Файл: Исследование работы промышленной установки каталитического риформинга.pdf

10
Рисунок 1 - Реакции, протекающие во время риформинга [7]
В блоке реакции-регенерации противоточного непрерывного процесса риформинга имеется четыре реактора, регенератор, компрессор, теплообменник, четыре нагревательные печи, разделительный бак риформинга и система очистки водорода. Рециркулируемый водород из резервуара сепаратора высокого давления сжимается компрессором рециркуляционного водорода и смешивается с сырьем для риформинга из секции предварительной обработки в качестве сырья для риформинга. Сырье обменивается теплом с продуктами в теплообменнике, а затем по очереди поступает в каждый реактор риформинга. Перед подачей в каждый реактор материал необходимо нагреть в нагревательной печи перед реактором, чтобы достичь определенной температуры реакции. Высокотемпературная нефть и газ из четвертого реактора обмениваются теплом с сырьем для риформинга, затем охлаждаются воздушным охладителем, и, наконец, войдите в резервуар разделения пара и жидкости.
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность важны, потому что они обеспечивают энергию и химикаты, особенно транспортное топливо и сырые, органические химические материалы. Разработка моделирования процессов для этих процессов, связанных с нефтью,

11 обеспечит лучшее управление работой завода и приведет к большей экономической выгоде. Технология моделирования процессов возникла на основе первой системы моделирования процессов Flexible Flowsheet, успешно разработанной Kellogg. На сегодняшний день система моделирования процессов прошла четыре поколения развития, от исходного объекта моделирования в основном для переработки легких углеводородов до постепенного развития объекта моделирования для двухфазного процесса газ-жидкость и трехфазного процесса газ-жидкость-твердое тело. В 1990-х годах моделирование объединило стационарные и динамические технологии и широко использовалось в конструкторских, исследовательских и производственных отделах.
Типичное коммерческое программное обеспечение для моделирования технологических процессов включает Aspen plus, PRO/II, ChemCAD, Petro-Sim и VMG-Sim[2, с. 61].
Вход и выход каждого модуля соединены в соответствии с реальным технологическим процессом, а модель соответствует требованиям оптимизации в реальном времени (RTO). Модель калибруется, чтобы расчетное значение больше соответствовало фактическому значению.
Моделирование модели показало тенденцию реакции риформинга и разницу между противоточным риформингом и прямоточным риформингом[25, с.
129]. Наконец, модель процесса была оптимизирована для различных целей, таких как выход ароматических углеводородов, выход высокооктанового бензина и выход углерода. Эти результаты показывают, что созданная модель может имитировать реальный промышленный процесс, который может соответствовать требованиям RTO, и получать значительную прибыль для различных целей оптимизации.
Для сравнения также был смоделирован прямоточный процесс риформинга. Направление потока катализатора было изменено, чтобы соответствовать направлению потока материала, без изменения количества

12 загрузки катализатора в каждый реактор, и было получено отложение кокса на катализаторе при прямоточном каталитическом риформинге.
В процессе прямоточного риформинга катализаторы в первом и втором реакторах обладают высокой активностью из-за меньшего отложения кокса на катализаторах, чем в процессе противоточного риформинга, и легко протекают основные реакции риформинга, такие как циклизация дегидрирования алкана и дегидрирование циклоалканов, ароматизация.
В третьем и четвертом реакторах из-за снижения активности катализатора и увеличения отложения кокса нагарообразование катализатора на выходе из четвертого реактора больше, чем в противоточном процессе.
Однако в реальном прямоточном процессе риформинга первый реактор имеет наименьшую загрузку катализатора, а четвертый реактор имеет наибольшую загрузку катализатора, что приведет к большей разнице в отложении каталитического кокса между четырьмя реакторами. В результате противоточный непрерывный процесс риформинга может сделать активность катализатора и сложность реакции более подходящими.
В модуле регенератора реакция горения в основном происходит на первой ступени регенератора, а оставшиеся отложения кокса на катализаторе удаляются на второй ступени регенератора для обеспечения полного восстановления активности катализатора. Из-за избыточной мощности конструкции регенератора коксовые отложения, образующиеся в результате либо противоточного непрерывного риформинга, либо прямоточного непрерывного риформинга, могут быть полностью сожжены.
Для промышленных процессов оптимизация в основном включает повышение селективности или выхода продукта и достижение максимальных экономических выгод, основанных на составе сырья и рыночном спросе, при условии соблюдения показателей продукта. Оптимизацию можно разделить на офлайн-оптимизацию и онлайн-оптимизацию [41]. Особенность онлайн-

13 оптимизации заключается в том, что устройство можно поддерживать в оптимальном состоянии длительное время для достижения более глубокой оптимизации.
Важной целью процесса непрерывного риформинга является получение основных органических материалов, таких как бензол, толуол и ксилол. При этом в качестве целевой функции оптимизации задается выход ароматических соединений. Еще одним важным целевым продуктом непрерывного риформинга является получение высокооктановых бензинов.
При этом в качестве целевой функции оптимизации задается выход высокооктанового бензина.
В реальных операциях противоточного риформинга рабочими параметрами, которые могут быть изменены, в основном являются температура на входе в четыре реактора, молярное соотношение H/C, а также температура на входе и содержание кислорода в газе регенерации.
Ограничения включают отложение кокса на катализаторе на выходе из первого реактора, отложение кокса на катализаторе на выходе из регенератора, содержание кислорода в газе на входе в регенератор, количество пара, потребляемого компрессором, и тепловую нагрузку нагревательных печей.
В пределах верхнего и нижнего пределов рабочих условий температура на входе в реактор не должна быть слишком высокой из-за предела отложения кокса, температура на входе не должна быть слишком низкой, чтобы обеспечить определенную конверсию, а верхний предел H/ Мольное соотношение С должно учитывать верхний предел потребления пара компрессором. Верхний предел температуры газа на входе и содержания кислорода в регенераторе должен обеспечивать, чтобы температура горячей точки в регенераторе не была слишком высокой.
В существующих условиях эксплуатации выход ароматических

14 углеводородов увеличивается на 0,99%, когда целевой функцией является выход ароматических углеводородов, а выход бензина увеличивается на
1,63%, когда целевой функцией является выход бензина с высоким октановым числом. количество. Приняв в качестве цели выход ароматических соединений С 7 + , выход увеличился на 0,74%, в то время как выход ароматических соединений также увеличился на 0,94%. Таким образом, экономическая выгода от улучшения значительна.
По результатам оптимизации изменение рабочих условий для улучшения выхода ароматических соединений в основном связано с повышением температуры на входе в реактор. В соответствии с механизмом реакции образования ароматических соединений повышение температуры благоприятно для реакции дегидроциклизации алкана и реакции дегидрирования циклоалкана, что может улучшить выход ароматических соединений.
Ограничивающим условием при оптимизации выхода бензина является в основном октановое число, так как большая часть прироста выхода бензина приходится на фракции С 10+ и вклад этих компонентов в октановое число не очень велик, что приведет к падению октанового числа бензина. количество.
На основе метода ЭО построена модель реакционно-регенерационного участка противоточного непрерывного риформинга, включающая модуль реактора и модуль регенератора, связанные с моделью газожидкостной сепарации, моделью нагревательной печи, моделью компрессора и Модель теплообменника.
1)
В зависимости от времени, необходимого для калибровки модели, расчета моделирования и оптимизации процесса, установленная модель процесса может соответствовать требованиям RTO.
2)
Калибровка модели может привести рассчитанные значения модели в

15 лучшее соответствие с фактическими значениями.
3)
Результаты оптимизационных расчетов показывают, что задание разных целевых функций может привести к разным результатам оптимизации.
Полученные результаты оптимизации соответствуют механизму реакции риформинга, который может быть установлен для различных производственных планов в соответствии с рыночным спросом.
1.2.
Типы установок риформинга бензиновых фракций
Технологическое оформление процесса каталитического риформинга определяется по способу проведения регенерации катализатора.
Подавляющее большинство установок риформинга описывают тремя разновидностями технологий: полурегенеративный, циклический и процесс с непрерывной регенерацией катализатора.
Технологические параметры работы установок риформинга по полурегенеративному варианту: давление- от 1.3 до 3.0 МПа, температура- от
480 до 530?С, октановое число (ИОЧ) колеблется от 94 до 100, выход риформата от 80 до 88% масс. Межрегенерационный цикл работы катализатора составляет от года до трех лет.
Первая установка запущена по лицензии фирмы ЮОП в 1971 году, в
1983году эксплуатировалось 35 установок, а в настоящее время работает 163 установки (в том числе 40 с давлением 0,35 МПа) по лицензии ЮОП и 56 установок по лицензии Французского института нефти.

16
Таблица 1 – Классификация промышленных установок риформинга
Нефть и газ вносят жизненно важный вклад в удовлетворение мировых энергетических потребностей. Сегодня на них приходится более половины общемирового потребления первичной энергии. Существует ограниченное количество практических альтернатив топливу на основе нефти для транспорта — самого быстрорастущего энергетического сектора. Во многих случаях нефть и природный газ являются самыми дешевыми видами топлива в промышленности, жилищном секторе и секторе услуг, а также в производстве электроэнергии и являются важным сырьем для широкого спектра промышленных и потребительских товаров.
Спрос на нефть и газ, а также на все другие источники энергии будет продолжать расти. В своем последнем обзоре мировой энергетики
Международное энергетическое агентство прогнозирует, что глобальный спрос на первичную энергию вырастет более чем наполовину в период с 2004 по 2030 год в Базовом сценарии, предполагающем отсутствие изменений в государственной политике. Нефть и газ по-прежнему доминируют в мировом энергетическом балансе, их доля в общем объеме потребления первичной

17 энергии несколько снизилась с 56 до 55 процентов. Использование современных возобновляемых технологий, включая гидро-, солнечную, геотермальную и ветровую энергию, быстро расширяется, но их совокупная доля в мировом спросе на энергию достигает лишь 5 процентов в 2030 году, поскольку они начинаются с низкой базы. Более 70 процентов прогнозируемого увеличения общего спроса на энергию приходится на развивающиеся страны, где экономическая активность и население растут быстрее всего.
Углеводороды будут оставаться важными для глобального экономического развития и процветания в ближайшие десятилетия.
Удовлетворение растущего спроса на энергию необходимо согласовать с целями энергетической безопасности и защиты окружающей среды, однако нефтегазовая промышленность продолжает вкладывать значительные средства в дальнейшее повышение энергоэффективности своих собственных операций, сокращение отходов и помощь конечным потребителям в использовании меньшего количества топлива. Остается значительный потенциал для повышения эффективности.
Это демонстрирует
Альтернативный сценарий политики МЭА, который предполагает, что все политики в области энергетической безопасности и климата, которые в настоящее время рассматривают правительства во всем мире, полностью реализованы. Глобальные выбросы CO2 сократятся на 16 % в 2030 году по сравнению с Базовым сценарием, при этом повышение энергоэффективности обеспечит почти 80 % предотвращенных выбросов.
Повышение энергоэффективности — это не то же самое, что энергосбережение, которое, строго говоря, относится к меньшему потреблению данной энергетической услуги и, следовательно, к меньшему потреблению энергии, необходимой для ее предоставления. Примеры включают в себя выключение света при выходе из комнаты или ходьбу на

18 короткие расстояния вместо вождения. В тех случаях, когда энергетическая услуга тратится впустую или представляет небольшую ценность для человека или бизнеса, получающего от нее выгоду, ее сохранение может принести реальные экономические и социальные выгоды. Но отказ от энергетических услуг, которые имеют решающее значение для экономической деятельности или уровня жизни, может сдерживать экономическое развитие и снижать социальное благосостояние.
Нефтегазовая промышленность имеет сильный финансовый стимул к экономии энергии из-за большой доли энергии в общих затратах на эксплуатацию ее объектов. Промышленность также стремится вести себя социально ответственно, особенно в отношении воздействия использования энергии на окружающую среду, и стратегически заинтересована в продлении срока службы своих крупных, но ограниченных ресурсов. Однако эти инвестиции не всегда в полной мере отражаются в тенденциях энергоемкости поставок нефти и газа, измеряемой количеством энергии, необходимой для поставки данного количества нефти или газа потребителям.
Нефтепереработка является наиболее энергоемким звеном цепочки создания стоимости, на нее приходится около половины всей энергии, потребляемой нефтегазовой отраслью в целом. Нефтеперерабатывающий газ
(побочный продукт процессов нефтепереработки), мазут и природный газ являются основными видами топлива, используемыми на нефтеперерабатывающих заводах.
Несколько факторов способствуют более высокой энергоемкости нефтепереработки, компенсируя часть повышения эффективности за счет новых инвестиций. Более строгие стандарты нефтепродуктов, таких как дизельное топливо с низким содержанием серы, растущий спрос на более легкие продукты и более тяжелые нефтяные сланцы 8 вынуждают нефтепереработчиков увеличивать вторичную переработку и конверсию

19 тяжелых остатков. Внедрение улавливания и хранения углерода на нефтеперерабатывающих заводах, помогая компенсировать увеличение выбросов, также значительно повысит потребление энергии.
Сырая нефть сегодня является основным источником энергии для транспортных средств во всем мире, а также источником для производства широкого спектра химических продуктов.
Ежедневно на нефтеперерабатывающих заводах перерабатывается более 85 миллионов баррелей сырой нефти. Сырая нефть представляет собой сложную смесь углеводородов, основными компонентами которой являются углерод (С) и водород (Н). Состав C и H варьируется между 83-87 мас.% в C и 10-14 мас.% в H соответственно. В сырой нефти присутствуют сотни углеводородных соединений, начиная от простейших, метана, и заканчивая тяжелыми соединениями, содержащими 300 и более атомов углерода. Основными типами углеводородов в сырой нефти являются парафиновые, нафтеновые и ароматические. Помимо углерода и водорода, сырая нефть также содержит низкие концентрации серы (0-5 мас.%), азота (0-1 мас.%), кислорода (0-2 мас.%) и металлов (0-0,1 мас.%), в основном железа, никель, хром и ванадий.
Состав и свойства сильно зависят от происхождения сырой нефти.
Сырая нефть после перекачки транспортируется на нефтеперерабатывающий завод, технологический завод по производству топлива, такого как бензин и дизельное топливо, и химических промежуточных продуктов, таких как пропилен. Сырая нефть сначала подвергается дистилляции при атмосферном или пониженном давлении, чтобы разделить ее на потоки и получить нефтяные фракции, используемые в последующих процессах переработки. На нефтеперерабатывающем заводе помимо ректификационных колонн используется множество каталитических процессов, направленных на повышение выхода и свойств продукта.
К ним относятся: риформинг, изомеризация, гидропереработка,