Статические модели процесса изомеризации

Размещено на http://allbest.ru

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

Статические модели процесса изомеризации

Петров Павел Андреевич,

кандидат технических наук, доцент

Снегирев Никита Викторович,

аспирант кафедры

Изомеризация - процесс переработки низкооктановых фракций нефти с целью производства высокооктановых компонентов бензина. В связи с повышением рентабельности процесса [1] математическое моделирование становится важным направлением совершенствования технологий изомеризации, так как позволяет более точно предсказывать выходные показатели установок.

Разрабатывая статические модели существующих установок, появляется возможность их оптимизации путем корректировки технологических параметров процесса.

Динамические модели позволяют выбирать оптимальные управляющие воздействия, а также создавать системы управления, которые способствуют поддержанию технологического режима и оптимальному управлению при переходном процессе.

Существует несколько вариантов реализации реакторного блока процесса изомеризации:

1. реактор с неподвижным слоем катализатора; традиционный вариант реакторного блока;

2. реакционная дистилляция; в этом случае катализатор находится внутри колонны выделения изопарафинов.

В работе [2] разработана статическая математическая модель изомеризации легкой нафты по данным ООО «Кинеф». Модель состоит из рекуперативных подогревателей сырья, каскада из двух реакторов с неподвижным слоем катализатора и колонны стабилизации реакционной массы (см. рис. 1).

Авторами предложена оптимизация блока подготовки сырья, а именно выделения фракции НК-62^оС, которая поступает в реакторы изомеризации.

Рис. 1. Технологическая схема блока изомеризации

В результате оптимизации колонн выделения фракции НК-62^оС концентрация целевых компонентов в сырьевом потоке блока изомеризации увеличилась, что позволяет повысить октановое число продукта на 1,6 пункта по исследовательскому методу (ИОЧ) (см. рис. 2).

Рис. 2. Повышение октан-тонны продукта после оптимизации

В работе [3] разработана кинетическая модель реакции изомеризации (см. рис. 3) в трубчатом реакторе с неподвижным слоем катализатора, протекающая по следующему механизму:

,

где К1 и К2 - константы скорости реакций, ч^-1.

Рис. 3. Кинетические уравнения модели изомеризации

C_A0 - концентрация компонента, входящего в сырьевой поток, моль/м³

C_A - концентрация н-парафина в момент времени t, моль/м³

С_N - концентрация олефина, моль/м³

C_ISO - концентрация изопарафина, моль/м³

t - время пребывания, ч

F_A0 - мольный поток компонента, моль/ч

x - конверсия

Т и Т₀ -текущая и начальная температуры, К

e - порозность

V - объем реактора, м³

По этой модели авторы проводили исследования зависимости констант скоростей реакций К1 и К2 от температуры. Полученные результаты представлены на рис. 4.

Рис. 4 Зависимость lnK1 и lnK2 от 1/Т соответственно

низкооктановый нефть бензин изомеризация катализатор

В работе [4] рассматривается узел изомеризации с неподвижным слоем катализатора в реакторе, промышленно реализованный на нефтеперерабатывающем заводе ООО «Кинеф». В исследовании сравниваются два типа катализатора, сульфатированная платина на оксиде циркония Pt/SO₄^2-/ZrO₂ и хлорированная платина на оксиде алюминия Pt/Cl^-/Al₂O_3. Исследовано влияние катализатора на скорости протекающих реакций (см. табл.1), а также показано, то рецикл непрореагировавших углеводородов позволяет повысить октановое число продукта на 9-11 пунктов ИОЧ (см. рис. 5).

Таблица 1. Сравнение констант скорости основных реакций изомеризации

Рис. 5. Изменение ИОЧ изомеризата на разных катализаторах и реализации рецикловых потоков

Таким образом, существует множество статических моделей процесса изомеризации с каскадом реакторов с неподвижным слоем катализатора, адекватно описывающих экспериментальные и промышленные данные.

Сделаны кинетические модели реакций на некоторых типах промышленно применяемых катализаторов.

Однако, отсутствуют модели, описывающие дезактивацию катализатора, как, например, в работе [5] по изомеризации 1-пентена на феррьеритах.

Разработка математической модели по дезактивации катализатора процесса изомеризации позволит, например, точнее подбирать управляющие воздействия, что снизит экономические затраты на эксплуатацию установки. А потому математические модели процесса изомеризации требуют дальнейшей проработки.

Библиографический список

1. Е. А. Ясакова, А. В. Ситдикова, А. Ф. Ахметов, «Тенденции развития процесса изомеризации в России и за рубежом». Нефтегазовое дело, 2010. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ogbus.ru (дата обращения 10.05.2018)

2. V.A. Chuzlov, N. V. Chekantsev, E.D. Ivanchina. Development of Complex Mathematical Model of Light Naphtha Isomerization and Rectification Processes. XV International Scientific Conference «Chemistry and Chemical Engineering in XXI century». Procedia Chemistry 10 ( 2014 ) 236 - 243. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sciencedirect.com (дата обращения 10.05.2018)

3. A.S. Hamadi Rawnak A.Kadhim. Material Balance And Reaction Kinetics Modeling For Penex Isomerization Process In Daura Refinery. MATEC Web of Conferences 111, 02012 (2017) 1. - FluidsChE 2017

4. V.A. Chuzlov, К. Molotov. Analysis of optimal process flow diagrams of light naphtha isomerization process by mathematic modelling method. MATEC Web of Conferences 85, 01036 (2016) - CCT 2016.

5. Fredrik Sandelin, Tapio Salmi, D. Y. Murzin. Dynamic Modeling of Catalyst Deactivation in Fixed-Bed Reactors:? Skeletal Isomerization of 1-Pentene on Ferrierite. Ind. Eng. Chem. Res., 2006, 45 (2), pp 558-566.

Аннотация

Статические модели процесса изомеризации. Петров Павел Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации технологических процессов и производств Снегирев Никита Викторович, аспирант кафедры автоматизации технологических процессов и производств. Санкт-Петербургский горный университет.

В статье рассматриваются математические модели процесса изомеризации. Выделяются различные варианты реализации реакторного блока в статической модели. Уделено внимание разработке кинетических моделей реакций изомеризации, а также моделей дезактивации катализатора.

Ключевые слова: динамическая модель, изомеризация, математическое моделирование, система управления, статическая модель

Размещено на Allbest.ru