Исследование и повышение эффективности процесса дегидрирования высших парафинов

Введение 15
1 Обзор литературы 18
1.1 Катализаторы процесса дегидрирования высших парафинов 18
1.2 Дезактивация катализаторов дегидрирования высших парафинов 26
1.3 Восстановление активности катализаторов дегидрирования высших
парафинов 31
1.4 Постановка цели и задач исследования 37
2 Объект и методы исследования 39
2.1 Объект исследования 39
2.2 Методы исследования 41
3 Расчеты и аналитика 45
3.1 Исследование влияния технологических условий, состава, свойств и
структуры катализатора на процесс дегидрирования высших 45
парафинов
3.2 Определение структуры образовавшегося кокса на поверхности
катализатора
3.3 Методика расчета оптимального количества воды для подачи в
реактор дегидрирования высших парафинов
3.4 Мониторинг работы установки получения олефинов 59
3.5 Сравнительный анализ сырьевых циклов работы катализатора 61
4 Результаты разработки: оптимизация рекомендуемого режима подачи
воды в реактор
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 70
6 Социальная ответственность 88
Заключение 102
Список публикаций студента 104
Список используемых источников 105
Приложение А Компьютерная моделирующая система процесса
дегидрирования высших парафинов
Приложение Б Сравнительный мониторинг сырьевых циклов работы
катализаторов дегидрирования
Приложение В Экономическая оценка проекта 115
Приложение Г Literature review 118

Обзор литературных источников показал, что компонентный состав
катализатора (носитель, активный металл, промоторы), а также способ его
приготовления непосредственно влияют на процесс образования кокса на
поверхности катализатора и его структуру (аморфный и графитообразный).
Также было выявлено, что для катализатора дегидрирования характерно
явление саморегенерации. Дезактивация катализатора является частично
обратимым процессом, и восстановление активности катализатора возможно
осуществить подачей деминерализованной воды в реактор.
При выполнении работы был проведен сравнительный анализ работы
нескольких сырьевых циклов работы катализаторов, по результатам которого
было выявлено влияние технологических условий на процесс образования
кокса и его структуру. Так в совокупности высокие температуры, низкое
давление и мольное соотношение способствуют образованию
графитообразного кокса (соотношение Н/С – менее 0,2), а количество
подаваемой воды в реактор влияет лишь только на количество образовавшегося
кокса.
В ходе проведения исследований были изучены результаты
термогравиметрического анализа образцов катализаторов, участвующие в
рассмотренных сырьевых циклах. Во всех сырьевых циклах образовывался кокс
только аморфной структуры, пик на кривых изменения теплового потока
находился в области температур 400-600 оС. По значениям теплового эффекта
реакции горения кокса были определены соотношения Н/С в молекулах кокса.
Для полученных соотношений Н/С были подобраны пространственные
структуры молекул кокса. Выявлено, что реакции конверсии полученных
структур водой являются термодинамически возможными. Для этих реакций
были получены уравнения расчета констант равновесия.
По результатам исследования были внесены изменения в компьютерную
моделирующую систему, описывающие методику расчета рекомендуемого
режима подачи воды в реактор дегидрирования.
В рамках данной работы был произведен мониторинг сырьевого цикла
2016-2018 гг., а также сравнительный анализ по основным показателям с
предыдущим циклом. Длительность цикла 2016-2018 гг. составила 503 суток,
что на 100 суток больше предыдущего.
С помощью моделирующей системы был определен оптимальный
режим подачи воды при различных температурах, давлении, мольном
соотношении и для разных катализаторов. Начальное количество воды,
подаваемой в реактор дегидрирования, составило 4 л/ч, верхний предел
количества подаваемой в реактор воды в зависимости от условий находится в
интервале 15-19 л/час. Поддержание оптимального режима подачи воды в
реактор дегидрирования позволит сохранить ресурс катализатора, продлить
срок его службы и повысить производительность установки в целом.
Оптимальный режим подачи воды позволит повысить температуру окончания
процесса примерно до 495 оС, что соответственно позволит увеличить
длительность сырьевого цикла на 15-20 % (примерно 70-100 суток).
Список публикаций студента

1. Ivashkina E.N., Ivanchina E.D., Frantsina E.V., Kozlov I.A., Platonov
V.V., Fefelova K.O. Simulation of the catalytic hydrocarbons dehydrogenation
reactor under reduced H2 pressure [Electronic resources] // XXII International
Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR-22): Abstracts, London,
September 19-23, 2016. – Novosibirsk: Boreskov Institute of Catalysis SB RAS,
2016 – p. 244-246.
2. Фефелова К.О. Регулирование режима подачи воды в промышленный
реактор дегидрирования углеводородов // Проблемы геологии и освоения недр:
труды XXI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова
студентов и молодых ученых, посвященного 130-летию со дня рождения
профессора М.И. Кучина, Томск, 3-7 апреля 2017. – Томск: ТПУ, 2017 – Т. 2 –
C. 362-363.
3. Фефелова К.О. Оптимизация работы установки получения олефинов
путем определения рекомендуемого режима подачи воды в промышленный
реактор // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVIII
Международной научно-практической конференции студентов и молодых
ученых имени профессора Л.П. Кулёва, Томск, 29 мая-1 июня 2017. – Томск:
Изд-во ТПУ, 2017 – C. 336-337.
4. Фефелова К.О. Мониторинг работы катализаторов дегидрирования в
различных сырьевых циклах производства высших олефинов / К.О. Фефелова,
Н.С. Белинская, Е.В. Францина // Химия и химическая технология в XXI веке:
материалы XIX Международной научно-практической конференции студентов
и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва, Томск, 21-24 мая 2018. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2018 – C. 393-394.