющие средства и высокооктановые компоненты бензина. Ежегодный спрос в мире на непредельные углеводороды растет со скоростью 3,5% для-этилена, 5,5 % для пропилена, 6 % для п-ксилола и более 8 % для высших олефинов. Все это вызывает необходимость наращивания мощностей действующих производственных линий и оптимизации, режимов работы реакторных узлов. Однако к настоящему моменту износ производственных фондов предприятий нефтехимии составляет около 58 %, а спроектированные еще в середине 20 века реакторные устройства, не: позволяют '. эффективно эксплуатировать современные катализаторы. Кроме того прю промышленной^ реализации процессов каталитического дегидрирования углеводородов возникает ряд проблем, связанных с низкой конверсией и дезактивацией существующих катализаторов.

Поэтому актуальным: сегодня . является решение проблемы повышения ресурсоэффективности действующего реакторного оборудования» процессов дегидрирования- углеводородов. Решение этой задачи возможно с использованием метода математического моделирования, который в настоящее время является актуальным^ научным направлением в совершенствовании конструкций и оптимизации режимов эксплуатации промышленных реакторов.

Ранее при разработке математической- модели процесса дегидрирования высших алканов Сд-См, была учтена реакционная способность углеводородов и их вклад в суммарный показатель качества конечного продукта — его биохимическую разлагаемость. Дальнейшие исследования, проведенные сотрудниками кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики Томского политехнического университета, показали, что на Р14 катализаторах дегидрирования образуется кокс рыхлой (аморфной) структуры и в определенных условиях происходит его конверсия. Это определило актуальность разработки нового подхода к моделированию процесса дегидрирования на основе учета обратимости стадии образования кокса и созданию новой нестационарной модели процесса, расчеты на которой позволят определять условия, при которых интенсивность процесса коксообразования будет минимальна, т. е. осуществлять прогнозирование работы промышленного реактора при различных режимах его эксплуатации.

Цель работы заключается в повышении ресурсоэффективности процесса дегидрирования высших алканов С9-С14 на основе прогнозирования работы реактора с использованием нестационарной кинетической модели, разработанной путем сочетания вычислительного и промышленного эксперимента, а также квантово-химических методов расчета.

Для достижения поставленной цели решался ряд задач, а именно: оценка реакционной способности углеводородов процесса дегидрирования высших алканов С9-С14 с использованием квантово-химических методов расчета; разработка кинетической модели процесса дегидрирования высших алканов С9-С14, учитывающей нестационарность процесса, обусловленную дезактивацией катализатора коксогенными структурами (КГС) и изменяющейся влажностью системы; программная реализация разработанной нестационарной кинетической модели реакторного устройства; проверка адекватности разработанной модели реальному процессу; разработка методики расчета оптимальной подачи воды в реактор в зависимости от температуры процесса, типа катализатора и состава перерабатываемого сырья; оптимизация и прогнозирование работы реактора дегидрирования высших алканов С9-С14 с использованием нестационарной кинетической модели дляувеличения ресурсоэффективности процесса. ч

В качестве составляющих научной новизны в работе предложена методика расчета оптимальной подачи воды в реактор, позволяющая повысить длительность рабочего цикла платинового катализатора дегидрирования высших алканов С9-С14 за счет ослабления процессов дезактивации. Методика разработана с использованием нового подхода к прогнозированию и оптимизации промышленного процесса, основанного на построении нестационарной кинетической модели реактора путем сочетания результатов промышленного, вычислительного, квантово-химического эксперимента и позволяющего устанавливать зависимость эффективности его работы от технологических условий.

Результаты работы представляют большую практическую ценность. Разработанный на основе модели программный модуль внедрен на завод ООО «КИНЕФ», эксплуатирующий установку дегидрирования высших алканов, для расчета оптимальной динамики подачи воды в реактор и прогнозирования его работы при различных режимах обводнения катализатора.