автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование влияния изменений параметров сырьевой бензиновой фракции на проведение процессов бензинового и ксилольного риформинга

На правах рукописи

Коронатов Николай Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СЫРЬЕВОЙ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПРОЦЕССОВ БЕНЗИНОВОГО И КСИЛОЛЬНОГО РИФОРМИНГА

05.17.07 - химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 и I 20Ц

Санкт-Петербург 2014

005553936

Работа выполнена на кафедре ресурсосберегающих технологий в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Лисицын Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, заслуженный изобретатель РФ, лауреат премии правительства РФ, генеральный директор ООО «НПО Еврохим»,

Дыкман Аркадий Самуилович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

заместитель главного технолога ООО «НПФ «ОЛКАТ»

Боруцкий Павел Николаевич

Ведущее предприятие: Институт проблем переработки

углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук

Защита диссертации состоится 4 декабря 2014 г. в 13 час. на кафедре ресурсосберегающих технологий на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д212.230.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТИ(ТУ) и на официальном сайте организации по ссылке:

technolog.edu/ru/ru/documents/rile/1207-2014-07-15-08-07-46.html.

Отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр. д. 26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Ученый совет. Тел. (812) 494-93-75;

факс (812) 712-77-91; e-mail: dissowet@technolog.edu.ru

Автореферат разослан/^октября 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

Дронов С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Каталитический риформинг является одним из основных процессов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. С его помощью получают бензиновые фракции, которые используются в качестве высокооктанового компонента товарных бензинов или для выделения из них индивидуальных ароматических углеводородов.

Фракционный состав сырья риформинга зависит от назначения процесса. Если целью процесса является получение аренов (бензола, толуола, ксилолов), то используют фракции, содержащие углеводороды С6 (62-85°С), С7 (85-105°С) и С8 (105-140°С). Если процесс проводят с целью получения высокооктанового бензина, то сырьем служит широкая фракция 85-180°С, соответствующая углеводородам С7-С|0.

В том случае, когда выделение суммарных ксилолов из катализата риформинга производится методом ректификации, в качестве сырья для риформинга применяется облегченная бензиновая фракция 105-125°С для снижения содержания высококипящих углеводородов, образующих с ксилолами азеотропные смеси. При этом технологические показатели как ксилолыюго, так и бензинового риформинга будут зависеть от эффективности функционирования блока ректификации широкой бензиновой фракции.

Выбор оптимальных технологических режимов блока ректификации должен осуществляться с учетом взаимного влияния технологических процессов и с учетом выхода как целевых, так и побочных продуктов.

Степень разработанности. В зависимости от плановых показателей выпуска бензинов и ароматических углеводородов на установки риформинга поступает сырье различного состава, а количество удаляемой из сырьевой фракции 85-180°С ксилолобразующей фракции (105-125°С) колеблется в диапазоне от 22 до 30% об. Каким образом удаление из сырья риформинга фракции 105-125°С влияет на показатели бензинового риформинга, до настоящего времени не исследовалось.

Необходимо подчеркнуть, что увеличение отбора сырья ксилолыюго риформинга из фракции 85-180°С сопровождается ростом содержания не ксилолобразующих компонентов в этом сырье и, как следствие, нежелательным ростом выхода низкооктановой доксилолыюй фракции. Таким образом, для повышения эффективности работы комплекса установок риформинга требуется провести оптимизацию режимов блока вторичной

ректификации бензиновой фракции с учетом выхода и характеристик всех продуктов риформинга. Такие исследования в необходимом объеме до настоящего времени не проводились.

Цель работы. Анализ и оптимизация работы установок каталитического риформинга и технологического комплекса производства суммарных ксилолов, включающего блок вторичного разделения бензинов и ксилольный риформинг, для определения путей более рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов и увеличения выработки товарной продукции.

Научная новизна. Впервые изучено влияние состава узких фракций, используемых для производства ксилолов, на качество бензинового пула.

Установлено, что выделение из широкой бензиновой фракции 85-180°С фракции 105-125°С, необходимой для производства товарных ксилолов, приводит к ухудшению характеристик основного риформата.

Экспериментально доказано, что сужение фракции 105-125°С до фракции 112-125°С позволяет при сохранении выработки товарных ксилолов снизить на 30-40% выход побочного низкооктанового компонента бензина и улучшить характеристики основного риформата.

Практическая значимость. Предложена модель каскада ректификационных колонн для разделения широкой бензиновой фракции на сырье бензинового и ксилолыюго риформинга, позволяющая по результатам расчета углеводородного состава сырья ксилолыюго риформинга оценивать продуктивность целевой фракции (содержание орто-, пара- и мета- ксилолов в риформате).

Разработан виртуальный анализатор, который позволяет осуществлять прогноз содержания ксилолов в риформате целевой фракции и осуществлять выбор оптимальных параметров ведения технологического процесса.

На основании предложенных рекомендаций по распределению нагрузок между установками бензинового и ксилольного риформинга удалось увеличить содержание ксилолов в риформате более чем на 10%.

На основании предложенных рекомендаций в течение трехмесячного пробега промышленных установок получен экономический эффект 50 млн. рублей.

Методология и методы исследования. Результаты работы были получены на специально созданных лабораторных установках для изучения влияния фракционного состава прямогонных бензиновых фракций на показатели процесса каталитического риформинга. Выявленные закономерности были подтверждены в промышленных условиях. В ходе работы использованы методы математического моделирования, хроматографии, стандартные аттестованные методы аналитической химии, а также современные компьютерные технологии анализа химико-технологических процессов.

Достоверность результатов. Достоверность сформулированных научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием методик экспериментальных исследований и методов компьютерного моделирования химико-технологических процессов; проведением численных экспериментов, подтверждающих адекватность моделей; согласованностью теоретических исследований процессов риформинга с экспериментальными данными, полученными на крупнотоннажном промышленном предприятии.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на 13-м Петербургском международном форуме ТЭК (Петербург, 2013) и международной научной конференции «Приоритетные научные направления: от теории к практике» (Новосибирск, 2014).

Положения, выносимые на защиту:

Влияние состава узких фракций, используемых для производства ксилолов, на качество бензинового пула.

Условия и показатели (конверсия, выход ароматических углеводородов) ксилолышго риформинга при переработке прямогонных бензиновых фракций различного состава.

Модель каскада ректификационных колонн для выделения сырья ксилольного риформинга, позволяющая рассчитывать углеводородный состав целевой фракции и прогнозировать содержание ксилолов в риформате.

Рекомендации по распределению нагрузок между установками бензинового и ксилольного риформинга.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста, включая 35 таблиц и 40 рисунков, и содержит разделы: введение; литературный обзор; методики исследования; влияние состава сырья на показатели процесса риформиига; моделирование блока вторичной ректификации бензинов; промышленная проверка результатов исследования и выработка рекомендаций по ведению технологического процесса на блоке вторичной ректификации бензина; выводы; приложения; список литературы, включающий 103 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы.

В первой главе представлен аналитический обзор, включающий описание объектов исследования. Проведен анализ современного состояния процессов каталитического риформирования бензиновых фракций и выполнен обзор последних тенденций науки и техники в данном направлении. Рассмотрены особенности процессов выделения кснлолов методами экстракции и ректификации.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования, представлены физико-химические свойства прямогонных гидроочищенных бензиновых фракций. Приведены методики экспериментов и представлено описание стендовых установок.

Риформирование фракций углеводородов проводилось на катализаторе ПР-71 в проточном изотермическом реакторе при следующих параметрах: температура 465, 480, 490°С; объемная скорость, 1.0, 1.5 ч"1; соотношение водород: сырье 1000, 1500 нм3/м3; давление 15,18, 20 атм.

Риформаты анализировались на хроматографе «Кристалл 5000.2», колонка ВР-1 PONA 100м*0,25 мм*0,5мкм, детектор ПИД.

Для изучения влияния фракционного состава сырья ксилольного риформинга на содержание целевых углеводородов в катализате была произведена разгонка исходной фракции 105-125°С на фр. 105-112 °С и фр.112-125°С. Разделение гидрогенизата фракции 105-125°С проводилось на насадочной ректификационной колонке. Текущий контроль качества фракций 105-112°С и 112-125°С осуществлялся с помощью лабораторного рефрактометра. Хроматографический анализ фракций проводился

однократно после наработки всего объема сырья, необходимого для лабораторных экспериментов по риформированию.

В третьей главе приведено исследование влияния состава сырья на показатели процесса риформинга. Сырье для установок каталитического риформинга, работающих в режиме получения компонента автобензина, обычно имеет интервал температур кипения от 85 до 180°С.

Если выделение суммарных ксилолов из катализата риформинга производится методом ректификации, то для того, чтобы снизить в риформате содержание высококипящих углеводородов, образующих с ксилолами азеотропные смеси, в качестве сырья для риформинга применяется облегченная фракция 105-125°С. В этом случае бензиновому риформингу подвергают фр. 85-180°С без ксилолобразующей фракции.

Для сопоставления показателей риформинга при работе на цельной фракции 85-180°С и после удаления из нее ксилолобразующей фракции был проведен анализ работы установки ЛЧ-35-11/1000. В зависимости от плана выпуска суммарных ксилолов на установке могут чередоваться оба вида сырья. Анализируя результаты работы установки на двух видах сырья на протяжении различных временных промежутков, было установлено, что наличие или отсутствие ксилолобразующей фракции в сырье относительно мало отражается на показателях процесса.

Этот вывод не является очевидным, если учесть, что ксилолобразующая фракция является легко ароматизующимся и наименее коксогенным сырьем риформинга, а ее доля в широкой фракции составляет около трети. Кроме того, достаточно трудно на промышленном объекте обеспечить полностью одинаковые показатели технологического режима. Для понимания причин, обусловливающих близкие показатели риформирования, были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния состава сырья.

В результате проведения этих исследований установлено, что при риформировании фракции 85-180°С без фр. 105-125°С степень ее ароматизации оказалась выше, чем для широкой фракции, при всех режимах риформинга. В гидрогенизате ксилолобразующей фракции (105-125°С) содержится 87% углеводородов С8, причем 25% приходится на нафтены, поэтому скорость образования ароматических углеводородов высока и конверсия нафтеновых углеводородов С8 близка к 100%. Однако при высокой концентрации ксилолов С8 наблюдаются реакции диспропорционирования.

При удалении из сырья фр. 105-125°С происходит его обогащение углеводородами С9 нафтеновой и парафиновой природы

Так, содержание ароматических углеводородов С9 при изменении температуры от 465 до 490°С увеличивается с 16 до 20%, а в широкой фракции с 13 до 16% (рисунок 1). Наибольшее содержание арепов в риформате широкой фракции приходится па С8, а в риформате, полученном из сырья без ксилолобразующей фракции - на С9.

Появление значительного количества ароматических углеводородов С9 одновременно увеличивает вероятность их участия в реакциях диспропорционирования и гидрокрекинга.

■ фр. 85-180 без 105-125 широкая фр. 85-180

465 480 490

Температура, "С

Рисунок 1 - Содержание ароматических углеводородов С9 в риформатах

По мере роста температуры возрастает скорость деалкилирования ароматических углеводородов, при этом содержание аренов С9 уменьшается, а содержание аренов С7-С8 увеличивается.

В риформатах без ксилолобразующей фракции при всех температурах наблюдаются увеличенные концентрации ароматических углеродов С7 и С)0 по сравнению с риформатом широкой фракции (рисунок 2).

Рисунок 2 - Содержание ароматических углеводородов С7 и Сю в риформатах

Риформаты, полученные из сырья без ксилолобразующей фракции, характеризуются более высокой температурой кипения и повышенным содержанием бензола (рисунок 3).

»фр. 85-180 без 105-125

широкая фр. 85-180

2 1

/

с; 1,5

1 -

465

480

Температура, "С

Рисунок 3 - Содержание бензола в риформатах

Таким образом, выделение из широкой бензиновой фракции фр. 105-125°С, необходимой для производства товарных ксилолов, приводит к некоторому ухудшению характеристик основного риформата. Один из возможных путей частичной компенсации этих последствий - оптимизация фракционного состава сырья ксилольного риформинга. Для исследований влияния состава сырья ксилольного риформинга на содержание целевых

ароматических углеводородов в риформате использовался гидрогеиизат фракции 105-125°С, который был разогнан на фракции 105-112°С и 112-125°С (таблицы 1,2).

Таблица 1 - Групповой углеводородный состав гидрогенизата фракции 105-112°С (% масс.)

Группа Парафины Изопарафины Аром-е углеводороды Нафтены Олефины Итого

с6 0,19 0,12 0,02 0,03 0,01 0,37

с7 27,14 9,77 13,70 8,48 0,01 59,10

с8 1,34 23,38 0,02 15,25 0 39,99

Итого 28,67 33,27 13,74 23,76 0,02 99,46

Таблица 2 - Групповой углеводородный состав гидрогенизата фракции 112-125°С (% масс.)

Группа Парафины Изопарафины Аром-е углеводороды Нафтены Олефины Итого

с6 0,03 0 0 0 0 0,03

с7 0,05 0 0,47 0,78 0 1,30

с8 31,91 36,09 3,05 26,25 0 97,30

с, 0 1,36 0 0 0 1,36

Итого 31,99 37,45 3,52 27,03 0 99,99

В результате проведенных экспериментов установлено, что содержание ароматических углеводородов С8 в риформате узкой фракции значительно выше, чем в риформате фракции 105-125°С, во всем температурном диапазоне, при этом распределение целевых компонентов остается неизменным (таблица 3). Содержание толуола в риформате узкой фракции 112-125° С существенно ниже, чем при риформировании фракции 105-125°С.

Таблица 3 - Компонентный состав ароматических углеводородов С» в риформатах

Компонент Фр.105-125°С, % масс. Фр.112-125°С, % масс.

Температура, °С

465 480 490 465 480 490

Этилбензол 4,82 5,30 5,53 6,13 7,83 8,07

м-Ксилол 15,69 17,26 17,93 20,62 23,74 24,65

р-Ксилол 7,12 7,79 8,10 9,47 10,78 11,18

о-Ксилол 9,06 9,58 9,60 12,07 13,6 13,63

Сумма аренов С8 36,69 39,93 41,16 48,29 55,95 57,53

Относительное содержание аренов С8, %

Этилбензол 13,14 13,27 13,44 12,69 13,99 14,03

м-Ксилол 42,76 43,23 43,56 42,7 42,43 42,85

р-Ксилол 19,41 19,51 19,68 19,61 19,27 19,43

о-Ксилол 24,69 23,99 23,32 24,99 24,31 23,69

Следует отметить, что в промышленных условиях сужение фракции 105-125°С приведет к уменьшению загрузки ксилолыюго риформинга.

Поскольку при этом необходимо сохранить производительность по целевым компонентам, снижение загрузки должно быть компенсировано увеличением содержания целевых компонентов в риформате. В диссертации показано, что такая компенсация в действительности обеспечивается.

В четвертой главе проведено моделирование блока вторичной ректификации бензинов, включающей комплекс ректификационных колонн для разделения широкой бензиновой фракции на сырье бензинового и ксилолыюго риформинга.

Состав сырья ксилолыюго риформинга определяется режимом работы блока вторичной ректификации прямогонной бензиновой фракции 85-180°С и зависит от большого числа параметров: расхода и состава сырья блока, отборов дистиллятов и расходов орошений всех колонн, температур и давлений в рефлюксных емкостях, и т.п.

Блок вторичной ректификации широкой бензиновой фракции представлен в виде химико-технологической системы, состоящей из трех ректификационных колонн (К-1, К-2, К-3), модели которых представляют собой систему уравнений тепловых и компонентных материальных балансов,

а также условий фазового равновесия для всех ступеней разделения с учетом КПД контактных устройств. Вычисления проводились в компьютерной среде технологического моделирования Aspen Hysys (рисунок 4).

He Edit Sknuiation Fbwsheet PFO TocJs Window Help

D > И Са»| И Я Л <5 -F » Ё! ziOij^ioe ■ Д

и w d<! н т' р а р « |

=ТШПП'[_

_ ^^ ^ I =

Рисунок 4 - Блок вторичной ректификации в компьютерной системе технологического моделирования

В связи с тем, что в широкой бензиновой фракции 85-180°С содержится большое количество индивидуальных углеводородов (более 190), для уменьшения объема вычислений и упрощения анализа результатов весь диапазон температур кипения был разбит на узкие интервалы. Описанный подход позволяет за счет сокращения размерности задачи повысить скорость и надежность вычислений, а также избежать проблем, связанных с возможной неоднозначностью идентификации при расшифровке хроматограмм в случае наложения пиков близкокипящих углеводородов.

Параметрическая настройка модели проводилась с целью минимизации расхождения вычисленных и фактических показателей работы блока и заключалась в подборе средних эффективных значений КПД внутренних контактных устройств колонн К-1, К-2, К-3.

На практике регулирование состава целевой фракции может осуществляться путем варьирования следующих режимных параметров: расходов орошения колонн К-1, К-2, К-3; расхода дистиллята колонны К-1; соотношения расходов дистиллятов колонн К-2 и К-3. Влияние этих факторов различно. В результате расчетов па компьютерной модели установлено, что расход орошения колонны К-1 является одним из важнейших параметров оптимизации процесса. Коррекция соотношения расходов дистиллятов К-2 и К-3 (с учетом того, что их сумма равна расходу целевой фракции и фиксирована плановым заданием) играет подчиненную

роль. При фиксированных расходах орошения колонн К-2 и К-3 может быть увеличено флегмовое число одной колонны за счет снижения флегмового числа другой колонны, влияя таким способом на результирующую четкость деления на каскаде из этих двух колонн.

Необходимо отметить, что с практической точки зрения представляет интерес не столько детальный прогнозный расчет концентраций конкретных ксилолобразующих компонентов в сырье ксилольного риформинга, сколько интегральная оценка продуктивности сырья в целом, а именно, расчет ожидаемого содержания целевых углеводородов С8 в стабильном катализате. В результате обработки углеводородных составов сырья ксилольного риформинга и лабораторных данных по содержанию ксилолов в риформате получена регрессионная зависимость, позволяющая с приемлемой точностью (стандартное отклонение 0,4% масс.) оценивать продуктивность целевой фракции (суммарное содержание орто-, пара- и мета- ксилолов):

сксилолы = 1>17 ' снафтены + °'367 ' спарафины (1)

где Сксилолы - содержание ксилолов в катализате риформинга; сНафтены и спарафины - содержание нафтенов 119-125°С и суммарное содержание

изооктанов 113-119°С и н-октана (125,7°С) в сырье риформинга, % масс.

С помощью описанной формулы результаты моделирования блока вторичной ректификации, полученные при различных значениях расхода дистиллята и расхода орошения колонны К-1, можно преобразовать к виду, показанному на рисунке 5. Как следует из приведенных данных, существует оптимальное значение расхода дистиллята колонны К-1, обеспечивающее максимум содержания ксилолов в катализате риформинга. Расход орошения колонны К-1 продолжает при этом играть важную роль и, по возможности, должен поддерживаться на максимально допустимом уровне.

Следует подчеркнуть, что при постоянном расходе орошения колонны (пунктирные кривые на рисунке 5) по мере увеличения отбора дистиллята нагрузка печи куба должна также расти. В том же случае, когда нагрузка печи ограничена, при увеличении отбора дистиллята расход орошения неизбежно будет уменьшаться. Это повлечет за собой снижение четкости деления, рост потерь ксилолобразующих компонентов и снижение содержания ксилолов в катализате. Результаты расчетных исследований показали, что при увеличении расходов орошений колонн К-2 и К-3 на 10 м3/ч прирост содержания ксилолов в катализате составляет 0,5% масс, а их

суммарные тепловые нагрузки возрастают от 102,5 ГДж/час до 107,5 Г Д ж/час.

--Х—195мЗ/ч ■■■■Ж--- 175мЗ/ч —О—фикс, нагрузка печи

Расход дистиллята К-1, кг/ч

Рисунок 5 - Влияние расхода дистиллята колонны К-1 (при различных расходах орошения К-1) на содержание ксилолов в катализате риформинга

При тех же энергозатратах (тепловая нагрузка на колоннах К-2 и К-3 останется равной 56,1 и 46,4 ГДж/час, соответственно, а на К-1 возрастет от 69,6 до 74,8 ГДж/час) расход орошения колонны К-1 можно увеличить на 20 м3/ч, и при этом прирост содержания ксилолов составит 2% масс.

Проведенными расчетами было подтверждено, что существующее соотношение расходов дистиллятов колонн К-2 и К-3 (3.5:1) близко к оптимальному значению.

Таким образом, при заданной загрузке блока и плановом задании на выработку целевой фракции основными параметрами, определяющими продуктивность сырья ксилольного риформинга, являются расходы орошения и дистиллята колонны К-1.

В пятой главе описаны результаты промышленной проверки результатов исследования и выработаны рекомендации по ведению технологического процесса на блоке вторичной ректификации бензина.

Проверка справедливости отмеченных общих тенденций и конкретная количественная оценка точности прогноза, выполненного с использованием компьютерной модели, была проведена на технологических установках ООО

«КИНЕФ».

Статистическая обработка данных лабораторного анализа и режимных параметров на промышленном объекте показала, что наиболее значимыми параметрами, влияющими на содержание целевых ароматических углеводородов, являются флегмовое число, расход дистиллята и кубового продукта колонны К-1, а также расход кубового продукта колонны К-3:

С8зр. = 151,93^+ 34,93^-23,17^-. (2)

где - загрузка блока ректификации, и расход дистиллята и

флегмовое число колонны К-1, соответственно; Ж,- расход кубового продукта колонны К-3.

Полученные результаты (2) подтвердили выводы компьютерного моделирования о целесообразности увеличения расхода орошения и расхода дистиллята колонны К-1. В то же время было отмечено, что область применимости модели (2) недостаточна для ее использования в качестве виртуального анализатора.

В этой ситуации для управления технологическим режимом построен виртуальный анализатор, использующий таблицы баз данных, наработанных с помощью детерминированной компьютерной модели и регрессионного уравнения (1).

Для оценки влияния плановых заданий, а также режимов выделения сырья ксилольного риформинга на характеристики риформата были выполнены дополнительные расчеты с использованием разработанной компьютерной модели. При фиксированных значениях расходов орошений колонн К-2, К-3 и нагрузке рибойлера К-1 в качестве переменных факторов влияния рассматривались загрузка блока, расход целевой фракции и расход дистиллята колонны К-1, а в качестве функции отклика - суммарное содержание орто- мета- и пара- ксилолов в катализате (рисунок 6).

Анализ результатов расчетов (рисунок 6) позволил сформулировать следующие положения:

1. Каждому набору плановых показателей по загрузке блока

ректификации и расходу целевой функции, Сцсл, соответствует свой оптимальный расход дистиллята. При отклонении от оптимума на ±3т/ч (4м3/ч) снижение содержания ксилолов в катализате может достигать величины 0,5-1% масс.

2. Каждому плановому заданию на выработку целевой фракции

соответствует своя оптимальная загрузка блока. Явно избыточная

загрузка может привести к снижеиию содержания ксилолов в риформате на 1 -2% масс и более.

3. По мере увеличения планового задания на выработку сырья ксилольного риформинга содержание ксилолов в риформате будет неизбежно снижаться. Так, при изменении Сцсл от 60 м3/ч до 80м3/ч концентрация ксилолов в катализате (даже при оптимальном ведении процесса на блоке вторичной ректификации) снизится на 6,5%масс: с 48% масс до 41,5% масс, или в 1,16 раза.

а)

5 5

г й

(и £ о-

г £

оГ =с

230МЭ/Ч

48% -| 47% ]/ 46% 45% ■

сг^

245 ■

.О-

- 260 —

- 30 Ом В/ч

Т>

N

50000 55000 60000 65000 70000 75000 80000 85000 Расход дистиллята колонны К-1, кг/ч

б)

§ £

•• 240мЗ/ч 42% 41% -

■260 ---280--300

га и 40%

— и

ь Г *

I I I 39%

I * '

<и 38 /о

о

° 37%

..л:.

/

5*3

/

/

45000 50000 55000 60000 65000 70000 Расход дистиллята колонны к-1, кг/ч

75000

Рисунок 6 - Содержание ксилолов в катализате при различных расходах сырья блока вторичной ректификации бензина: а) загрузка установки риформинга 60 м3/ч; б) загрузка 80 м3/ч

Для количественной оценки точности прогнозов, выполненных с использованием компьютерной модели, в различные периоды на установках риформинга были проведены опытные пробеги. В качестве примера в таблице 4 приведены результаты опытных пробегов при различной средней загрузке блока ВРБ.

Таблица 4 - Результаты прогноза и данные опытных пробегов (загрузка ксилолыюго риформинга 60м3/ч)

Параметр Единицы измерения Среднее значение Стандартное отклонение

период 06.11.2013 - 15.11.2013

Загрузка блока ВРБ м3/ч 287 3,6

Расход целевой фр. м3/ч 60 0,3

Дистиллят К-1 т/ч 71,0 1,5

Орошение К-1 м3/ч 186 7,0

лабораторные данные катализата

Ароматические С8 % масс. 53,1

в том числе: ксилолы % масс. 45,7

расчет по модели

Ксилолы в катализате % масс. 45,6

период 06.12.2013-19.12.2013

Загрузка блока ВРБ м3/ч 246 6,7

Расход целевой фр. м3/ч 60 0,2

Дистиллят К-1 т/ч 58,5 3,5

Орошение К-1 м3/ч 189 6,1

лабораторные данные катализата

Ароматические С8 % масс. 55,2

в том числе: ксилолы % масс. 47,5

расчет по модели

Ксилолы в катализате % масс. 47,3

Для всех периодов, в которые проводились опытные пробеги, погрешность прогноза по содержанию ксилолов в катализате не превышает 0,2% масс, что свидетельствует о более чем удовлетворительной точности используемой компьютерной модели.

На основании данных опытных пробегов показано, что при проведении процесса разделения фракции 85-180°С в оптимальном режиме можно обеспечить требуемую выработку суммарных ксилолов при снижении загрузки блока вторичной ректификации и ксилолыюго риформинга. При этом существенно сокращается расход побочного низкооктанового компонента - доксилолыюй фракции (таблица 5) при соответствующем увеличении объемов выработки высокооктанового катализата широкой бензиновой фракции.

Таблица 5 - Показатели работы обычного и оптимального режима блока вторичной ректификации (ВРБ)

Параметр Размерность Обычный 07.07.2013 Оптимальный 14.12.2013

Загрузка блока вторичной ректификации м3/ч 270 245

Расход целевой фракции т/ч 51,6 44,2

Расход дистиллята колонны К-1 т/ч 57 58

Расход орошения колонны К-1 м3/ч 160 194

Загрузка ксилольного риформинга м3/ч 70 60

Содержание Ся аромат, в риформате % масс 47,6 55,1

в т.ч. ксилолов % масс 40,3 47,4

Расход риформата т/ч 41,3 35,3

Получено:

Фракция суммарных ксилолов т/сутки 444 445

Доксилольная фракция т/сутки 510 350

Анализ промышленной эксплуатации блока ВРБ и установок каталитического риформинга позволил установить, что в период (16.11.201308.02.2014), когда условия проведения процесса были близки к оптимальному режиму, удалось увеличить выработку высокооктанового катализата на 8.2 тыс. т по сравнению с периодом (15.05.2013-07.08.2013), когда расход сырья ксилольного риформинга был завышен (таблица 6).

Таблица 6 - Выработка катализата бензина и ксилолов за различные временные периоды

материальные потоки, тыс.т Период

15.05.2013-07.08.2013 | 16.11.2013-08.02.2014

взято:

прямогонная фракция 85-180°С | 401,5 | 401,5

получено:

сырье ксилольного риформинга 109,3 99,8

сырье бензинового риформинга 292,2 301,7

итого: 401,5 401,5

произведено:

катализат бензина (Оч = 95,7) 251,3 259,5

суммарные ксилолы 38,2 38,6

доксилольная фракция (Оч = 69) 45,5 37,1

побочные продукты + потери 66,5 66,3

итого: 401,5 401,5

С учетом разницы заводских цен на бензины марок АИ-95 и АИ-80 (4200 руб./т) достигнутый экономический эффект от оптимизации процесса за указанный период 85суток оценивается величиной 51 млн. руб.

Заключение

Показано, что наибольшее содержание аренов в риформате широкой фракции 85-180°С приходится на углеводороды С8, а в риформате, полученном из сырья без ксилолобразующей фракции - на С9. Появление в риформате значительного количества ароматических углеводородов С9 увеличивает вероятность их участия в реакциях диспропорционирования и гидрокрекинга. Риформирование широкой фракции, в целом, предпочтительнее, чем фракции 85-180°С без фр. 105-125°С, поскольку при той же степени ароматизации получается риформат с более низкими температурами кипения и меньшим содержанием бензола.

В результате риформирования фракции 105-125°С и фракции 112-125°С, выделенной из фракции 105-125°С, установлено, что сужение фракции 105-125°С до 112-125°С приведет, во-первых, к улучшению характеристик основного риформата (широкой фракции 85-180°С без сырья ксилолыюго риформинга) и, во-вторых, позволит достичь большей степени ароматизации парафинов С8. Кроме того, одновременно с увеличением выработки целевых углеводородов (ксилолов) может быть уменьшен расход побочного низкооктанового компонента бензина - доксилольной фракции.

Для проведения расчетных исследований с целью анализа, обобщения результатов и выдачи рекомендаций по оптимальному ведению технологического процесса разработана компьютерная модель блока вторичной разгонки бензина. После идентификации модели установлена ее адекватность, как для режимных параметров, так и для составов потоков.

Для интегральной оценки продуктивности сырья проведен статистический анализ углеводородных составов сырья ксилолыюго риформинга и лабораторных данных по содержанию ксилолов в риформате. Предложена регрессионная зависимость, позволяющая с приемлемой точностью (стандартное отклонение 0,4% масс.) оценивать суммарное содержание ксилолов в катализате целевой фракции.

При заданной загрузке блока вторичного разделения бензинов и плановом задании на выработку целевой фракции основными параметрами, определяющими продуктивность сырья ксилолыюго риформинга, являются расход орошения колонны К-1 и расход дистиллята этой же колонны.

Установлено, что избыточная загрузка блока вторичной ректификации и неоптимальный расход дистиллята К-1 обусловливают снижение содержания ксилолов в катализате ксилольного риформинга.

Промышленная проверка результатов исследования позволила выработать рекомендации по оптимальному ведению технологического процесса на блоке вторичной ректификации бензина, обеспечивающему плановый выпуск ксилолов с дополнительной выработкой высокооктанового катализата широкой бензиновой фракции за счет соответствующего снижения выхода низкооктановой доксилольной фракции.

Публикации по теме диссертации:

1. Коронатов H.H. Влияние состава сырья на показатели процесса риформинга//Нефтехимия и нефтепереработка,- 2012.- №5,- С.27-32.

2. Коронатов H.H., Кузичкин Н.В., Федоров В.И. Влияние фракционного состава сырья ксилольного риформинга на степень ароматизации углеводородов С8//Известия СПБГТИ(ТУ).- 2013,- №19,- С. 75 -77.

3. Коронатов H.H., Балукова В.А. Повышение эффективности работы установки каталитического риформинга JI4-35-11/1000 в ООО «КИНЕФ»//Нефтепереработка и нефтехимия,- 1999,- №8,- С. 37-39.

4. Коронатов H.H., Молотов К.В., Иванчина Э.Д., Кравцов A.B., Чеканцев Н.В., Шарова Е.С., Гынгазова М.С. Ресурсоэффективность применения моделирующих систем на физико-химической основе в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности //Нефтеперерабока и нефтехимия. Науч.-инф. сб. №2. ППП.: ЦНИТЭнефтсхнм, 2011.-С.З-6.

5. Коронатов H.H., Кузичкин Н.В., Федоров В.И. Выбор режимных параметров колонн блока ректификации установки суммарных ксилолов с целью получения целевой фракции оптимального состава//Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции «Приоритетные научные направления: от теории к практике», Новосибирск.-2014,-С. 122-128.

Отпечатано в типографии ООО «КИНЕФ». Россия, 187110, Ленинградская область, г.Кириши, шоссе Энтузиастов, д. 1.

Подписано в печать 25.09.2014. Формат 148x210. Бумага мелованная. Печать цифровая. Тираж 120. Заказ 1221/14.