Файл: Исследование работы промышленной установки каталитического риформинга.pdf

40 707.43 706.28 708.17 0.10 0.27 722.46 722.51 725.86 0.47 0.46 727.63 728.78 728.64 0.14 0.02
Можно сделать вывод, что абсолютная ошибка между фактической температурой и температурой калибровки значительно снижается, а средняя абсолютная ошибка уменьшается на 19,26%.
Расчетное отложение кокса до и после калибровки, а также фактическое отложение кокса сравниваются, как показано в Таблице 5 .
Таблица 5 – Погрешность отложения кокса до и после калибровки количество до калибровки
(%) после калибровки
(%) реальная стоимость
(%)
Абсолютная ошибка1 (%) абсолютная ошибка2 (%)
1 0.0257 0.0268 0.0293 0.0036 0.0025 2
0.0280 0.0293 0.0287 0.0007 0.0005 3
0.0227 0.0237 0.0245 0.0018 0.0008
Можно сделать вывод, что абсолютная погрешность между фактическим отложением кокса и калибровочным отложением кокса значительно снижается, а средняя абсолютная погрешность уменьшается на
37,07%.
2.2. Моделирование процесса каталитического риформинга
В настоящее время алгоритмы моделирования химических процессов в основном делятся на две категории: последовательный модульный метод
(SM) и метод, ориентированный на уравнения (EO). В настоящее время широко используется метод последовательных модулей, но он имеет определенные ограничения. Когда время итерации расчета модели велико или вовлеченный процесс теплообмена сложен, расчет модели занимает много времени и его трудно сойтись. В отличие от метода последовательных модулей, метод EO объединяет все уравнения процесса в набор нелинейных уравнений и одновременно решает задействованные переменные, что более эффективно и экономит время.

41
Во время реакции риформинга катализатор и реагент текут противотоком, то есть регенерированный катализатор проходит через четвертый реактор, третий реактор, второй реактор и первый реактор, а затем возвращается в регенератор для регенерации. Катализаторы с наибольшей активностью в третьем и четвертом реакторах используются для катализа сложных реакций, таких как алкановая дегидроциклизация парафинов, а катализаторы с более низкой активностью в первом и втором реакторах используются для легких реакций, таких как дегидроароматизация нафтена.
Согласование активности катализатора со сложностью реакции является значительным преимуществом процесса непрерывного риформинга в противоточном режиме.
Схематическая блок-схема процесса платформинга с непрерывной регенерацией катализатора представлена на рисунке 4 [21].
Рисунок 4 - Схема процесса платформинга с непрерывной регенерацией катализатора
(catalyst regenerator – регенератор катализатора, fresh catalyst – свежий катализатор, stacked reactor – сложенный реактор, naphtha feed – нефть, fire heaters – нагревательный печи, combined feed exchanger – комбинированный теплообменник, net gas compressor – чистый газовый компрессор, net H2 rich gas – чистый богатый водородом газ, fuel gas – топливный газ, LPG –

42 сжиженные углеводородные газы, reformate – риформат).
На рисунке 5 показано устройство для реализации способа согласно изобретению, включающего реактор 1 гидрирования и последующий экстрагирующий блок 2. Реактор гидрирования 1 содержит первую подающую трубу 3, которая осуществляет подачу реформированного бензина. Реформированная часть, образованная фракционной перегонкой из риформированного бензина, проходит через подающую трубу 3 в реактор гидрирования 1. Реактор гидрирования 1 содержит вторую подающую трубу
4, подающую водород. Реакция гидрогенизации 1 содержит, кроме того, неподвижный слой, состоящий из катализатора гидрирования. В качестве катализаторов используют никель или палладий на носителе из оксида алюминия.
Рисунок 5 - Принципиальная схема устройства
Метод измерения диапазона дистилляции, обычно используемый в реальной промышленности, - это ASTM D86, но кривая дистилляции, основанная на температуре кипения и процентном содержании отдельных

43 компонентов, ближе к смоделированной кривой дистилляции. Имитация перегонки, основанная на программировании температуры газовой хроматографии, требует меньше времени для анализа, чем реальная перегонка при температуре кипения.
Относительные погрешности расчетных и фактических данных по дистиллятам невелики, что означает возможность применения модели оценки дальности дистилляции в этом процессе.
В реальной промышленности характеристики катализатора и рабочее состояние немного меняются со временем, поэтому необходимо откалибровать модель реактора, чтобы отразить текущую производительность катализатора и рабочее состояние процесса.
Во время калибровки необходимо калибровать не каждый кинетический параметр, а калибровать предэкспоненциальные факторы различных реакций риформинга.
Для каждого типа реакции предэкспоненциальные факторы умножаются на коэффициент, где начальное значение коэффициента установлено равным 1, а его диапазон составляет от
0,9 до 1,1 для оптимизации с помощью алгоритма SQP. В качестве целевой функции оптимизации принимается сумма квадратов разностей между расчетными и фактическими значениями, включая температуру, отложение кокса на катализаторе и молярный расход каждого компонента.
В целом расчет коэффициентов калиброванной модели в MATLAB
(CPU = 2,20 ГГц) занимает 15 минут. Скорость сходимости зависит от начальных настроек и требований к точности.
На основе моделирования калиброванной модели можно получить температурный профиль и изменения молярного расхода различных фракций в процессе. Четвертый набор данных в таблицах S10–S14 и данные регенератора в таблице S15 были выбраны в качестве состава сырья и условий работы для моделирования. Метод SQP имеет преимущества

44 высокой точности и быстрой сходимости. В целом для моделирования участка реакции-регенерации противоточного непрерывного процесса риформинга в MATLAB (CPU = 2,20 ГГц) требуется всего 25 с.
Во всей модели процесса отложение кокса на катализаторе является важным параметром, поскольку катализатор циркулирует между реакторами и регенератором. В то же время использование метода ЭО для моделирования процесса также подходит для других процессов, таких как прямоточный процесс непрерывного риформинга.
Для процесса противоточного риформинга увеличение отложений кокса на катализаторе является самым большим в четвертом реакторе, и это увеличение происходит относительно медленно в первом, втором и третьем реакторах. Это связано с тем, что регенерированный катализатор поступает в четвертый реактор первым в противоточном непрерывном риформинге, конденсация ароматических соединений будет интенсифицироваться из-за высокой активности катализатора и высокого содержания ароматических углеводородов и олефинов в четвертом реакторе.
Для сравнения также был смоделирован прямоточный процесс риформинга. Направление потока катализатора было изменено, чтобы соответствовать направлению потока материала, без изменения количества 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

45 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.
Тепловая нагрузка теплообменника является самой большой за весь процесс риформинга. Для противоточного непрерывного риформинга падение температуры в первом реакторе составляет 98,59 °С, а во втором, третьем и четвертом реакторах — 74,31, 58,85 и 48,91 °С соответственно. Для прямоточного непрерывного процесса риформинга падение температуры в первом реакторе составляет 120,79 °С, а во втором, третьем и четвертом реакторах — 74,59, 44,51 и 35,7 °С соответственно. Разница температур между реакторами при противоточном непрерывном риформинге больше, чем при противоточном непрерывном риформинге. В реальном прямоточном процессе риформинга количество катализатора, загруженного в каждый реактор, будет изменено, чтобы уменьшить разницу температур между четырьмя реакторами.
Результаты моделирования показывают, что модель противоточного непрерывного риформинга может быть создана методом ЭО, и модель может

46 быть легко модифицирована для моделирования прямоточного непрерывного риформинга. Метод ЭО эффективен для моделирования нефтехимических процессов со сложной системой реакций.
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. Особенность онлайн- оптимизации заключается в том, что устройство можно поддерживать в оптимальном состоянии длительное время для достижения более глубокой оптимизации.
Алгоритм также можно использовать для решения задачи нелинейного программирования с ограничениями, и можно выбрать оптимальные рабочие условия для достижения экономии энергии и снижения потребления, а также увеличения выхода реформированного бензина/ароматических соединений для максимизации прибыли процесса.
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

47 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. Когда целевой функцией является выход высокооктанового бензина, другим ограничением является то, что октановое число не должно быть меньше 98.
В существующих условиях эксплуатации выход ароматических 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

48 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.

60