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

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.

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.

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.

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.