автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование конструкции и повышение эффективности работы реакторного блока процесса каталитического риформинга углеводородного сырья

кандидата технических наук
Костенко, Алексей Васильевич
город
Томск
год
2006
специальность ВАК РФ
05.17.08
цена
450 рублей
Диссертация по химической технологии на тему «Совершенствование конструкции и повышение эффективности работы реакторного блока процесса каталитического риформинга углеводородного сырья»

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Костенко, Алексей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА.

1.1 Реконструкция технологических схем на установках полурегенеративного риформинга.

1.1.1 Процессы полурегенеративного риформинга. Преимущества и недостатки.

1.1.2 Реконструкция технологических схем на установках полурегенеративного риформинга в России.

1.1.2.1 Модернизация установок риформинга на Рязанском нефтеперерабатывающем заводе.

1.1.2.2 Модернизация установки каталитического риформинга на Московском НПЗ.

1.1.2.3 Реконструкция установки риформинга на Уфимском НПЗ.

1.2 Прогресс в области катализаторов риформинга.

1.2.1 Классификация платиновых катализаторов.

1.2.2 Современные катализаторы для каталитического риформинга.

1.2.3 Опыт производства и эксплуатации полиметаллических катализаторов риформинга серий ПР и ШПР.

1.2.4 Развитие промышленного производства катализаторов риформинга.

1.2.5 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2 ПРИМЕНЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕАКТОРНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОЦЕССА

КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА БЕНЗИНОВ.

2.1 Расчет вариантов переобвязки первого реактора реакторного блока риформинга установки риформинга ЛЧ-35-11/1000 ПО "Киришинефтеоргсинтез".

2.2 Совершенствование реакторных устройств 2 и 3 ступени.

2.2.1 Расчет на модели оптимальной активности катализатора в течение межрегенерационного цикла.

2.2.2 Исследование на модели эффективности переобвязки реакторов 2 и 3 ступеней.

3 ТЕСТИРОВАНИЕ И ВЫБОР КАТАЛИЗАТОРА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСТАНОВКАМ КИНЕФ. ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С РАСЧЕТОМ ОПТИМАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ.

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ИЗ ОБЩЕЗАВОДСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КИНЕФ.

4.1 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ХЛОРИРОВАНИЯ КАТАЛИЗАТОРА.

4.2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.

Введение 2006 год, диссертация по химической технологии, Костенко, Алексей Васильевич

Каталитический риформинг бензинов является одним из важнейших процессов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, занимающий ведущее место в производстве высокооктанового компонента автомобильного бензина, ароматических углеводородов и водородсодержащего газа, который широко используется в гидрогенизационных процессах облагораживания прямогонных бензинов, а также в процессах деструктивной гидрогенизации (гидрокрекинга) нефтяного сырья [1].

На 1.01.2003г. мировые мощности каталитического риформинга составили 510,3 млн. т/год. Рост мощностей отмечен в КНР, странах Азиато-тихоокеанского региона и Ближнего Востока [2].

Основным фактором, влияющим на развитие процессов каталитического риформинга, остаются все более ужесточающиеся стандарты на экологические характеристики моторных топлив, поэтапно вводимые в странах Европы, Америки и Азии. В развивающихся странах установки риформинга остаются основным источником высокооктановых продуктов, способствуя постепенному отказу от этилированного бензина. В странах с более развитым рынком (Северная Америка, Европа) установки каталитического риформинга играют важную роль в удовлетворении потребности НПЗ в водороде, а также обеспечении новых требований к техническим характеристикам бензинов, а именно к содержанию бензола и упругости насыщенных паров по Рейду.

Повышение уровня эксплуатации этого процесса влечет за собой снижение себестоимости продукции, выпускаемой на промышленных установках.

Используемые в нефтепереработке катализаторы, изготовленные на основе драгоценных металлов, имеют, как правило, высокую цену и их стоимость в большинстве случаев сопоставима со стоимостью технологического оборудования установок, на которых они применяются.

В зависимости от характера технологического процесса — среднестатистической температуры, давления, характера регенерации: непрерывной, полунепрерывной, периодической и т.д. катализаторы имеют различный срок службы. Практика показывает, что оптимальная эксплуатация катализатора позволяет использовать его с более высокой эффективностью, удлиняя межрегенерационный пробег, увеличивая «жесткость» ведения процесса и т.п.

В связи с тем, что процесс каталитического риформинга остается экономически наиболее выгодным для получения высокооктановых моторных топлив, постоянно ведется поиск более эффективных вариантов его технологического оформления и способов интенсификации уже действующих производственных установок.

Решение этих задач осуществляется за счет разработки и внедрения новых катализаторов и совершенствования реакторных и теплообменных аппаратов, а также реконструкции существующих схем. При этом остается проблема дезактивации катализаторов, которая не может быть решена только подбором катализаторов, а, в основном за счет увеличения стабильности их работы при эксплуатации.

Очевидно, что максимальная эффективность промышленного процесса риформинга может быть достигнута при одновременном (синхронном) использовании, загрузки катализатора нового поколения, совместно с совершенствованием конструкции реактора, и всей технологической схемы. Решение этой многофакторной производственной задачи может быть выполнено только с применением метода математического моделирования, интенсивное внедрение которого началось в 80-е годы XX века.

При этом, нами совместно с объединением КИНЕФ была разработана и апробирована в производственной практике нестационарная модель риформинга с учетом дезактивации и старения катализатора.

Результативность этого подхода существенно повысилась с внедрением на установках риформинга ООО «КИНЕФ» компьютерной информационной системы, обеспечившую интегральную информацию об углеводородных составах сырья, катализа и показателях технологических режимов.

Реализация на заводе этих современных наукоемких методов определила объективность постановки настоящей работы, цель которой:

• на основании полученных данных с пилотных установок определить характеристики новых катализаторов при использовании в технологических расчетах;

• оценить влияние замены катализатора на результаты работы установки;

• рассчитать влияние переобвязки реакторов при различных вариантах реконструкции на технологические параметры ведения процесса и качество риформата; т

• изучить влияние и оптимизировать состав сырья с целью повышения эффективности работы промышленной установки риформинга

• разработать и внедрить методику автоматизированной обработки данных на установках ООО «КИНЕФ»

• разработать и внедрить методику расчета оптимального содержания хлора на поверхности катализатора.

Заключение диссертация на тему "Совершенствование конструкции и повышение эффективности работы реакторного блока процесса каталитического риформинга углеводородного сырья"

Выводы

1. С использованием метода математического моделирования разработана методика и проведена оценка принципиального повышения эффективности каталитического риформинга бензинов регулированием кинетической и гидродинамической составляющей его математического описания с учетом многокомпонентности сырья и нестационарности процесса.

2. Расчетами с использованием нестационарной кинетической модели установлено, что изменение радиального направления потока в первом по ходу реакторе каталитического риформинга позволят увеличить степень использования катализатора на 17-20 %, что дает возможность повысить выход жидких углеводородов на 1-1,5 %.

3. Установлено, что при движении газо-сырьевого потока от центра к периферии во втором и в третьем реакторе коксообразование снижается на 23 % за счет более равномерного распределения скоростей газо-сырьевого потока и температур при работе на оптимальной активности.

4. Показано, на примере промышленного процесса риформинга ПО «Киришинефтеоргсинтез», что применение нестационарной кинетической модели позволяет в динамике следить за изменением активности Р1-контакта, которое зависит от режимов эксплуатации и регенерации катализаторов нового поколения, а ее расчет обеспечивает проведение процесса при оптимальной активности. Это снижает коксообразование на 2—4 %.

5. В качестве критерия эффективности эксплуатации катализатора в промышленных условиях предложено использовать обобщенную характеристику - октано-тонну на 1 тонну переработанного сырья. Разработана методика расчета оптимальной активности катализатора с учетом равновесия реакций кокосообразования и гидрирования промежуточных продуктов коксования и показано, что интервал ее изменения зависит от типа катализатора и дано сопоставление величин оптимальной активности катализаторов нового поколения серий 1Ю и ПР. Для исследованных катализаторов показано, что, в зависимости от специфики НПЗ и компонентного состава углеводородного сырья, селективность РЬконтакта может отличаться на 3-5 %. Расчет с использованием разработанной и внедренной системы контроля работы катализатора позволил поддерживать в процессе промышленного риформинга оптимальную активность Р1;-контакта и обеспечивать за счет этого длительность пробега выше на 20-30 % .

6. Обоснована структура системы и на этой основе разработан программный комплекс контроля производства бензинов, основанная на непрерывном сборе информации о режиме процесса на установке , лабораторном анализе потоков, обработке, систематизации и обобщении данных с последующей выработкой прогнозной информации о процессе. Разработаны методические основы нового этапа процесса формирования заводской системы технологического контроля каталитического риформинга бензинов с автоматическим вводом режимных параметров, состава сырья и катализата.

7. Усовершенствованная заводская система регулирования технологических параметров путем внедрения разработанного технологического моделирующего комплекса позволяет оперативно производить прогнозирование процесса риформинга бензинов.

Библиография Костенко, Алексей Васильевич, диссертация по теме Процессы и аппараты химической технологии

1. Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. — М: Химия, 1979.-206 с.

2. Oil&Gas J-2001-v.99-№52-p.78

3. Сулимов А.Д. Каталитический риформинг бензинов. М.: Химия, 1973.-152 с.

4. A.A. Абросимов Экология переработки углеводородных систем,М.: Химия, 2002.-608с.

5. Международный патент №00305, 1997

6. А.И. Луговской, С.А. Логинов, П. М. Ващенко, С.А. Макеев Опыт модернизации установок риформинга, ХТТМ,2000,№5 с.

7. Г.Ф. Кузовлев, А.Е. Платонов, О.Д. Акопов, М.В. Трушин Модернизация установки каталитического риформинга, ХТТМ, 1998, №2 с.

8. О.Д. Акопов, А.Е. Платонов, B.C. Едигарова и др. Экологическая безопасность технологий: новый катализатор риформинга, ХТТМ-1998-№2-с.37-39

9. С.Г. Кращук, Б.Б. Жарков, В.В. Бурлов и др. Эксплуатация установки каталитического риформинга Л-35-11/1000 ОАО «АНХК», Нефтепереработка и нефтехимия, 2003 г., №8, сЛ 0-12.

10. Ю.Гурдин В.И., Уфимцев А.В.-ХТТМ.-2000.-№3.-с.34-35.

11. Елшин А.И., Сердюк Ф.И. и др.-ХТТМ.-2001.-№4.-с.16-17.

12. В. Веселкин, О. Дуров, Г. Васильев и др. Совершенствование эксплуатационных характеристик установок риформинга полурегенеративного типа компании ЛУКОЙЛ, Нефтепереработка и нефтехимия, 2003 г., №9, с.25-28.

13. А.В, Костенко, Е. В. Феркель Освоение новых катализаторов -направление развития отечественной нефтепереработки, Нефтепереработка и нефтехимия, 2004-№4 с.43-44

14. Кравцов A.B., Иванчина Э.Д. Компьютерное прогнозирование и оптимизация производства бензинов. Физико-химические и технологические основы. Томск: STT, 2000. - 192с.

15. Е.В. Феркель, А.И. Соловых, A.B. Костенко, А.Н. Шакун, М.А. Федорова Отечественные катализаторы приблизились к импортным, Нефтепереработка и нефтехимия, 2001-№3,с. 19-23

16. В.Ю. Бортов, Д.И, Гаранин, В.Ю. Геогриевский и др. Сравнительные испытания катализаторов риформинга фирмы «Аксенс», Нефтепереработка и нефтехимия, №2, 2003, с.10-12.

17. Материалы семинара «Аксенс», М.:2002, 27-28 марта.

18. A.C. Белый, Е.И. Удрас Опыт промышленного производства катализаторов серий ПР и ШПР, Нефтепереработка и нефтехимия, 2004-№4

19. Островский Н.М., Белый A.C. Опыт моделирования процесса риформинга бензинов. Термостатика, кинетика, дезактивавция, конструирование катализаторов, Химическая промышленность.-1999,-Т.8.-С.522-529.

20. Дуплякин В К., Белый A.C., Родионов A.B. Новая технология пропитки при производстве нанесенных катализаторов.-ХТТМ.-№ 1.-1991.-с.24-25

21. Белый A.C., Коломыцев Ю.Н. и др. каталитические свойства нового полиметаллического катализатора риформинга.-ХТТМ.-№2.-1992.-е. 1920.

22. Луговской Опыт эксплуатации полиметаллических катализаторов ПР-50, ПР-51, ХТТМ, 2000-№5, с.27-29

23. Новый высокоэффективный катализатор платформинга R-56 компании ЮОПи для процесса с периодической регенерацией, Нефтепереработка и нефтехимия, 1994, №8, с.3-7.

24. Рудье А., Почиталофф А., Прадель К. Опыт эксплуатации катализатора RG-482 фирмы ПРОКАТАЛИЗ на установке Л-35-11/1000 в АО «Салаватнефтеоргсинтез», Нефтепереработка и нефтехимия, 1997, №10, с.3-5.

25. Нефтепереработка и нефтехимия, 1995, №6, с.3-4.

26. Сорокин Ю.Б., Енгулатов В.П. Эффективность катализатора риформинга R-56, ХТТМ, 1996, №5, с.ЗО-31.

27. А.В.Якимов Применение достижений НИОКР на установке ЛГ-35-8/300Б, Нефтепереработка и нефтехимия, 2004-№4, с.23-2529.3алищевский Г.Д. Бензиновая стратегия КИНЕФ, Нефтепереработка и нефтехимия, 2000-№9,с.17-19

28. Шакун, Федорова Развитие промышленного производства катализаторов риформинга серии REF , Нефтепереработка и нефтехимия, 2004-№4

29. Луговской, Логинов, Ващенко, Опыт эксплуатации катализаторов риформинга REF-23, ХТТМ, 2000-№5,с.21-23

30. Домерг Б. Технические решения для оптимизации установок риформинга//Материалы конференции по нефтепереработке и нефтехимии.-Москва, 2003.

31. Крестинин А.К. и др. неоднородность течения реагентов в реакторах с радиальным вводом сырья на установках каталитического риформинга.//Нефтепереработка и нефтехимия, 1981, № 3, с. 26-28.

32. Луговской А. И. и др. Реконструкции блока гидроочистки установки каталитического риформинга JI4-35-11/600 РНПЗ // Нефтепереработка и нефтехимия, 1981, № 9, с. 3-5.

33. С.М. Поздняков, Г.Н. Абаев Анализ работы реакторов риформинга на основе регенерационных циклов, Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, №9, с.33-36.

34. Белый А.С., Смоликов М.Д., Кирьянов Д.И. и др. Совершенствование катализаторов риформинга и технологии процесса. Новые разработки Института катализа.- Омск, 2003.

35. Castro А.А., Scelza О.А., Baronetti G.T., Fritzler M.A., Parera J.M. Chlorine adjustment in А120з and naphtha reforming catalysts, 1983, №6, c.347-353

36. Е.В.Феркель, А.И.Соловых, А.В.Костенко, А.Н.Шакун. Отечественные катализаторы приблизились к импортным // Нефтепереработка и нефтехимия.-2001.- С. 19-21.

37. А.В. Костенко, Е.В. Феркель. Освоение новых катализаторов -стратегическое направление развития отечественной нефтепереработки // Нефтепереработка и нефтехимия.- 2004.- С. 43-45.

38. А.Н. Шакун, С.А.Логинов, Г.Д.Залищевский, A.B. Костенко и др. // Нефтепереработка и нефтехимия.- 2004.- С. 52-55.

39. Кравцов А. В., Иванчина Э. Д. Компьютерное прогнозирование и оптимизация производства бензинов. Физико-химические и технологические основы. Томск: STT, 2000. - 192 с.

40. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Варшавский О.М., Мельчаков Д.А. Физико-химические основы моделирования гетерогенно-каталитических процессов с учетом дезактивации и старения катализаторов//Химическая промышленность 1995.-1,с.241-243.

41. Иванчина Э.Д., Кравцов А.В. Моделирование комплексных технологий производства высокооктановых бензинов .- 1995.-50с.( Препр. СО РАН ,ин-т Химии нефти).

42. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Изучение физико-химических и технологических закономерностей химических процессов с использованием новых информационных технологий. Учебное пособие. Томск.- ТПУ.-1993,- 69с.

43. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Построение интеллектуальных систем для прогнозирования работы промышленных установок нефтеперерабатывающих производств//ТОХТ,1996,том 30,N 5, с. 1-7.

44. Kravtsov A.V., Ivanchina E.D. Computer prediction of Pt catalysts activity oil refining Russian-Korean Seminar on Catalisis.-Novosib.-May.-1995.-Pat.2- p.171-172.

45. Kravtsov A. V.,Ivanchina E.D. Computerized forecasting of the processes for benzine production.- Chemreactor 14.- Tomsk .- p.82-83.

46. Бесков B.C., Кравцов А.В. и др. Синтез оптимального реакторного блока процесса каталитического риформинга бензинов // Химические реакторы. — Гродно, 1986. — Т. 3. — С. 152—155.

47. Бесков B.C., Флок В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. — М.: Химия, 1991. — 252 с.

48. Флок B.C., Бесков B.C. Проблемы моделирования нефтехимических процессов //

49. Кравцов А.В., Иванчина ЭД., Сгибнев А.В. Метод компьютерного прогнозирования уровней активности промышленных платиновыхкатализаторов II Тез. докл. Междунар. конф. по химическим реакторам. — Новосибирск, 1996. — С. 164.

50. Иванчина Э.Д., Плешкова O.E. Разработка программного обеспечения для оптимального проектирования процесса каталитического риформинга бензинов // Организационно-методические проблемы разработки и внедрения САПР: Сб. тр. / ВНИПИНефть. — М., 1987. -С. 67.

51. Кравцов A.B., Москвин B.C., Иванчина Э.Д. Комплекс программ для моделирования каталитического риформинга бензинов // Информ. бюл. стран СЭВ по хим. пром-сти. — 1984. — №11. — С. 34—36.

52. Кравцов A.B., Иванчина Э.Д., Плешкова O.E. Стратегия многоцелевой оптимизации технологических режимов ХТС производства высокооктановых бензинов // Матер.

53. Иванчина Э.Д., Кравцов A.B., Варшавский О.М. Моделирование промышленного процесса риформинга бензинов с учетом дезактивации и старения катализаторов. — Томск, 1992. — 40 с. -(Препр. / СО РАН. Ин-т химии нефти).

54. Интеллектуальные системы в химической технологии и инженерном образовании: Нефтехимические процессы на Pt катализаторах / А.В.Кравцов, Э.Д. Иванчина. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. - 200 с.

55. Белый A.C., Коломыцев Ю.Н., Федоров А.П., Воронцова Л.П., Дуплякин В.К.// Химия и технология топлив и масел. 1991. — №2. - С 19-20.

56. Коломыцев Ю.Н., Белый A.C., Дуплякин В.К., Луговской А.И., Ващенко П.М., Логинов С.А., Ромашкин В.А.// Химия и технология топлив и масел. 1991. -№1. - С.4-6.

57. Белый A.C. Каталитический риформинг. Современное состояние в отечественной и зарубежной нефтепереработке// Катализ в промышленности. -2003. №2. - С. 11-19.