Тестирование катализаторов риформинга с применением математической модели процесса

Целью выпускной квалификационной работы является изучение процесса каталитического риформинга и различных типов катализаторов методом математического моделирования и прогнозирование качества процесса при их применении. Объект исследования – процесс каталитического риформинга и его катализаторы. Предметом исследования являются различные типы катализаторов, их основные характеристики, а также факторы, влияющие на процесс каталитического риформинга. Первая глава охватывает такие разделы, как: химические превращения, происходящие в процессе риформинга, термодинамика процесса, технологические катализаторы, различные типы реакторов. Во второй главе представлены расчёты и аналитика по исследованию, сделана расчетная часть работы и получены результаты разработки.

РЕФЕРАТ ……………………………………………………………………………………………………. 10
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 13
1 Теоретические основы процесса каталитического риформинга ………………….. 14
1.1 Химические превращения, происходящие в процессе каталитического
риформинга ………………………………………………………………………………………………. 18
1.2 Термодинамика процесса …………………………………………………………….. 23
1.3 Катализаторы процесса ……………………………………………………………….. 25
1.3.1 Полиметаллические катализаторы ……………………………………………….. 27
1.4 Регенерация катализатора ……………………………………………………………. 29
1.5 Влияние основных технологических параметров на процесс
каталитического риформинга ……………………………………………………………………. 30
1.6 Конфигурация реакторов процесса риформинга …………………………… 33
1.6.1 Сферический реактор…………………………………………………………………… 33
1.6.2 Мембранный реактор с псевдоожиженным слоем катализатора ……. 38
1.6.3 Цилиндрический реактор …………………………………………………………….. 40
1.7 Классификация технологий каталитического риформинга ……………. 43
1.7.1 Полурегенеративный (SRCRP) каталитический риформинг …………. 43
1.7.2 Циклический (CRCRP) каталитический риформинг ……………………… 45
1.7.3 Непрерывный регенеративный (CCRRP) процесс риформинга …….. 46
1.8 Модели процесса каталитического риформинга …………………………… 49
1.8.1 Краткий обзор существующих математических моделей
каталитического риформинга …………………………………………………………………. 50
2 Объект и методы исследования …………………………………………………………………. 54
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 55
5. Социальная ответственность ……………………………………………………………………. 87
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 105
Список использованных источников ………………………………………………………….. 108

В данной работе для исследования использовалась компьютерная
моделирующая система «Testir_Kinef», разработанная на базе Томского
политехнического университета. С ее помощью были определены кинетические
закономерности процесса, проведен расчет основных параметров
эффективности, а также мониторинг работы промышленной установки
каталитического риформинга.

Объектом исследования являются промышленные платино-рениевые
катализаторы риформинга различных марок. Также был проведен мониторинг
установки риформинга ЛЧ-35-11/1000 с целью определения технологических
параметров работы катализатора, срока его службы и прогнозирования
дальнейшей работы.

Для оценки активности катализатора и степени его дезактивации были
рассчитаны текущие и оптимальные параметры (рис. 1 и 2). Оптимальными
параметрами принято считать такие условия работы катализатора, при которых
наблюдается нормальное протекание технологического процесса на
производстве.

Стоит отметить, что высокая интенсивность коксообразования в
начальный период работы установки связана именно с характером подъема
температуры в процессе эксплуатации.

Длительность межрегенерационного периода при переработке более
лёгкого (нафтенистого) сырья выше, чем у более тяжелого (парафинистого) на
2,5 месяца (при регенерации катализатора с уровнем закоксованности 25% мас.)

В результате работы подтвердилось, что повышение температуры
способствует повышению октанового числа катализата, определенное по
исследовательскому методу. Повышение температуры ускоряет протекание
всех реакций риформинга, это приводит как к увеличению содержания
ароматических углеводородов в продукте, следовательно, к повышению его
качества, так и к увеличению содержания кокса на катализаторе, то есть
уменьшению срока службы.

Выполненные расчеты по оценке потенциала катализаторов риформинга
показывают достаточно высокие значения их стабильности. Оптимальная
активность этих катализаторов лежит в области 0,80-0,90 отн.ед., что говорит о
достаточном запасе стабильности их работы.

Анализ полученных результатов показал, что катализаторы PR-9 и R-98
обладают наибольшей закоксованностью при использовании сырья с
характеристиками н-П/и-П=0,98 и Парафины/(Нафтены+Арены)=1,55. Их
использование при переработке высокопарафинистого сырья в исследуемом
режиме работы технологической установки является малоэффективным.
Наименьшей закоксованностью обладают катализаторы ПР-71 и ПР-81, а значит
они смогут обеспечить оптимальную работу установки при переработке
тяжелого сырья.

При исследовании другого сырья с характеристиками н-П/и-П=1,07 и
Парафины/(Нафтены+Арены)=0,99. Наибольшей закоксованностью обладают
катализаторы PR-15 и RG-582. Их использование при переработке
высоконафтенистого сырья в исследуемом режиме работы технологической
установки является также малоэффективным. Наименьшей закоксованностью
обладают катализаторы R-86 и RG-682, а значит они смогут обеспечить
оптимальную работу установки при переработке лёгкого сырья.

Прогнозирование замены катализатора установки позволяет подобрать
оптимальный технологический режим для получения качественного продукта
при минимальных затратах.

Проделанные расчеты наглядно демонстрируют возможности
использования математической модели процесса и основанной на ней
компьютерной программы при решении разнообразных технологических задач.
Подбор оптимальных технологических условий позволит оптимизировать
установку каталитического риформинга и увеличить экономичность её
эксплуатации.

Также была проведена оценка коммерческой ценности разработки,
определены основные потребители, также выявлены слабые места проекта и
возможные угрозы, связанные с его реализацией. Для них были найдены
решения на основании сильных сторон проекта и возможностей. Было проведено
планирование научно-исследовательских работ. В процессе формирования
бюджета НТИ были рассчитаны основные затраты по всем статьям проекта.
Определение эффективности показало, что полученный вариант решения
является оптимальным как с финансовой стороны, так и с позиции ресурсной
эффективности.

Проанализирован характер действия при разработке и внедрению в
эксплуатацию математической модели процесса риформинга на производстве.
Выявлены основные вредные и опасные факторы при эксплуатации модели, как
на рабочем месте, так и на производстве. Рассмотрены мероприятия по
минимизации вредных выбросов в окружающую среду. А также проведен
краткий обзор чрезвычайных ситуаций и мероприятия по их устранению.

1.Ахметов С.А. Технология переработки нефти и газа: Учебное
пособие для вузов / С.А. Ахметов. – Уфа: Гилем, 2012. 672 с.
2.Кузьмина Р.И. (ред.) Каталитический риформинг углеводородов
[Электронный ресурс] / Р.И. Кузьмина. – Саратов: Издательство СЮИ МВД
России, 2010. – 252.
3.Технологический регламент ТОО «ПНХЗ» комбинированной
установки ЛК – 6УС ТОО «ПНХЗ». Секция 200 – Каталитический риформинг.
№П1-02.02 СП-301 ТР-1-2-13.
4.Мейерс Р.А. (ред.) Основные процессы нефтепереработки.
Справочник: пер. с англю 3-го изд. [Электронный ресурс] / Р.А. Мейерс и др.
– СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. – 944 с.
5.Солодова Н.Л. Каталитический риформинг: учебное пособие
[Электронный ресурс] / Н.Л. Солодова, А.И. Абдуллин, Е.А. Емельянычева.
– Казань: Изд-во КНИТУ, 2016. – 96 с.
6.Кондрашева Н.К. (ред.) Технологические расчеты и теория
каталитического риформинга бензина: Учебное пособие / Н.К. Кондрашева,
Д.О.Кондрашев, К.Г. Абдульминев. – Уфа: ООО «Монография», 2008. – 160
с.
7.Abdullah M. Catalytic Naphtha Reforming: Encyclopedia of
Chemical Processing [Электронный ресурс] / Abdullah M. Aitani. – New York:
Taylor and Francis:, 2007. – С. 397-406.
8.James G. Speight The Refinery of the Future [Электронный ресурс]
/ Publishing is an imprint of Elsevier, 2011. – 416 с.
9.КирьяновД.И.Современноесостояниепроцесса
каталитического риформинга бензиновых фракций . Опыт производства и
промышленнойэсплуатациикатализаторовриформингасерииПР
[Электронный ресурс] / Д.И. Кирьянов, М.Д. Смоликов, В.В. Пашков, А.Г.
Проскура, Е.В. Затолкина, И.Е. Удрас, А.С. Белый // Российский хим. журн.
– 2007. – № 4. – С. 60-68.Гуреев А.А. Производство высококтановых бензинов
[Электронный ресурс] / А.А. Гуреев, Ю.М. Жоров, Е.В. Смирдович. – М.:
Химия, 1981. – 224 с.
10.БесковВ.С.Общаяхимическаятехнологияиосновы
промышленной экологии: Учебник для вузов / В.С. Бесков, В.С. Сафторонов.
– М.: Химия, 1999.
– 472 с.