автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Изомеризация лёгкой бензиновой фракции в колонне реакционно-ректификационного типа

Чупарев Евгений Владимирович

ИЗОМЕРИЗАЦИЯ ЛЁГКОЙ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ В КОЛОННЕ РЕАКЦИОННО-РЕКТИФИКАЦИОННОГО ТИПА

05.17.07 - химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

Автореферат 1 9 ФЕВ 2015

диссертации на соискание степени кандидата технических наук

Чупарев Евгений Владимирович

ИЗОМЕРИЗАЦИЯ ЛЁГКОЙ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ В КОЛОННЕ РЕАКЦИОННО-РЕКТИФИКАЦИОННОГО ТИПА

05.17.07 - химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

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 химических наук,

профессор, заведующий кафедрой

технологии основного органического

и нефтехимического синтеза

РХТУ им. Д.И. Менделеева Швец Валерий Фёдорович

доктор технических наук, заслуженный изобретатель РФ, лауреат премии правительства РФ, генеральный директор

ООО «НПО Еврохим» Дыкман Аркадий Самуилович

Ведущее предприятие: общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственная фирма «ОЛКАТ».

Защита диссертации состоится 5 марта 2015 г. в 15.00 в ауд. каф. РСТ на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д212.230.01 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу: 190013, Санкт- Петербург, Московский пр., д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТИ(ТУ) и на официальном сайте организации по ссылке: http://technolog.edu.ru/ru/documents/file/1572-dissertatsiva-na-soiskanie-uchenoi-stepeM-kandidata-tekhnicheskikh-nauk.html.

Отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр. 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 Qi{ р<^/] ^ 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, , -

кандидат химических наук /"' /./ Дронов C.B.

(А'Ь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и степень разработанности. В настоящее время для повышения качества выпускаемых бензинов в нефтеперерабатывающей промышленности наибольшее распространение получили процессы алкилирования и изомеризации легкокипящих углеводородных фракций, позволяющие получать высокооктановые компоненты, соответствующие наивысшим экологическим стандартам (Евро-5).

Совершенствование этих процессов проводится по направлениям создания более эффективных каталитических систем, оптимизации аппаратурного оформления и технологических параметров, а также снижения их материалоёмкости, поскольку существующие технологии получения изомеризата и алкилата требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Отсюда следует, что особо важное значение приобретает решение проблемы энерго- и ресурсосбережения и разработка новых экономичных ! процессов превращения лёгких бензиновых фракций, например, путём их реализации в одной колонне реакционно-ректификационного типа. Подобная организация совмещённого процесса позволит существенно сократить как капитальные затраты - за счёт снижения количества используемых аппаратов

- так и эксплуатационные - за счёт отсутствия внешних рециклов. Кроме того, ввиду относительно небольшого количества оборудования установка может быть размещена на сравнительно небольшой территории.

Цель настоящей работы - разработка и исследование совмещённого процесса изомеризации лёгкой бензиновой фракции в колонне реакционно-ректификационного типа.

Для её достижения необходимо решить следующие основные задачи:

- проведение экспериментальных исследований и получение практических данных о процессе изомеризации индивидуальных углеводородных компонентов и лёгкой бензиновой фракции в проточных реакторах и в совмещённой реакционно-ректификационной колонне;

- расчёт кинетических параметров процесса изомеризации лёгкой бензиновой фракции, построение кинетической модели реактора изомеризации;

- разработка модели совмещённой колонны изомеризации легкой бензиновой фракции в программе НУБУЗ, определение оптимальных параметров процесса.

Научная новизна. Впервые на пилотной установке исследованы экспериментальные данные по изомеризации лёгкой бензиновой фракции в колонне реакционно-ректификационного типа. Для проведения реакции изомеризации в колонне реакционно-ректификационного типа разработано специальное контактное устройство с одновременной подачей сырья и водородсодержащего газа (ВСГ). Разработана адекватная процессу имитационная модель изомеризации лёгкой бензиновой фракции в колонне реакционно-ректификационного типа, позволяющая прогнозировать изменение составов продуктов и других параметров технологических режимов.

Практическая значимость. Разработана технология нового, ресурсосберегающего процесса изомеризации лёгкой бензиновой фракции в колонне реакционно-ректификационного типа. Полученные результаты экспериментальных исследований на пилотной установке и имитационной модели совмещённого процесса могут быть использованы проектными организациями, специализирующимися на разработке новых технических решений, при модернизации действующих и проектировании новых промышленных установок изомеризации бензиновых фракций на нефтеперерабатывающих заводах.

Методология и методы исследования. В ходе работы произведены экспериментальные исследования на пилотной и лабораторных установках, использованы методы газовой хроматографии, энергодисперсионной рентгенофлуорисцентной спектрометрии, а также математического моделирования и анализа химико-технологических процессов.

Достоверность результатов. Достоверность сформулированных научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием методик проведения экспериментальных исследований и методов компьютерного моделирования химико-технологических процессов; проведением численных экспериментов, подтверждающих адекватность

моделей; согласованностью расчётных данных с экспериментальными, полученными на пилотной установке.

Для анализа компонентного состава сырья и продуктов использовалось современное оборудование - программно-аппаратный комплекс на базе хроматографа «Хроматэк-Кристалл 5000».Анализ жидкостей производился на капиллярной колонкой "БОЕ ВР1-Р(ЖА 100м*0.25мм*0.5мкм" (согласно ГОСТ Р 52714-2007). Анализ газов - на насадочных колонках «НауеЗер Э 3 м» и «ЫаХ Зм» (в соответствии с ГОСТ 14920-79).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной научной конференции «Ресурсосбережение в химической технологии», Санкт-Петербург, 2012 г.; Научно-практической конференции, посвященной 184-й годовщине образования СПбГТИ(ТУ), Санкт-Петербург, 2012 г.; III Научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки - 2013», Санкт-Петербург, 2013 г.; Научной конференции, посвященной 185-й годовщине образования СПбГТИ(ТУ), Санкт-Петербург, 2013 г.;

Положения, выносимые на защиту:

Аппаратурное оформление, условия и показатели процесса изомеризации лёгких бензиновых фракций в совмещённой реакционно-ректификационной колонне со специальным контактным устройством для одновременной подачи сырья и ВСГ в реакционную зону.

Имитационная модель совмещённого реакционно-ректификационного процесса изомеризации лёгких бензиновых фракций, позволяющая рассчитывать режимы работы установки и прогнозировать состав продуктовых потоков.

Нормы технологического режима и оптимальные параметры проведения совмещённого процесса изомеризации лёгкой бензиновой фракции.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах и 5 тезисов докладов на Международных и Всероссийских конференциях.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 106 наименования, включая 40 таблиц и 39 рисунков.

Диссертация выполнена в соответствии с грантом №381 Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования на основании договора M14.Z50.31.0013 от 19.03.14 г., заключенного между Санкт-Петербургским Государственным Технологическим Институтом (Техническим Университетом), Министерством образования и науки Российской Федерации и ведущим ученым Мурзинъш Д.Ю.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы.

В первой главе представлен аналитический обзор по технологии проведения процесса изомеризации углеводородных фракций: описаны различные типы катализаторов, механизмы реакций, проведен анализ организации технологий изомеризации лёгких бензиновых фракций, рассмотрены их достоинства и недостатки.

Изучены особенности построения совмещённых реакционно-ректификационных химико-технологических процессов. Изложены методы их моделирования.

Во второй главе приведены объекты диссертационного исследования и дано описание стендовых установок.

Исследования выполнялись на следующих установках:

1. Установка прокаливания катализаторов в токе осушенного воздуха;

2. Лабораторная установка проточного реактора для испытаний катализаторов;

3. Пилотная установка с реакционно-ректификационной колонной (рисунок 1).

Сжатый

Рисунок 1 - Принципиальная схема пилотной установки с реакционно-ректификационной колонной

Обозначения, принятые на рисунке 1: К-1 - Колонна реакционно-ректификационная; Е-1 - сырьевая емкость; 0-1 - осушитель сырья; Н-1 -плунжерный насос подачи сырья; П-1 - подогреватель сырья; 0-2 - осушитель ВСГ; РД-1, РД-2, РД-3, РД-4 - редукторы подачи водорода и ВСГ; Х-1, Х-2 -продуктовые холодильники; С-1 - сепаратор; Е-2 -емкость кубового продукта; Е-3 -емкость верхнего рефлюкса; Е-4 - емкость верхнего продукта (дистиллята).

В связи с необходимостью исследования кинетики процесса и обоснования его последующей реализации в условиях действующего производства, в ходе работы рассматриваются 4 различных типа сырья: индивидуальные углеводороды н-пентан и н-гексан и аналоги промышленных типов сырья: лёгкая бензиновая фракция первого типа (ЛБФ_№1) -соответствует фракции, содержащей преимущественно изомеры гексана и лёгкая бензиновая фракция второго типа (ЛБФ_№2) соответствует фракции, состоящей как из изомеров пентана, так и изомеров гексана, а также данный тип сырья отличается пониженным содержанием углеводородов, содержащих 7 и более атомов углерода в углеродной цепи (С7+). Составы сырья приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Массовое содержание компонентов в сырье, %

Название сырья н-пентан н-гексан ЛБФ_№1 ЛБФ_№2

IС1-С4 0,00 0,00 0,05 0,65

ьпентан 0,22 0,00 0,43 28,86

п-пентан 99,73 0,00 0,93 27,99

2,2-диметилбутан 0,05 0,01 3,45 0,73

Циклопентан 0,00 0,00 7,06 1,38

2,3-диметилбутан 0,00 0,07 4,35 1,87

2-метилпентан 0,00 0,20 25,12 9,27

3-метилпентан 0,00 0,35 14,64 6,68

п-гексан 0,00 99,37 23,66 14,64

метилциклопентан 0,00 0,00 5,27 2,71

Бензол 0,00 0,00 0,63 1,14

Циклогексан 0,00 0,00 4,12 1,05

ьгептаны 0,00 0,00 5,79 1,61

п-гептан 0,00 0,00 2,15 0,52

С8+ 0,00 0,00 2,36 1 0,89

Для химических пилотной

проведения реакций в установке с

реакционно-ректификационной колонной были использованы контактные реакционные устройства, обеспечивающие протекание процесса с одновременной подачей сырья и водородсодержащего газа; схема работы устройства представлена на рисунке 2.

Жидкость

"Ч

Ко тол изо тор

ВСГ, Сирье

Рисунок 2 - Схема внутреннего реакционного устройства, использованного в колонне реакщгонно-ректификационного типа

В третьей главе описаны методики испытания на установках, а также непосредствено процесс приготовления катализатора.

Изомеризация исследуемого сырья проводилась на катализаторе типа Р^ггОг-ЗОд/АЬОз. Для его приготовления были взяты сульфатированный гидроксид циркония; гвдроксид алюминия, азотная кислота, дистилированная вода; формовка происходила с использованием шнекового экструдера. Сформованный носитель просушивался, а после прокаливался при 600°С в течение 4 часов. Далее носитель пропитывался платиной из раствора платинохлористоводородной кислоты в дастилированной воде с добавлением соляной кислоты. Раствор приготавливался из расчёта 0,3 5г платины и 1г соляной кислоты на ЮОг носителя. Пропитанный носитель просушивался, а после прокаливался на специально смонтированной установке при температуре в реакторе 500°С и температуре точки росы осушенного воздуха -50°С в течении 2 часов.

Исследования в проточном реакторе проводились при следующих параметрах: температура 135-180 °С, объёмная скорость 2-7 ч"1, давление 20 ати и кратность циркуляции водорода 600 нм3/м3 сырья. Результаты, испытаний при объёмной скорости 2 ч"1 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты проведения экспериментальных исследований по изомеризации в реакторе проточного типа

Название сырья ЛБФ №1 ЛБФ №2 н-пентан н-гексан

Температура, °С 160 170 180 160 170 180 155 165 175 160 170Л 180

Наименование компонента Содержание компонента, % масс.

ХС1-С4 2,76 2,95 3,00 2,59 2,66 2,72 2,02 2,36 2,77 0,80 1,60 1,98

ьпентан 0,70 0,76 0,79 43,57 44,19 44,40 77,80 78,50 78,26 0,40 0,77 0,98

п-пентан 0,62 0,59 0,57 11,25 10,92 10,34 19,14 18,06 17,79 0,10 0,43 0,00

2,2-диметилбутан 11,58 14,50 17,26 3,55 4,62 5,87 0,27 0,26 0,34 26,94 31,72 36,39

циклопентан 7,03 6,92 7,17 1,34 1,39 1,33 - - - - - -

2,3 -диметилбутан 6,67 6,76 6,42 3,26 3,17 3,12 0,18 0,18 0,17 8,51 8,03 7,72

2-метилпентап 23,75 23,84 21,66 11,26 11,09 11,19 0,24 0,26 0,31 29,04 27,21 25,20

3-метилпентан 13,88 13,25 12,99 6,50 6,46 6,48 0,20 0,21 0,22 16,60 15,45 14,52

п-гексан 13,25 Ц,82 11,26 7,95 6,55 5,87 0,15 0,17 0,14 17,28 14,35 12,85

метилциклопентан 7,22 6,95 7,07 2,86 3,04 2,79 - - - 0,33 0,43 0,37

бензол 0,06 0,04 0,02 0,41 0,38 0,35 - - -

циклогексап 3,08 3,06 3,35 1,55 1,70 1,55 - - -

1-гелтаны 6,07 5,45 5,25 2,68 2,66 2,82 - - -

п-гептан 0,87 0,78 0,81 0,34 0,34 0,31 - - -

С8+ 2,45 2,32 2,39 0,88 0,84 0,88 - - -

Конверсия п-пентана, % - - - 59,81 60,99 63,06 80,81 81,89 82,16 - - -

Конверсия п-гексана, % 44,00 50,04 52,41 45,70 55,26 59,90 - - - 82,61 85,56 87,07

очим 75,4 76,8 77,6 79,7 80,9 81,5 86,2 86,5 86,6 73,7 76,1 77,9

Для последующего моделирования процесса изомеризации в колонне реакционно-ректификационного типа были выполнены исследования по изомеризации сырья типов ЛБФ_№1 и ЛБФ_№2 на установке, представленной на рисунке 1. Параметры отработанных режимов приведены в таблице 3, составы продуктов - в таблице 4. Исходя из данных о режимах следует, что высокое содержание углеводородов С7+ (например, в сырье типа ЛБФ_№1) негативно сказывается на режиме, вынуждая увеличивать отбор с куба и снижать отбор дистиллята, который имеет более высокое октановое число по исследовательскому методу (ОЧИМ) и является предпочтительным.

Таблица 3 - Характеристика рабочих режимов в колонне реакционно-ректификационного типа

Название сырья ЛБФ_№1 ЛБФ_№2

Наименование характеристики Режим №1 Режим №2 Режим №1 Режим №2 Режим №3

Подача сырья, л/ч 4 5 4 4 4

Давление, ати 15 15 19 19 19

Подача Нг в реакционную зону РЗ-1, л/мин 30 30 30 30 30

Подача Нг в реакционную зону РЗ-2, л/мин 30 30 30 30 30

Подача флегмы, л/ч 10 10 6 7 7

Соотношение отборов, % масс.верх / % масс.куба 86/14 86/14 98/2 96/4 96/4

Место подачи сырья В нижнюю зону ректифи кации В нижнюю зону ректифи кации В нижнюю реакцио нную зону В нижнюю зону ректифи кации В нижнюю реакцио нную зону

Таблица 4 - Результаты проведения экспериментальных исследований по изомеризации в совмещённой колонне

Название сырья ЛБФ №1 ЛБФ №2

Наименование компонента Режим №1 Режим №2 Режим №1 Режим №2 Режим №3

Отбор дистиллята Отбор куба Отбор дистиллята Огбор куба Отбор дистиллята Огбор куба Отбор дистиллята Отбор куба Отбор дистиллята Огбор куба

1С1-С4 2,84 0,00 1,99 0,00 1,92 0,00 2,94 0,00 4,12 0,00

ьпентан 3,11 0,03 2,06 0,00 54,69 0,17 58,71 0,29 62,88 0,29

п-пентан 1,04 0,03 0,82 0,00 9,60 0,25 8,81 0,43 8,25 0,32

2,2-диметилбутан 48,26 0,83 37,67 0,36 13,39 0,60 13,26 1,42 11,66 2,68

циклопентан 6,34 0,00 7,13 0,19 0,95 0,05 1,00 0,08 0,85 0,00

2,3-диметилбутан 8,62 2,15 10,61 1,23 3,42 1,25 3,00 2,49 2,46 4,78

2-метилпентан 20,75 7,92 24,04 5,19 9,36 4,62 8,12 8,66 6,58 12,69

3-метилпентан 6,84 7,17 7,87 4,61 4,00 4,59 3,05 7,82 2,39 11,54

п-гексан 2,16 11,96 4,68 9,55 2,51 9,43 1,06 11,75 0,78 15,50

метилциклопентан 0,28 7,54 0,91 8,39 0,11 11,71 0,04 10,50 0,02 9,22

бензол 0,00 0,19 0,06 0,32 0,00 0,43 0,01 0,19 0,01 0,04

циклогексан 0,00 11,76 0,00 12,23 0,02 12,90 0,00 11,82 0,00 10,79

ьгептаны 0,00 16,89 0,00 20,15 0,02 17,46 0,00 15,39 0,00 11,39

п-гептан 0,00 8,49 0,00 9,88 0,01 6,60 0,00 4,67 0,00 3,35

С8+ 0,00 24,37 0,00 27,27 0,00 29,93 0,00 24,50 0,00 17,41

очим 88,2 62,4 83,7 62,2 85,9 65,9 87,5 66,9 88,2 67,3

ОЧИМ суммарное 84,6 80,7 85,5 86,7 87,4

Моделирование реакторного блока процесса изомеризации описано в четвёртой главе. Расчёт кинетики для основных реакций (изомеризация пентана и гексана) производился на основании данных об изомеризации индивидуальных компонентов, побочные реакции моделировались на основании данных об изомеризации сырья типов ЛБФ_№1 и ЛБФ_№2.

Математическое описание процессов, происходящих в реакторе изомеризации, выполнялось согласно модели реактора идеального вытеснения.

Для описания изменения концентраций использован метод Эйлера:

6С?/дх - скорость реакции образования компонента 1 в момент времени т; Дт - шаг по времени.

Рассчитанные кинетические параметры были подтверждены сравнением расчётных и экспериментальных данных по составам потоков, получаемых на выходе с реактора в результате изомеризации сырья типов ЛБФ_№1 и ЛБФ_№2. Из данных, приведённых в таблице 5 следует, что относительная погрешность определения концентраций компонентов в продуктах не превышает 6%, причём наибольшие отклонения 4-6% в основном получены для побочных компонентов с низким содержанием в продуктовых потоках.

В пятой главе описано имитационное моделирование реакционно-ректификационной колонны изомеризации лёгкой бензиновой фракции, выполненное на программном обеспечении НУБУБ. Для моделирования реакционных зон использованы данные о кинетике реакций, полученные ранее (глава 4). Моделирование ректификационных секций осуществлялось на основе информации о парожидкостном равновесии, имеющейся в базе данных программы НУБУЗ.

(1)

где С1, - концентрация компонента 1 в момент времени т; с.п-дт_ концентрация компонента 1 в момент времени т+Дт;

Таблица 5 - Относительная погрешность определения концентраций компонентов на выходе из реактора при изомеризации аналога промышленного сырья типа ЛБФ_№2

Наименование компонента Относительная погрешность определения конценп эаций компонентов в продукте, %

Режим №1 Режим №2 Режим №3 Режим №4 Режим №5 Режим №6 Режим №7 Режим №8 Режим №9 Режим №10 Режим №11 Режим №12

I с,-с4 2,57 0,02 2,19 2,04 2,92 2,46 0,15 0,58 1,78 0,00 1,59 3,93

¿-пентан 1,36 0,67 1,96 1,41 1,03 2,00 0,67 1,86 0,98 0,57 0,20 0,33

п-пентан 0,89 1,23 0,05 1,25 0,36 1,22 0,92 0,26 1,01 0,55 1,28 0,43

2,2-диметилбутан 0,16 1,97 2,42 2,66 0,02 0,91 0,26 0,33 2,46 2,12 1,37 0,54

циклопентан 1,20 1,65 0,16 2,63 1,27 0,91 2,15 1,51 0,56 1,14 1,11 2,75

2,3 -диметилбутап 1,73 0,06 2,30 2,36 1,82 0,56 1,26 0,34 0,32 2,09 1,58 2,62

2-метилпентан 0,16 2,84 1,66 0,79 2,41 0,73 0,23 1,07 2,53 1,06 2,75 1,87

3-метилпентан 0,17 0,61 1,65 0,66 1,90 2,29 1,36 2,48 2,36 1,30 2,99 2,74

п-гексан 1,66 1,53 0,61 1,45 2,70 0,54 1,42 2,88 0,63 2,73 2,85 0,03

метилциклопентан 3,07 2,01 2,93 2,21 2,34 2,29 4,09 3,87 5,04 3,20 1,00 4,03

бензол 3,24 2,26 4,01 0,21 2,60 1,40 0,84 2,35 4,20 1,53 1,51 2,80

циклогексан 4,62 2,78 1,79 2,30 4,33 2,40 3,07 1,17 3,83 0,75 4,74 2,80

¿-гептаны 3,28 0,03 1,31 2,67 3,57 0,49 1,05 0,72 4,63 5,13 1,22 4,73

п-гептан 0,18 1,92 0,76 0,05 0,76 5,25 1,25 2,42 4,90 2,75 0,90 2,50

с8+ 0,34 1,18 3,69 2,45 4,51 4,13 3,54 3,14 1,12 2,23 1,77 3,93

Была построена имитационная модель пилотной установки с реакционно-ректификационной колонной. Схема модели, с помощью которой описывается установка, представлена на рисунке 3. Указанная модель позволяет описывать работу пилотной установки на различных типах сырья. Составы, продуктов, получаемые согласно модели на сырье типа ЛБФ_№2, а также их сравнение с экспериментальными данными приведено в таблице 6, откуда следует, что относительная погрешность определения концентраций компонентов не превышает 10% (при этом для основных компонентов - не превышает 6%), что позволяет говорить об адекватности разработанной модели.

С использованием имитационной модели была выполнена оптимизация конструктивных и технологических параметров установки.

Для оптимизации процесса на сырье типа ЛБФ_№1 был выбран режим №1 (таблица 3), так как на этом режиме наблюдался значительно более . высокий выход высокооктановых компонентов (48,3 % масс. 2,2-ДМБ в дистилляте), по сравнению с режимом №2 (37,7 % масс. 2,2-ДМБ в дистилляте), и как следствие суммарное ОЧИМ продуктов составило 84,6 пункта режиме №1 против 80,7 на режиме №2.

В результате оптимизации процесса для сырья типа ЛБФ_№1 удалось сократить число теоретических тарелок по секциям: в верхней ректификационной секции с 10 до 7, в средней - с 20 до 15. Сокращение числа тарелок в нижней секции приводит к увеличению крекинга, так как в нижнюю реакционную зону начинает попадать большое количество гептанов и более тяжелолетучих компонентов, поэтому сокращение числа тарелок в нижней секции нецелесообразно. Суммарное сокращение числа тарелок практически не оказывает отрицательного влияния на качество получаемых продуктов, в некоторой мере даже оказывая положительное- уменьшается крекинг углеводородов. Также была произведена оптимизация режима работы колонны, путём увеличения расхода флегмы на 8% и перераспределения отборов продуктов (дистиллят/кубовый отбор 88 % масс. / 12 % масс.); удалось добиться увеличения суммарного ОЧИМ изомеризата на 2,1 пункта.

поток

Рисунок 3 - Схема имитационной модели установки с реакционно-ректификационной колонной в программе НУБУБ

Таблица 6 - Данные по составам потоков, полученным согласно расчётной модели на аналоге промышленного сырья

типа ЛБФ_№2 и сравнение с экспериментальными данными

Наименование компонента Содержание в продуктах согласно расчётной модели, % масс. Относительное отклонение от экспериментальных значений, %

Режим №1 Режим №2 Режим №3 Режим №1 Режим №2 Режим №3

Отбор дистил лята Отбор куба Отбор дистил лята Отбор куба Отбор дистил лята Отбор куба Отбор дистил лята Отбор куба Отбор дистил лята Отбор куба Отбор дистил лята Отбор куба

I С,-С4 1,94 0,00 3,06 0,00 4,09 0,00 1,04 0,00 4,08 0,00 0,73 0,00

¿-пентан 54,70 0,17 58,78 0,29 62,64 0,29 0,02 0,00 0,12 0,00 0,38 0,00

п-пентан 9,86 0,26 9,01 0,44 8,00 0,32 2,71 4,00 2,27 2,33 3,03 0,00

2,2-диметилбутан 13,28 0,58 12,88 1,47 12,11 2,75 0,82 3,33 2,87 3,52 3,86 2,61

циклопентан 0,93 0,05 0,99 0,08 0,89 0,00 2,11 0,00 1,00 0,00 4,71 0,00

2,3-диметилбутан 3,28 1,22 2,98 2,50 2,49 4,55 4,09 2,40 0,67 0,40 1,22 4,81

2-метилпентан 9,39 4,43 8,02 8,21 6,60 12,54 0,32 4,11 1,23 5,20 0,30 1,18

3-метилпентан 3,98 4,69 3,13 7,61 2,37 11,41 0,50 2,18 2,62 2,69 0,84 1,13

п-гексан 2,49 9,70 1,10 11,61 0,77 15,84 0,80 2,86 3,77 1,19 1,28 2,19

метилциклопентан 0,10 11,34 0,04 10,55 0,02 9,20 9,09 3,16 0,00 0,48 0,00 0,22

бензол 0,00 0,42 0,01 0,18 0,01 0,04 0,00 2,33 0,00 5,26 0,00 0,00

циклогексан 0,02 12,84 0,00 12,09 0,00 10,61 0,00 0,47 0,00 2,28 0,00 1,67

1-гептаны 0,02 17,25 0,00 15,70 0,00 11,47 0,00 1,20 0,00 2,01 0,00 0,70

п-гептан 0,01 6,72 0,00 4,62 0,00 3,48 0,00 1,82 0,00 1,07 0,00 3,88

С8+ 0,00 30,32 0,00 24,63 0,00 17,49 0,00 1,30 0,00 0,53 0,00 0,46

Для оптимизации процесса на другом сырье, типа ЛБФ_№2, был выбран режим №2 (таблица 3), так как в этом случае наблюдается низкий крекинг (менее 3% масс.) и высокий выход целевых высокооктановых компонентов (58,71 % масс, изопентана и 13,26 % масс. 22-ДМБ в дистилляте). При этом суммарное ОЧИМ продуктов составило 86,7 пункта.

В результате оптимизации процесса для сырья типа ЛБФ_№2 - удалось сократить число теоретических тарелок по секциям: в верхней ректификационной секции с 10 до 7, в средней - с 20 до 15, в нижней - с 10 до 7. Суммарное сокращение числа тарелок не оказало значительного влияния на показатели процесса. Помимо прочего, в ходе моделирования был рассмотрен вариант организации процесса с боковым отбором из средней ректификационной секции. При этом удалось выделить практически чистый изопентан в виде дистиллята, что может иметь ценность на ряде предприятий, использующих или производящих его в качестве сырья для нефтехимии, например, синтеза изопреновых каучуков. Было показано, что суммарное ОЧИМ изомеризата для сырья типа ЛБФ_№2 увеличилось приблизительно на 1,2 пункта.

Таким образом, полученные результаты дают основание утверждать о перспективности предложенной новой технологии проведения процесса изомеризации лёгкой бензиновой фракции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые разработана ресурсосберегающая технология изомеризации лёгкой бензиновой фракции в колонне реакционно-ректификационного типа на катализаторе Р1/2г02-Б04/А1203, позволяющая получать высококачественное топливо, соответствующее высоким экологическим стандартам (Евро-5);

2. Приготовлен катализатор изомеризации Р1/2г02-804/А1203, обеспечивающий проведение процесса с высокой эффективностью в

диапазоне температур 150-180°С, обеспечивающий увеличение ОЧИМ лёгкой бензиновой фракции «за проход» до 11-13 пунктов в зависимости от сырья;

3. Для реализации совмещённого реакционно-ректификационного процесса изомеризации предложен новый аппарат, оснащённый контактными устройствами, позволяющими осуществлять процесс изомеризации с одновременной подачей сырья и водородсодержащего газа;

4. Разработана ресурсосберегающая химико-технологическая система изомеризации лёгкой бензиновой фракции, в составе колонны реакционно-ректификационного типа и вспомогательного оборудования; выполнено её моделирование. На основе анализа данных экспериментальных и имитационных исследований определены оптимальные режимы ведения процесса, обеспечивающие увеличение ОЧИМ изомеризата на 18-20 пунктов относительно сырья.

Публикации по теме диссертации:

1. Чупарев Е.В, Зернов П.А., Парпуц О.И., Мурзин Д.Ю. Процесс изомеризации н-пентана в совмещенной колонне реакционно-ректификационного типа// Известия СПбГТИ(ТУ). - 2014 - №23(49). С.43-47

2. Чупарев Е.В., Зернов П.А., Парпуц О.И, Лисицын Н.В. Низкотемпературная изомеризация н.-гексана на каталитических системах A1203/Zr02/S04/Pt // Журнал прикладной химии - 2014. - Т. 87. № 6. - С. 760-766.

3. Chuparev, Е. V., Paiputs, О. I., Giyazov, О. V., Stepanov, К. A., Lisitsyn, N. V., Zemov, P. A. Improve the isomerization of alkanes by catalytic distillation // Hydrocarbon Processing.-2014. - Vol.93, № 2. - pp.55-60

4. Чупарев E.B., Гиязов O.B., Зернов П.А., Парпуц О.И., Ратасеп М.А., Шалупкин Д.Н. Энергоэффективная технология получения

высокооктановых компонентов бензина // Международная научная конференция «Ресурсосбережение в химической технологии», СПб.: СПБГТИ (ТУ), 2012 - С. 7.

5. Чупарев Е.В., Гиязов О.В., Зернов П.А., Парпуц О.И. Исследование процессов изомеризации пентана и гексана в колонне реакционно-ректификационного типа // Материалы научно-практической конференции, посвященной 184-й годовщине образования Санкт-Петербургского Государственного Технологического Института (технического университета), СПб: СПбГТЩТУ), 2012. - С. 59-60

6. Чупарев Е.В., Гиязов О.В., Зернов П.А., Парпуц О.И. Исследование процессов изомеризации пентана и гексана в колонне реакционно-ректификационного типа // Сборник тезисов научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки - 2013» Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), СПб: СПбГТЩТУ), 2013. - С. 64

7. Чупарев Е.В., Гиязов О.В., Зернов П.А., Парпуц О.И. Исследование кинетики процессов изомеризации пентана и гексана // Сборник тезисов научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки - 2013» Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), СПб: СПбГТЩТУ), 2013. - С. 79-80

8. Чупарев Е.В., Гиязов О.В., Зернов П.А., Парпуц О.И. Исследование процессов изомеризации пентана и гексана в колонне реакционно-ректификационного типа // Материалы научной конференции, посвященной 185-й годовщине образования Санкт-Петербургского Государственного Технологического Института (технического университета), СПб: СПбГТЩТУ), 2013. - С. 142

Отпечатано с оригинал-макета. Формат 60х90'/|б Объем 1,0 печ.л. Тираж ¡00 экз. Зак. № 9.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 Типография издательства СПбГТИ (ТУ), тел. 49-49-365