Выбор и оценка эффективности pt-катализаторов процесса риформинга бензинов с применением моделирующей системы (стр. 2 )

Исследования показали, что катализаторы серии RG обладают наибольшей энергией активации в побочных реакциях – гидрокрекинг парафинов. По величине энергетического барьера в реакции дегидроциклизации приведенные контакты отличаются незначительно, что говорит о том, что потенциал катализаторов определяется энтропийным фактором, который преобладающим образом формируется в период изготовления и активизации катализатора.

Более низкая энергия активации в реакции гидрокрекинга катализатора ПР-71, чем у серии RG, компенсируется более низкой величиной энтропийной составляющей, таким образом, интегральный показатель – константа скорости гидрокрекинга – сопоставимы друг с другом.

Исходя из полученных результатов, следует выделить два возможных направления увеличения эффективности катализаторов процесса риформинга:

- изменение энергии активации химических реакции за счет применения дополнительных электронных промоторов и разработки методов приготовления и активации катализатора;

- увеличение и уменьшение энтропийной составляющей, соответственно, целевых и побочных реакций за счет повышения степени использования поверхности носителя (т. е. количества активных центров), оптимизации структуры активных центров и применения структурных промоторов.

В третьей главе рассмотрены вопросы по созданию базы данных по кинетическим закономерностям превращения углеводородов на поверхности катализаторов риформинга.

Расчет констант скоростей химических реакций осуществляется до совпадения расчетного состава катализата с экспериментальными данными (табл. 3). При этом полученные значения констант скоростей превращения углеводородов на поверхности платиносодержащего катализатора вносятся в базу данных. Таким образом, накапливается кинетическая информация для известных марок каталитических контактов при различной температуре и условиях эксплуатации.

Таблица 3 – Сходимость рассчитанных и фактических показателей процесса риформинга при решении обратной кинетической задачи с использованием математической модели

Полученная информация на основе разработанного способа расчета после тестирования вносится в базу данных по катализаторам. Очевидно, что база данных позволяет в условиях замены каталитического контакта прогнозировать изменение текущей активности катализатора и качество получаемого целевого продукта. Кроме этого, после выбора конкретного катализатора на технологической установке, возможно осуществлять весь цикл сопровождения и контроля каталитического контакта. При этом программа является саморазвивающейся. Информация по рабочим циклам эксплуатации катализатора на установке риформинга отслеживается и анализируется с последующим уточнением его кинетических параметров. Таким образом, исследуется изменение каталитических свойств контакта от регенерации к регенерации.

Кинетические параметры катализаторов, рассчитанные по предлагаемому методу на основе информации по промышленной эксплуатации, пилотных испытаний и лабораторных исследований вносятся в базу данных (рис. 3). Для проведения модельных исследований на различных типах катализаторов достаточно выбрать технологическую установку, для которой выполняется расчет, и марку контакта из предлагаемого списка (рис. 4), а кинетические параметры, характерные для выбранного катализатора, автоматически загружаются в математическую модель.

Рисунок 3 – Структурная схема построения и использования базы по катализаторам риформинга

Рисунок 4 – База данных по технологическим установкам и катализаторам процесса риформинга

Разработка способа исследования катализаторов риформинга, позволяющего проводить изучение закономерностей превращения углеводородов на поверхности, особенностей их эксплуатации в различных условиях, проводится в три этапа.

1.  Выделяются параметры катализатора, которые определяющим образом влияют на его работу.

2.  Устанавливаются функциональные зависимости выходных параметров от входных.

3.  Проводится исследование катализаторов – расчет показателей, определение свойств (особенностей), изучение эволюции (развития, изменения).

Созданная база данных по катализаторам процесса риформинга на основе разработанного способа по тестированию каталитических контактов позволяет производить сравнение технических и экономических показателей эксплуатации катализаторов при абсолютно идентичных исходных данных. Это позволяет увеличить достоверность прогноза замены катализатора и выбрать оптимальный каталитический контакт с учетом специфики состава перерабатываемого сырья и технологических особенностей проведения процесса. Таким образом, разработанный программный комплекс по тестированию контактов процесса риформинга и база данных по катализаторам, совместно с уже созданными математическими моделями по расчету текущей активности, оптимальной активности, оптимизации режимов регенерации катализаторов, позволяют отслеживать и рассчитывать эксплуатацию катализаторов на стадиях от выбора до поддержания и восстановления их активности.

В четвертой главе рассмотрено практическое применение разработанного способа тестирования и исследования каталитических контактов и созданной базы данных по кинетическим закономерностям превращения углеводородов на поверхности катализаторов риформинга. Представлены прогнозные расчеты эксплуатации того или иного катализатора на различных технологических схемах процесса риформинга и составах сырья.

Показано, что в России и за рубежом продолжается совершенствование процессов производства высокооктановых бензинов за счет производства новых марок катализаторов, как путем подбора активных металлов, так и модификацией носителя - -оксида алюминия. Отличие между поколениями катализаторов в значительной степени сократилось, и в последние годы четко обозначилось снижение темпа роста их эффективности. В связи с чем, в настоящее время каждая фирма, производящая катализаторы, предлагает 2-3 вида, а иногда и более, практически однотипных катализаторов, незначительно различающихся по интегральным физико-химическим характеристикам (содержанию активных металлов, объему пор, площади поверхности и др.). В то же время, методам тестирования и системного анализа каталитических свойств Pt-контактов уделяется значительно меньше внимания. Экспериментальные методы не позволяют решить эту задачу в полном объеме, так как принципиально не могут учесть и ранжировать влияние всех факторов: состава сырья, содержания активных металлов в катализаторе, условий старения и дезактивации Pt- контактов, специфики технологической схемы и конструкции реактора. Очевидно, что дальнейшее совершенствование процессов производства бензинов будет определяться, в значительной степени, промышленным внедрением компьютерных моделирующих систем на физико-химической основе, обеспечивающих системный анализ и выбор катализатора, оптимальный режим процесса, оценку текущей и оптимальной активности Pt-контакта и прогноз длительности его межрегенерационного пробега.

С использованием полученных значений констант скоростей химических реакций и нестационарной кинетической модели рассчитаны основные показатели процесса каталитического риформинга при использовании различных Pt-контактов. Выход продукта на катализаторе RG-682 выше, чем на RG-582 и RG-482 на 1,6 и 3,7 % масс., соответственно (табл. 4). При этом катализатор ПР-71 превосходит RG-682 как по выходу, так и по октановому числу риформата как следствие более высокой селективности и пониженной скорости гидрокрекинга. Наблюдается также увеличение концентрации Н2 в водородсодержащем газе (ВСГ) и снижение концентрации кокса на катализаторе.

Таблица 4 – Основные технологические параметры эксплуатации катализаторов серий RG и ПР

* Критерий эффективности переработки сырья (c) - это произведение эффективности эксплуатации контакта (октановое число по исследовательскому методу, ИМ) на его производительность (выход стабильного продукта).

Кратность циркуляции = 1200 м3/м3; н-Пар/и-Пар сырьё = 0,98; Парафины/(Нафтены+Арены) = 1,55; Объемная скорость подачи = 1,4 ч-1.

Исследования показали, что катализатор ПР-71 обладает высокой активностью и селективностью. О стабильности катализатора можно судить по изменению констант скоростей целевых реакций, т. е. ароматизации и изомеризации. Степень ароматизации при 480 оС сырья на катализаторе ПР-71 выше, чем на RG-682 на 1,7 %.

Выполненные исследования сравнительной оценки эффективности эксплуатации различных марок катализаторов на установке ЛЧ-35-11/600 показали низкую эффективность использования комплексного контакта РБ-33У+РБ-44У на данной установке (табл. 5). Наибольший эффект по основным показателям, таким, как октановое число, выход водорода на сырье обеспечивают катализаторы ПР-71 и RG-682 применительно к технологическим условиям и сырью данной установки.

Использование на данной технологической установке риформинга катализатора ПР-71 по сравнению с комплексной загрузки РБ-33У+РБ-44У позволило бы повысить экономичность и эффективность процесса вследствие увеличения критерия эффективности процесса на 3-4 единицы. При этом применение на данной установке катализатора ПР-71 или RG-682 при равенстве прочих условий привело бы к увеличению содержания ароматических углеводородов в среднем на 1% масс., а выход целевого продукта на 2-3 % масс. за счет увеличения селективности процесса.

Таблица 5 – Оценка эффективности использования катализаторов риформинга бензинов при одинаковых технологических режимах на установке ЛЧ-35-11/600

Объемная скорость подачи сырья = 1,3ч-1; Кратность циркуляции = 1200 м3/м3; сырье: Парафины/(Нафтены+Арены)=1,32; н-Пар/и-Пар сырьё=0,76.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3