IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Актуальность темы

Каталитический риформинг является важнейшим процессом современной нефтепереработки и нефтехимии и уже более полувека используется для получения высокооктанового бензина и водорода. Постоянный рост потребления высокооктановых автомобильных бензинов во всем мире ставит перед нефтепереработчиками серьезную задачу оптимизации процесса каталитического риформинга бензина с целью увеличения ресурсов высокооктанового риформата. Данная проблема более чем актуальна в России, где доля риформатов в общем объеме бензинового фонда превышает 50%

Цель работы

Изучить различные способы повышения эффективности работы реакторов риформинга. Предложить собственные методы по увеличению производительности и эффективности работы реакторов риформинга. Проанализировать и сравнить имеющиеся в настоящий момент способы с новыми предложениями по данной тематике.

Методы исследования

Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентов и интернет источников.

Задачи исследования

Произвести мониторинг литературных источников (книг, журналов, научных публикаций и интернет статей), определить основные направления данного вопроса и произвести патентный поиск с целью изучения новых способов повышения работоспособности реакторов каталитического риформинга.

Глава 1 Литературный обзор современного состояния вопроса

1.1 Обзор технической литературы

Произведя обзор технической литературы таких авторов как :

Поникаров. И. И. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки;

Белый, С. А. Основные положения эксплуатации установки каталитического риформинга.

Найдено предложение по увеличению эффективности работы реакторов каталитического риформинга. Процесс заключается в переводе реактора на процесс с непрерывной регенерацией катализатора.

Дооборудование технологической схемы четвертым реактором и регенератором и переводом установки на комбинированный принцип работы

реакторного блока дуалформинг.

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема процесса дуалформинг

1 -действующие реакторы; 2 - действующие печи, 3 - новый реактор; 4 - регенератор; 5 - сырьевой насос; 6 - новая печь; 7 - новый теплообменник сырье/продукт; 8 - рециркуляционный компрессор; 9 - воздушный холодильник; 10 -сепаратор. I-сырье; II - водородсодержащий газ; III - нестабилизированный катализат.

Замена реактора, добавление регенератора и перевод установки на режим непрерывной регенерации катализатора – октанайзинг.

Рисунок 2 – Технологическая схема процесса октанайзинг

Проведение глубокой реконструкции установки с переводом на непрерывную регенерацию катализатора платформинга.

Рисунок 3 – Принципиальная технологическая схема процесса платформинг

1 – бункер закоксованного катализатора; 2 – бункер регенерированного катализатора; 3 – шлюз; 4 – дозатор; 5 – разгрузочное устройство; I – гидроочищенное сырье; II – ВСГ; III –нестабильный катализат.

1.2 Обзор по публикациям

Произведя обзор современных журналов по данному вопросу, найдены статьи:

1 “Оптимизация подачи хлороводорода в реакторы риформинга на основе учета коксонакопления на катализаторе” авторов – С.А. Фалеев, И.К. Занин, Э.Д. Иванчина, Е.С. Шарова, В.И. Продан.

2 Хатмуллина Д. Д. “Катализаторы риформинга” из журнала “Молодой ученый”.

Основными управляющими параметрами процесса каталитического риформинга бензинов, с помощью которых можно влиять на активность катализатора во время сырьевого цикла, являются температура и количество подаваемого в реакторный блок хлорорганического компонента

Данные авторы предлагают метод заключающийся в подаче хлорорганики на катализатор. Падение активности катализатора может произойти из-за присутствия относительно больших количеств сероводорода в стабильном гидрогенизате, который является каталитическим ядом для металлов, используемых в промышленных катализаторах риформинга бензинов. Для восстановления активности катализатора нужно увеличить расход трихлорэтилена в зону реакции.

Хлор-органика превращаясь в НСl, способствует десорбции сероводорода с поверхности активных центров катализатора и тем самым повышает активность, что соответственно приводит к увеличению октанового числа. Активация катализатора хлорорганическими соединениями носит пиковый характер, поэтому подача хлорорганики должна осуществляться в строго дозированных количествах, так как в результате попадания избыточного количества хлора на катализатор происходит повышение кислотности, вследствие чего существенным образом увеличивается скорость реакций гидрокрекинга, гидрогенолиза и, как следствие, снижение октановых характеристик и выхода целевого продукта.

3 Следующая статья “Совершенствование процесса каталитического риформинга” авторы: Мирошникова Д.А., Леденёв С.М.

С целью совершенствования действующей установки авторами предлагается заменить каталитическую систему в реакторах риформинга на систему с катализатором ПР-71 и скаллопами v–образными профилями щелевого экрана.

Катализатор риформинга ПР-71 является новой версией промышленного катализатора и представляет собой композицию активных веществ (металлы: платина, рений; промоторы, галоид), которые содержатся в пористой матрице оксида алюминия. Условия приготовления катализатора обеспечивают: оптимальное распределение активных центров в пористой матрице оксида алюминия; сохранение каталитической активности в течение реакционного цикла длительностью до 2-х лет без потери потребительских свойств.

Проведенные авторами расчеты показали:

1) что при более высоком сроке службы и межрегенерационном пробеге предлагаемый катализатор позволяет получить более высококачественный риформат с более высоким суммарным выходом катализата.

2) Использование скаллопов новой конструкции позволяет более равномерно распределить поток газосырьевой смеси по зоне реакции и, как следствие, исключить появление застойных зон в слое катализатора и снизить скорость нарастания перепада давления в реакторе в ходе межрегенерационного периода, то есть увеличить межрегенерационный период и срок службы реактора в целом.

1.3 Обзор по научным работам

В диссертации на тему «Повышение эффективности работы реакторов риформинга большой единичной мощности с применением информационно-моделирующих комплексов» – автор научной работы : Молотов Константин Владимирович, предложен один из способов повышения эффективности работы реакторов установки каталитического риформинга. В данной диссертации говориться, что оптимальная активность - есть активность катализатора в условии равновесия реакций образования коксогенных структур и их гидрирования. Следовательно, для долгосрочной работы катализатора в будущем, необходимо поддерживать уровень текущей активности максимально близкий к уровню оптимальной активности. Эта задача существенно упрощается при использовании компьютерной моделирующей системы, которая не только позволяет определять уровень текущей и оптимальной активности, но составлять рекомендации, которые позволят вносить коррективы в технологический режим с целью оптимизации процесса. Данные модели обладают прогнозирующей способностью. Прогнозирование активности катализатора является значимым, т.к. это способствует оптимальному ведению процесса с получением максимального выхода продуктов риформинга.

В диссертации Гынгазовой Марии Сергеевны «Моделирование работы реакторов процесса риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора с учетом коксообразования» были получены следующие наблюдения:

1) Эффективность процесса риформинга бензинов с непрерывной регенерацией катализатора зависит от изменения активности катализатора по длине и радиусу слоя вследствие протекания реакций коксообразования и кратности циркуляции катализатора в системе реактор-регенератор. Показано, что увеличение кратности циркуляции катализатора с 0,008 до 0,016 м 3 /м 3 приводит к снижению на 2 % содержания кокса на катализаторе на выходе из реакторного блока, что обеспечивает повышение селективности превращения углеводородов.

2) Установлено, что учет протекающих реакций коксообразования при моделировании нестационарного процесса риформинга бензинов и влияния кратности циркуляции катализатора на профиль концентраций кокса в реакторе позволяет рекомендовать оптимальные режимы работы реакторного блока для получения риформата заданного качества, которые лежат в интервале Т = 500- 520 °С, р =0,35-0,80 МПа, кратность циркуляции катализатора 0,008-0,010 м 3 /м 3 в зависимости от углеводородного состава перерабатываемого сырья.

3) Установлено, что для реакторов риформинга с движущимся слоем катализатора оптимизация направления движения газо-сырьевой смеси позволяет повысить эффективность процесса до 3 % за счет увеличения степени превращения сырья в продукт.

4) Реакторные устройства с направлением подачи сырья в центральную трубу повышают эффективность процесса риформирования с непрерывной регенерацией катализатора. Согласно проведенным расчетам смена направления газосырьевой смеси на противоположное позволит получать продукт с большим октановым числом при прочих равных параметрах. После смены направления движения сырья, в отличие от риформинга с неподвижным слоем, увеличивается выход ароматических соединений (до 5 % масс).

5) Методика расчета реакторного оборудования, основанная на учете реакционной способности углеводородов, изменения активности катализатора по высоте и радиусу слоя, позволяет оптимизировать направление подачи сырьевого потока в реакторах процесса каталитического риформинга с непрерывной регенерацией.

Глава 2 Патентные исследования

Патентные исследования - это целый комплекс мероприятий, выполняемых разработчиком для выявления путем сопоставления определенных признаков и показателей разрабатываемого объекта техники с показателями аналогичных по назначению и функционированию объектов, содержащихся в патентных и других источниках информации.

Патентный поиск - это процесс отбора соответствующих запросу документов или сведений по одному или нескольким признакам из массива патентных документов или данных, при этом осуществляется процесс поиска из множества документов и текстов только тех, которые соответствуют теме или предмету запроса.

Патентный поиск осуществляется посредством информационно-поисковой системы и выполняется вручную или с использованием соответствующих компьютерных программ, а так же с привлечением соответствующих экспертов. К достоинствам данного вида поиска следует отнести, прежде всего, подтвержденную патентной экспертизой достоверность, новизну и практическую полезность содержащихся в ней сведений. Важно отметить подробность описаний изобретений, сопровождаемых необходимыми графическими материалами в виде чертежей, схем и графиков.

В общем случае содержание патентных исследований может составлять следующее:

— исследование требований потребителей к продукции и услугам;

— обоснование конкретных требований по совершенствованию существующей и созданию новой продукции и технологии, а также организации выполнения услуг; обоснование конкретных требований по обеспечению эффективности применения и конкурентоспособности продукции и услуг; обоснование проведения необходимых для этого работ и требований к их результатам;

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МАХП Сарилов М. Ю.

« 01 »сентября 2016 г.

ЗАДАНИЕ № ОН2

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) Повышение эффективности работы реакторов риформинга

_____________________ шифр работы (темы) ______________________________________

Этап работы курсовое проектирование, сроки его выполнения 01.09.2016 – 22.12.2016

Задачи патентных исследований: нахождение аналогов и прототипов по данной тематике,

их анализ, нахождение их достоинств и недостатков

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований	Подразделения-исполнители (соисполнители)	Ответственные исполнители (Ф.И.О.)	Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание	Отчетные документы
Патентный поиск на тему «Повышение эффективности работы реакторов риформинга	www.fips.ru www.viniti.msk.su	Лисков П.А.	1.09.2016- 18.11.2016	Заполнение таблицы 6.1 – Патентная документация
			18.11.2016- 1.12.2016	Заполнение таблицы 6.2 – Научно- техническая и нормативная документация
			1.12.2016- 22.12.2016	Заполнение таблицы 6.3 – Тенденции развития объекта исследования

Руководитель ___________ Т.И. Башкова _______________

патентного подразделения ^{личная подписьрасшифровкадата}

^{подписи}

Руководитель подразделения ___________ М.Ю. Сарилов _______________

исполнителя работы ^{личная подписьрасшифровкадата}

^{подписи}

К заданию № ОН2 от 01. 09. 2016 г.

2.2 Регламент патентного поиска

Студенту Лискову Павлу Андреевичу

Группы 3ОНб-1 по теме

Повышение эффективности работы реакторов риформинга

Стадия Курсовое проектирование

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

2.3 Фомы отчета о патентном поиске

1 Поиск проведен в соответствии с заданием ОН2 от 01.09. 2016 г. и Регламентом поиска № 3ОНб1.2. от 01.09.2016 г.

2 Начало поиска 01.09 2016 г. Окончание поиска _22.12.2016 г.

3 Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

4 Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

5 Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица 2.1 - Патентная документация

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*	Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*	Название изобретения (полной модели, образца)	Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)
Реактора риформинга	Патент РФ 2572601 C10G 61/02 C10G 59/02 C10G 35/0	ЮОП ЛЛК (US) 2013143832/04 10.04.2015	Реактор платформинга	Действует до 30.10. 2025 г.
Реактора риформинга	Патент РФ 2252067 B01J4/00	ООО "Компания КАТАХИМ" (RU) 2003131938/15 31.10.2003	Загрузка катализатора для реактора риформинга	Данных нет
	Патент РФ 2470065 C10G 35/22 C10G 35/04 Патент РФ 2151166 C10G35/085	ЧАЙНА ПЕТРОЛЕУМ & КЕМИКАЛ КОРПОРЕЙШН (CN),РЕСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ ОФ ПЕТРОЛЕУМ ПРОЦЕССИНГ, СИНОПЕК (CN) 2010119051/04 30.10.2008 Открытое акционерное общество "Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез" 99101318/04 20.01.1999	Пассивация реактора непрерывного риформинга Увеличение работы реактора риформинга	Действует до 30.10. 2023 г. Не действует

Таблица 2.2 – Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчеты о научно-исследовательских работах)

Предмет поиска	Наименование источника информации с указанием страницы источника	Автор, фирма (держатель) технической документации	Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)
Реактора риформинга	www.fips.ru стр. 2	МОЗЕР Марк Д. (US),СЭДЛЕР Клейтон К. (US),ЛАПИНСКИ Марк П. (US)	10.04.2015
	www.viniti.msk.su стр.5	Смирнов В.К. (RU),Талисман Е.Л. (RU),Бабаева И.А. (RU),Бабаев М.И. (RU),Ирисова К.Н. (RU)	20.05.2005
	www.fips.ru стр.7	ВАНГ Джиегуанг (CN),МА Айзенг (CN),РЕН Джианкианг (CN),ДЖИ Чангкинг (CN),ЖАНГ Ксинкуан (CN),ЧЕН Хенгфанг (CN),ЖАО Яджун (CN)	20.11.2011
	www.fips.ru стр.5	Хвостенко Н.Н.,Князьков А.Л.,Никитин А.А.,Романов А.А.,Есипко Е.А.,Лагутенко Н.М.	20.06.2000

Таблица 2.3 – Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	Технические решения, реализующие тенденции
		в объектах организаций (фирм)	в исследуемом объекте
Повыше эффекти-вности работы реакторов	Патент РФ 2572601	НПЗ, хим. производ-ства	Изобретение относится к более эффективному способу получения ароматических соединений из потока углеводородного сырья. Способом является пропускание нагретого потока из первой во вторую установку риформинга, которую эксплуатируют при температуре, большей, чем 540°C, и в которой на внутренние металлические поверхности реактора нанесено покрытие из незакоксовывающегося материала, для получения тем самым, технологического потока, содержащего ароматические соединения. Технический результат - предотвращение увеличения термического крекинга и предотвращения увеличения закоксовывания.
Эффекти-вное распреде-ление катализа-ра	Патент РФ 2252067 Патент РФ 2470065	НПЗ Энергетика НПЗ	Изобретение относится к нефтепереработке, нефтехимии и химии для создания однородного по своим физическим характеристикам стационарного слоя катализаторов реакторов риформинга. Загрузка катализаторов в реакторы технологических установок осуществляется путем их подачи в реактор через загрузочное устройство, состоящее из последовательно соединенных между собой приемной воронки, соединительного трубопровода и распределительного аппарата. Распределительный аппарат представляет собой цилиндрический корпус, оборудованный дозатором, рассекателем, насадкой и источником вращательного движения насадки. Равномерное распределение частиц катализатора достигается изменением величины давления, поступающего в источник вращательного движения насадки воздуха или инертного газа. В качестве насадки используются лопасти из эластичного прорезиненного материала. Длина лопастей равна 0,26-0,34 от радиуса загружаемого реактора. Техническим результатом является равномерное распределение частиц катализатора по поперечному сечению загружаемого реактора и по высоте слоя катализатора, что позволяет формировать слой катализатора однородной структуры по объему загружаемого реактора. 1 – Распределительный аппарат. 2 – Дозатор. 3- Рассекатель. 4 - Двигатель. 5 - Вал двигателя. 6 – Насадка. 7 – Штуцер для подвода воздуха. 8 – Воздушный шланг. 9 – Включатель. 10 – Блок подготовки. 11 – Корпус. 12 – Соединительный трубопровод. 13 – Приемная воронка. 14 - Распределительный аппарат. В настоящее время стенки реактора многих установок непрерывного реформинга закоксовываются, в связи с более жесткими требованиями, таких как ультранизкое давление, низкое отношение водород/нефтяное сырье, низкая объемная скорость. Цель настоящего изобретения состоит в создании процесса предварительной пассивации для установки непрерывного риформинга, один из которых состоит из предварительного пассивирования до подачи исходного сырья для риформинга в установку, и другой процесс состоит в пассивации во время начальной реакции в установке после того, как материалы исходного сырья были загружены в установку. Процесс предварительной пассивации для вышеописанной установки реформинга отличается тем, что до подачи исходного сырья реакции в реактор непрерывного реформинга, в систему реактора вводится сульфид при определенной температуре и при условии определенного расхода газообразной среды, пассивируя стенки высокотемпературных сосудов и труб в системе реактора установки непрерывного реформинга, регулируя количество серы в газе на определенном уровне, и, таким образом, эффективно замедляя каталитическое коксование металлических стенок установки. Процесс пассивации для установки во время начальной реакции включает подачу большего количества сульфида в систему реактора после того, как было подано исходное сырье во время начальной реакции, и затем регулируя количество поступающего сульфида, чтобы обеспечить нормальную работу реактора при заданных условиях. Вывод: Такими способами можно снизить процесс закоксовывания реакторов риформинга, снижая тем самым экономические потери нефтеперерабатывающих заводов.
Увеличе-ние цикла работы реактора	Патент РФ 2151166	НПЗ	Недостатком способа работы реактора принятого за прототип, является необходимость его остановки на регенерацию. Целью предлагаемого изобретения является продление межрегенерационного цикла работы катализатора риформинга. Цель достигается введением в циркулирующий ВСГ перед входом в первый реактор риформинга свежего ВСГ с концентрацией, превышающей не менее чем на 10 об.% концентрацию водорода в циркулирующем ВСГ на выходе из сепаратора после последнего реактора риформинга, в количестве 30-100% от объема сдуваемого ВСГ. Технический результат - увеличение межрегенерационного цикла работы катализатора риформинга.

2.4 Анализ достоинств и недостатков найденных аналогов и прототипов

В патенте РФ 2572601 основным достоинством перед другими используемыми способами в настоящее время является то, что в данном реакторе на внутренние его стенки нанесено покрытие из незакоксовывающегося материала, предотвращающего термический крекинг сырья. Недостатком может быть разрушение защитного покрытия при постоянной эксплуатации реактора.

В патенте РФ 2252067 основным достоинством является равномерное распределение частиц катализатора по поперечному сечению загружаемого реактора и по высоте слоя катализатора, что позволяет формировать слой катализатора однородной структуры по объему загружаемого реактора.

Однако недостатком может быть сложная конструкция распределительного устройства.

В патенте РФ 2470065 предлагаемая технология позволит эффективно снизить каталитическое коксование металлических стенок установки, среди недостатков стоит отметить большой расход сульфида для реактора.

В патенте РФ 2151166 достоинством среди принятых в настоящее время способов является увеличение межрегенарационного цикла работы катализаторов риформинга. Однако есть и недостатки – это повышенный расход ВСГ.

Глава 3 Основы процесса каталитического риформинга

3.1 Описание процесса каталитического риформинга

Процесс каталитического риформинга разработан в 1949 году фирмой ЮОПи.

Бензиновые фракции большинства нефтей содержат 60…70% парафиновых, 20…30% нафтеновых, 10% ароматических углеводородов и имеют октановое число 58…60 пунктов по моторному методу, что не удовлетворяет современным требованиям.

Двигатели современных автомобилей осуществляют прирост мощностей также за счёт степени сжатия топлива. С повышением степени сжатия уменьшается время сгорания рабочей смеси и улучшаются технико-экономические показатели двигателя: увеличивается мощность двигателя, снижается расход топлива и вес двигателя. По этой причине растёт октановое число современных топлив. Автомобили, выпущенные после 2005 года, рассчитаны на топливо не ниже АИ 95. Следующее поколение двигателей будет ориентировано на бензин АИ 98.

Процесс каталитического риформинга предназначен для повышения детонационной стойкости бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов – бензола, толуола, ксилола. Индивидуальные ароматические углеводороды являются ценным сырьём нефтехимического производства. Важной особенностью процесса риформинга является получение дешёвого водородсодержащего газа, который используется на других гидрокаталитических процессах.

Целевыми в процессах каталитического риформинга являются химические реакции образования ароматических углеводородов из парафиновых и нафтеновых углеводородов с помощью реакций дегидроциклизации, дегидрирования и дегидроизомеризации. Эти превращения протекают на современных бифункциональных полиметаллических катализаторах, содержащих вещества, отвечающие за гомолитические и гетеролитические реакции. Катализаторным веществом первого процесса была платина.

Первые установки каталитического риформинга имели монометаллические алюмомолибденовые катализаторы, катализирующим веществом был молибден (Мо) и процесс назывался гидроформингом.

Платиновый катализатор был уже бифункциональным, так как носитель (активная окись алюминия) имел кислотные свойства и определял крекирующие и изомеризирующие свойства катализатора. Следующий шаг в развитии катализаторов – появление биметаллических катализаторов.

В биметаллических катализаторах находились два катализирующих вещества: платина-рений или платина-иридий, которые органически дополняли друг друга в каталитическом процессе. Сплав двух металлов, точнее кластер, типа платины с рением Pt-Re-Re-Pt и платины с иридием Pt-Ir-Ir-Pt позволили удлинить срок службы катализаторов. Структура Pt-Re-Re-Pt позволяет препятствовать рекристаллизации (укрупнению кристаллов Pt) и, как следствие, длительное сохранение высокой дисперсности нанесения Pt на носитель. Критерием катализирующих веществ в количественном соотношении является сырьё и выход готовой продукции. Процент нахождения платины, рения и иридия в катализаторах колебался в пределах от 0,3 до 0,4% [6]. Биметаллические катализаторы обладали повышенной активностью, селективностью и стабильностью, а также повышенной активностью к диссоциации молекул водорода и миграции атомов водорода (спилловеру). Миграция молекул водорода приводит к снижению образования кокса и увеличению межрегенерационного срока. Из биметаллических катализаторов зарекомендовали себя платиноиридиевые, которые превосходят и монометаллические, и платинорениевые катализаторы. Переход с монометаллических катализаторов на биметаллические позволило снизить давление в реакторе с 3,5 МПа до 1,5 МПа и увеличить выход бензина с октановым числом по исследовательскому методу до 95 пунктов.

Создание полиметаллических катализаторов привело к дальнейшему улучшению процесса риформирования. Увеличился срок службы катализаторов до 7 лет, выход риформата достиг 85% за счёт снижения выхода углеводородных газов. Эти улучшения появились в результате появления в кластерах других металлов, кроме платины с промоторами рения или иридия. К промоторам добавились вещества модификаторов.

Модификаторы с платиной и промоторами образуют кристаллическую структуру, которая благоприятна протеканию реакции ароматизации. К группе модификаторов относятся металлы: Ge - германий, Zr - цирконий, Sn - олово, Pb - свинец, Ga - галлий, In - индий, редкоземельные элементы и Cd -кадмий.

Полиметаллические катализаторы требовательны к чистоте сырья, для них ядами являются сера, азот, кислород и тяжёлые металлы. Эти требования выполнимы при проведении очистки сырья риформинга с помощью каталитической гидроочистки.

Кислотной функцией в катализаторе риформинга обладает носитель катализатора – оксид алюминия (Al₂O₃). Кислотные свойства придают оксиду алюминия крекирующую и изомеризирующую активность. Они особенно важны при переработке сырья с большим содержанием парафиновых углеводородов. В прямогонных бензинах в среднем содержится 55…60% парафиновых углеводородов, 30…35% нафтеновых углеводородов и около 10% ароматических углеводородов. При повышенном содержании парафиновых углеводородов следует усиливать кислотные свойства. Для усиления кислотных свойств в состав катализатора вводят галоген фтора или хлор. В последнее время чаще всего применяют хлор, так как он меньше способствует реакции крекинга. Хлор образует с платиной и оксидом алюминия комплексы, тем самым стабилизирует высокую дисперсность платины. Содержание хлора в катализаторе колеблется от 0,4 до 2,0%. Стабильная активность катализатора возможна при достаточном количестве хлора на катализаторе. Содержание влаги в водородосодержащем газе (ВСГ) определяет наличие хлора на катализаторе. При повышенной влаге хлор вымывается, его необходимо восполнять периодической или непрерывной подачей с дозировкой 1…2 мг/кг сырья. Потеря хлора катализатором происходит и при окислительной регенерации. После завершения регенерации необходимо восполнить хлор, проведя процесс хлорирования катализатора в реакторе по схеме завода-изготовителя катализатора.

Современные полиметаллические бифункциональные катализаторы требовательны не только к чистоте сырья (отсутствию серы, азота, кислород содержащих соединений и тяжёлых металлов), но и к влажности во время проведения процесса риформирования.

На бифункциональных катализаторах превращения молекул протекают последовательно. Последовательность перехода молекулы от одного центра к другому – самопроизвольная, вариантов движения по стадиям преобразования большое множество.

Несмотря на хорошие показатели Российских катализаторов риформинга, они значительно уступают зарубежным по стабильности в работе из-за низкого качества их изготовления.

3.2 Предлагаемый метод повышения эффективности работы реакторов риформинга

Анализ существующих тенденций в разработке новых катализаторов ри-форминга показывает, что прогресс в повышении технического уровня промышленных катализаторов для реакторов риформинга состоит в переходе от биметаллических к три металлическим системам, химической модификации и оптимизации текстурных параметров носителя, совершенствовании технологии производства в части использования новых материалов и оборудования, оптимизации стадий прокаливания, восстановления и сульфидирования катализаторов.

Но подробнее остановимся на применении алюмохромового катализатора. Практика показывает, что применение усовершенствованных полиметаллических платиносодержащих катализаторов не приводит к значительному улучшению показателей процесса, т. к. при данной технологии этот катализатор достиг термодинамически возможного предела.

В связи с этим внедрение алюмохромового катализатора является актуальным решением для процесса каталитического риформинга и представляет практический интерес.

Разработка предлагаемой каталитической системы позволит перерабатывать лёгкие бензиновые фракции с высоким содержанием лёгких алкановых углеводородов, до С7 включительно, с максимально возможным выходом ареновых углеводородов.

Рассмотрим преимущества алюмохромовых катализаторов перед алюмоплатиновыми.

Алюмохромовые катализаторы очень устойчивы по отношению к каталитическим ядам и обладают большей термостабильностью. При хорошем теплоотводе регенерацию можно проводить при 500-600, при этом образуются очень незначительные количества окиси углерода или она вообще не образуется.

Алюмохромовые катализаторы приготавливаются тремя способами:

1) гранулы оксида алюминия пропитываются растворами соединений хрома;

2) соосаждением гидроксидов хрома и алюминия аммиаком из растворов солей;

3) смешением высокодисперсных кристаллических соединений оксидов хрома и алюминия.

Все три способа завершают стадии получения катализатора термообработкой.

Несмотря на то, что предложенный метод и нуждается в дальнейшем изучении, технология процесса каталитического риформинга на алюмохромокалиевом катализаторе может быть рекомендована для использования при разработке проектной документации на строительство новых, расширение, реконструкцию, техническое перевооружение действующих реакторов каталитического риформинга.

Заключение

На сегодняшний день возможности повышения эффективности работы реакторов каталитического риформинга с помощью традиционных технологических исполнений практически исчерпали свой ресурс.

Основные используемые методы повышения эффективности работы реакторов это замены неподвижного слоя катализатора на подвижный слой; нанесением на внутреннюю поверхность реактора тонкого слоя из нержавеющей стали; модернизация или замена старых реакторов на современные и другие методы предложенные в патентных исследованиях.

Я считаю, что для повышения дальнейшей производительности работы реакторов установки важно сосредоточиться на таких задачах, как:

- синтез наиболее активного катализатора ароматизации лёгких бензиновых фракций;

- исследование влияния активных компонентов катализатора на активность и селективность процесса ароматизации лёгких бензиновых фракций;

- исследование влияния состава сырья на показатели процесса;

- использование установленных закономерностей процесса ароматизации лёгких бензиновых фракций для разработки принципиальной схемы его осуществления.

Я предлагаю возможность применить на современных реакторах установки каталитического риформинга алюмохромовый катализатор. Такой катализатор позволит достичь оптимального сочетания дегидрирования и коксообразования и повысить срок эксплуатации реактора без частой его остановки на регенерацию катализатора. А дальнейшее совершенствование алюмохромовых катализаторов позволит достигнуть сравнительно высокой избирательности процесса. Хотя предложенный метод требует изучения и проведение исследований для доказательства того, что он действительно способен повысить работу реактора установки.

Список использованных источников

1 Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.

2 Белый А.С. Научные основы конструирования катализаторов риформинга бензиновых фракций. Дис. докт. хим. наук. Новосибирск, 2002. – 215 с.

3 Бурсиан Н.Р., Борушко-Горняк Ю.Н., Боруцкий П.Н. и др. Интенсификация каталитических и массообменных процессов в нефтехимии. М.: ЦНИИТ Энефтехим, 1980. – 27 с.

4 Васильева М.И. Исследования по интенсификации процесса каталитического риформинга: Дис. канд. техн. наук: 05.17.07.- Куйбышев, 1979. – 173 с.

5 Введенский. А.А. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов.- Л: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, I960. – 576 с.

6 Гуреев А.А. Производство высокооктановых бензинов /А.А. Гуреев,

Ю.М. Жоров, Е.В. Смидович.- М: Химия, 1981. – 224 с.

7 Ермакова Ю.И. Нанесенные металлические катализаторы превращения углеводородов. Новосибирск, 1978. – 78 с.

8 Жарков Б.Б., Шапиро Р.Н., Краев Ю.Л., Федоров А.П. Разработка

процесса каталитического риформинга с непрерывной регенерацией катализатора. // Нефтепереработка и нефтехимия, 1999. №8. – 4-8 с.

9 Казанский Б.А., Платэ А.Ф. II Журн. Орган. Химии. 1937 г. – 328 с.

10 Касьянов А.А. Модернизация технологии каталитического риформинга: Дис. канд. техн. наук: 05.17.07:- Уфа, 2004. – 119 с.

11 Козлов Н.С. Катализатор риформинга. Минск: Наука и техника, 1976. – 200 с.

12 Кондрашев Д.О., Ахметов А.Ф. Оптимизация процесса каталитического риформинга бензина путем применения блока межступенчатой ректификации риформата.//Нефтегазовое дело, 2006. – 57 с.

13 Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. М.: Химия, 1976. – 313 с.

14 Сулимов А. Д. Каталитический риформинг бензинов. Изд. 2-е, перераб. и доп.- М.: Химия, 1973 г. – 152 с.

15 Сулимов А.Д. Производство ароматических углеводородов из нефтяного сырья.- М: Химия, 1975. – 302 с.

16 ГОСТ Р 15.011-96. Патентные исследования. – Введ. 1996-01-01. – М: ЦНИИ «ЦЕНТР»

17 Федеральное государственное бюджетное учреждение. Федеральный институт промышленной собственности. – URL: http://www1.fips.ru.

18 Поникаров, И. И. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки / И. И. Поникаров, М. Г. Гайнуллин. – М. : Альфа-М, 2006. – 605 с.

19 Белый, С. А. Основные положения эксплуатации установки каталитического риформинга / С. А. Белый. – Омск, 2006. – 184 с.

20 Маслянский Г. Н. Каталитический риформинг бензинов / Г. Н. Маслянский − Санкт-Петербург: Химия , 1985. − 971 с.

21 Емельянов В. Е. Автомобильные бензины с улучшенными экологическими / В. Е. Емельянов − Санкт-Петербург: Химия и технология топлив и масел, 1995. − 624 с.

22 Травень В.Ф. Органическая химия: Учебник для вузов в 2-х томах / В.Ф. Травень − М.: Академкнига, 2004. – 727 с.

23 Bosco, M., Vogel, F. Optically accessible channel reactor for the kinetic investigation of hydrocarbon reforming reactions // Catalysis Today, vol. 116,

2006. – 348-353 р.

 

2

 

Код для цитирования: Скопировать