Меню Рубрики

Установка каталитического риформинга реферат

Исследовательская работа «Каталитический риформинг»

При пользовании «Инфоуроком» вам не нужно платить за интернет!

Минкомсвязь РФ: «Инфоурок» включен в перечень социально значимых ресурсов .

Городская конференция молодых исследователей «Старт- 2019»

Блинкова Анна Александровна

Учитель физики МАОУ СОШ №68

1. Теоретические основы процесса

Основное назначение установки каталитического риформинга……………………….…4

1.2 Установка и технологические параметры каталитического риформинга………….…….5

1.3 Реакции, протекающие в процессе каталитического риформинга. 6

2.1 Виды риформинга по типу слоя катализатора в реакторах………………………….……7

2.3 Проблемы, возникающие при работе каталитического риформинга и пути их решения………………………………………………………………………………………..….9

Человеку, еще с давних времен известны полезные свойства нефти . Нефть используется для получения топлива сырья для производства синтетических волокон и пластмасс. Человечество всегда стремилось максимизировать получаемую выгоду от переработки нефти. Одним из способов, стал процесс- каталитический риформинг. Риформинг — это промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов[11]. Октановое число — показатель, который характеризует детонационную стойкость топлива, применяемого в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Бензин с более высоким октановым числом может выдержать более высокую степень сжатия в цилиндрах двигателя без досрочного самовоспламенения и потому может применяться в двигателях с большими удельной мощностью и коэффициентом полезного действия [13]. Данный способ был изобретен 1911 году, а начиная с 1939 года, технология применяется в промышленном масштабе. На сегодняшний день, каталитический риформинг, представляет собой один из самых сложных и эффективных способов получения бензина с высоким октановым числом. Установки каталитического риформинга имеются практически на всех отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах.

Говоря о каталитическом риформинге, нужно сказать и о экологическом аспекте данной проблемы. В настоящее время большое внимание уделяется экологическим свойствам бензина. В бензине, получаемом на установках каталитического риформинга, содержится большое количество бензола и сумарной ароматики, что вредит окружающей среде. Чтобы уменьшить ущерб, в первую очередь, ограничивается содержание бензола и сумарной ароматики: используют продукты, не содержащие или содержащие в малых количествах ароматические углеводороды.

Цель: Рассчитать параметры реакторов для процессов каталитического риформинга по исходным заданным данным для получения бензина с октановым числом 92.

Изучение теории по теме каталитический риформинг;

Сравнение видов риформинга по типу слоев катализатора в реакторах;

Сравнение катализаторов, применяемых при каталитическом риформинге;

Изучение распространённых проблемы, возникающих при каталитическом риформинге и нахождение путей их решения;

Расчет параметров реакторов для процессов каталитического риформинга.

Актуальность: В этом году 10 «Б» класс участвовал в турнире для школьников по нефтегазовой тематике «Умножая таланты», который проводит «Газпром нефть» в рамках программы «Родные города». Меня заинтересовали задания данного турнира, т.к в дальнейшем я планирую выбрать профессию связанную с нефтепереработкой. А каталитический риформинг является самым распространенным способом переработки нефти.

Научная новизна состоит, во-первых, в получении результатов о параметрах реакторов, которые учитываются при разработке более экономически выгодных установок каталитического риформинга и, во-вторых, в ходе проведенного исследования с помощью сравнения были получены выводы о более рациональном использовании основных компонентов каталитического риформинга.

Основное назначение установки каталитического риформинга

Установки каталитического риформинга являются в настоящее время почти обязательным звеном нефтеперерабатывающего завода. Главными назначениями этого процесса является: превращение низкооктановых бензиновых фракций, получаемых при переработке нефти, в высокооктановые компоненты бензинов (таблица 1), а также превращение узких или широких бензиновых фракций, получаемых при переработке нефти или газового конденсата, в катализат. Сырьем каталитического риформинга служат, как прямогонные бензиновые фракции нефтей и газовых конденсатов, так и бензины вторичного происхождения, получаемые при термической и термокаталитической переработке тяжелых нефтяных фракций, а также выделяемые из продуктов переработки углей и сланцев. Основной источник сырья риформинга — прямогонные бензиновые фракции, роль бензинов вторичного происхождения будет возрастать при углублении переработки нефти. Применением этой технологии удается добыть наиболее ценное нефтехимическое сырье – бензол (один из самых ценных продуктов), толуол, ароматические углеводороды ( этилбензол, изомеры ксилола и д.р.) (таблица 2). Главным конечным продуктом производственного цикла является риформат – бензин с октановым числом 92-102. [1] .

Основные цели каталитического риформинга:

а) повышение октанового числа бензинов с целью получения высокооктанового бензина; б) получение ароматических углеводородов;

в) получение водородсодержащего газа для процессов гидроочистки, изомеризации и т.д. [11]

Таблица 1 – Октановые числа ароматических углеводородов[11]

Таблица 2- Характеристика продуктов каталитического риформинга

1.2 Установка и технологические параметры каталитического риформинга

Рассмотрим технологический процесс на примере риформинга со стационарным слоем катализатора. (Рис. 2. Приложение 1).

Перед каталитическим риформингом сырье подвергают гидроочистке рециркулирующим водородсодержащим газом. После гидроочистки продукты поступают в отпарную колонну. С верха ее выводятся сероводород и водяные пары, а с низа – гидрогенизат. Гидрогенизат вместе с рециркулирующим водородсодержащим газом нагревается в печи и поступает в реакторы каталитического риформинга. Продукты, выходящие из зоны реакции, охлаждаются и разделяются в сепараторе на газовую и жидкую фазы. Жидкие продукты фракционируют с целью получения компонента автомобильного бензина с заданным давлением насыщенных паров или других продуктов. Богатый водородом газ направляют на рециркуляцию, а избыток его выводят из системы и используют в других процессах. [3]

Читайте также:  Установки по производству синтетическое топливо

Также требуется нагревать газосырьевую/газопродуктовую смесь на входе в реактор, т.к. каждый реактор работает в режиме, близком к адиабатическому. Катализатор распределяют по реакторам неравномерно, в первом — наименьшее количество, в последнем — наибольшее. Жидкие продукты стабилизируют в специальной колонне, газообразные попадают в компрессор для циркуляции водородсодержащего газа. Условие протекания данного процесса: 390—530°С. [11]

Технологические параметры каталитического риформинга

Давление. Высокое давление способствует более длительной работе катализатора. Повышение давления увеличивает скорость реакций гидрокрекинга и деалкилирования. [1]

Температура. Применительно к каталитическому риформингу повышение температуры способствует образованию ароматических углеводородов и препятствует протеканию обратной реакции. С повышением температуры в процессе каталитического риформинга уменьшается выход стабильного бензина и снижается концентрация водорода в циркулирующем газе. С увеличением температуры возрастает выход более легких углеводородов – пропана, н-бутана и изобутана. Увеличивается также содержание ароматических углеводородов в бензине и возрастает его октановое число. [1]

Объемная скорость . Объемную скорость можно повысить, увеличив расход свежего сырья или уменьшив загрузку катализатора в реакторы. В результате уменьшается время контакта реагирующих и промежуточных продуктов с катализатором. С повышением объемной скорости увеличивается выход стабильного продукта и содержание водорода в циркулирующем газе, снижается выход водорода и легких углеводородов и, что особенно важно, уменьшается выход ароматических углеводородов. [1]

Жесткость процесса . В последнее время в теории и практике каталитического риформинга стали пользоваться понятием «жесткость». Жестким называют режим, обеспечивающий получение бензина с определенными свойствами (с определенным октановым числом, причем более высокому числу соответствует более жесткий режим каталитического риформинга). [4]

1.3 Реакции, протекающие в процессе каталитического риформинга

Реакции дегидрирования шестичленных нафтенов, изомеризация парафинов и дегироциклизации парафиновых углеводородов- основные реакции каталитического риформинга- протекают со значительным поглощением тепла. Теплота дегидрирования метилциклогексана в толуол при 527˚С составляет 2210кДж/кг, а теплота дегидроциклизации н-гептана в толуол составляет 2539 кДж/кг. Средняя суммарная теплота процесса колеблется от 250 до 630 кДж/кг. Таким образом, процесс риформинга сопровождается интенсивным поглощением тепла и требует его непрерывного подвода в зону реакции. Если проводить процесс в одном реакторе, то перепад температур по реактору составит более 200 ˚С. Для снижения перепада температур в реакционном объеме его разделяют на несколько последовательно соединенных отдельных адиабатических реакторов с промежуточным подводом тепла в реакционную зону, что позволит значительно уменьшить перепад температур в каждом аппарате. Максимальное падение температуры происходит в реакторе, где высокая скорость и большой эндотермический эффект, что приводит к протеканию реакции дегидрирования нафтенов. Распределение загрузки катализатора между реакторами зависит от химического состава углеводородного сырья и активности катализатора. [6] Отсюда и соблюдается соотношение загрузки катализатора по реакторам в количестве 1:1, 5:2, 5:4 от общего.

Дегидрирование шестичленных нафтенов. [ 8 ]

Ароматизация (дегидроциклизация) парафинов [9]

Изомеризация парафинов и ароматических углеводородов. [9]

Виды риформинга по типу слоя катализатора в реакторах

Цель : Сравнить виды риформинга по типу слоев катализатора в реакторах.

Реактор — самый ответственный аппарат среди другой аппаратуры процессов каталитического риформирования. От его хорошей работы зависит и экономичность процесса, и качество получаемой продукции.

Реакторы установок каталитического риформинга относят к аппаратам проточного типа (непрерывного действия).

Риформинг с движущимся слоем катализатора в реакторе

В таких аппаратах катализатор непрерывно выводится из реактора, регенерируется и вновь возвращается в зону реакции. Помимо того, что в реакции катализатор постоянно обновляется, движущийся поток обусловливает хорошее перемешивание реакционной смеси и контакт с частицами катализатора [13].

Рисунок 1-Схема установки риформинга с движущимся слоем катализатора (приложение 1) [14]

Риформинга со стационарным слоем катализатора в реакторе

Установки этого типа в настоящее время получили наибольшее распространение. Они рассчитаны на непрерывную работу без регенерации в течении года и более. Окислительная регенерация катализатора производится одновременно во всех реакторах. [2]

Рисунок 2- Схема установки риформинга со стационарным слоем катализатора в реакторе. (приложение 1)

Таблица 3- Сравнение видов каталитического риформинга по типу слоя катализатора в реакторах

Из вышеперечисленного, можно сделать вывод: эффективнее использовать риформинг со стационарным слоем катализатора в реакторе , такие реакторы рассчитаны на непрерывную работу без регенерации в течении года и более, что увеличивает производительность. Если сравнивать два реактора с разными видами слоев с экономической точки зрения, у риформинга с движущимся слоем повышенный расход катализатора на 25% из-за постоянной циркуляции, что приводит к увеличению затрат.

2.2 Катализаторы риформинга

Цель: Сравнить катализаторы, применяемые при каталитическом риформинге.

Катализаторы риформинга обычно обладают двумя функциями: кислотной и дегидрирующей. Основными примышленными катализаторами являются: платина на окиси алюминия (также входит галоид в виде органических хлоридов, фторидов или их смесей) (алюмоплатиновый), молибден на окиси алюминия (алюмомолибденовый). [1]

Сравнительная характеристика катализаторов

Таблица 4- Сравнительная характеристика алюмомолибденового и алюмоплатинового катализаторов.

Вывод: В промышленном процессе каталитического риформинга алюмоплатиновый катализатор начали применять позднее, чем алюмомолибденовый. В настоящее время катализаторы платинового типа преобладают. [1] Процесс риформинга связан с использованием полифункциональных би- и триметаллических катализаторов, в которых наряду с платиной содержатся один или два других металла (олово, литий, германий, иридий, висмут, рений и др.). Биметаллические катализаторы более активны и стабильны. Высокая стабильность катализаторов позволяет проводить процесс при меньшем давлении. В промышленном масштабе наибольшее распространение получили платино-рениевые и платиново-германиевые катализаторы. [5]

Читайте также:  Установка бензодвигателя на велосипед

Проблемы, возникающие при работе каталитического риформинга и пути их решения

Цель: Изучить распространённые проблемы, возникающие при каталитическом риформинге и найти пути их решения.

Главным назначением процесса каталитического риформинга является: превращение низкооктановых бензиновых фракций, получаемых при переработке нефти, в высокооктановые компоненты бензинов. Проблемы, возникающие при работе этого процесса, приводят к понижению октанового числа риформата.

Облегчение фракционного состава сырья . Облегчение фракционного состава сырья приводит к значительному снижению массового выхода бензина риформинга. Бензин, полученный при риформинге фракции, имеет заметно более низкое октановое число (и. м.) по сравнению с полученным из других фракций.

Большая закоксованность катализатора. На протяжении реакционного периода выход рифор мата с заданным октановым числом снижается на 3—5 % по массе . Такие потери бензина весьма ощутимы с точки зрения экономики процесса. Однако, закоксовывание катализатора оказывает относительно небольшое влияние на селективность его работы. Таким образом, при закоксовывании катализатора риформинга его селективность снижается значительно медленнее его активности.

Недостаточное содержание хлорида в катализаторе. Основная цель введения хлорида заключается в сохранении активности кислотных центров, имеющихся в структуре катализатора. Как правило, кислотные центры катализируют протекание реакций дегидроциклизации и изомеризации, приводящих к образованию желаемых компонентов. Снижение скорости дегидроциклизации (образование ароматических углеводородов) приводит к уменьшению октанового числа (О.Ч.) риформата и к заключению о снижении общей активности катализатора. Следовательно, на недостаточное количество хлорида на катализаторе указывает необходимость увеличения температуры на входе в реактор, которая требуется для поддержания заданного значения октанового числа стабильного катализата.

Низкая температура в реакторах риформинга. Температура, поддерживаемая в слое катализатора установки риформинга, является главным регулируемым параметром процесса, который используется для получения продукта необходимого качества. Она должна поддерживаться на минимально возможном уровне, обеспечивающем получение катализата с заданным октановым числом. Низкая температура в реакторе способствует понижению октанового числа риформата.

Присутствие в сырье примесей металлов (мышьяк, свинец, медь), азота, хлора, воды. Содержание микропримесей в сырье риформинга, прошедшего предварительную гидроочистку, должно быть (не более): мышьяка, свинца и меди — 1/1000 мг/кг; хлора — 0,2 мг/кг, азота — 1 мг/кг; влаги — 10 мг/кг. Если данные показатели не соблюдены, то это также приводит к понижению октанового числа.

Решение вышеперечисленных проблем:

Принять меры по обеспечению установки сырьем согласно регламенту;

Произвести регенерацию катализатора;

Увеличить подачу хлорида или провести гидрохлорирование;

Поднять температуру в реакторах до величины, соответствующей степени отработки катализатора;

Рассмотрим более подробно одну из самых часто встречаемых проблем в работе каталитического риформинга.

Большая закоксованность катализатора

Для решения этой проблемы можно произвести регенерацию катализатора.

Перед проведением регенерации следует убедиться, что изменение качества и выхода катализата, изменение показателей технологического режима действительно вызвано падением активности катализатора, а не связано с другими причинами — резким изменением качества сырья, смешением катализата с сырьем в теплообменниках реакторного блока и т. п. Отлагающийся кокс блокирует поверхность катализатора, снижая тем самым его активность.
При нормальной эксплуатации катализатора (т. е. при соблюдении таких параметров, как давление, температура, кратность циркуляции водородсодержащего газа и качество сырья параметрам в технологической карте) коксообразование не превышает установленных норм.

Перед регенерацией проводится ряд подготовительных операций в такой последовательности:
1) прекращение подачи хлорорганики (для установок, имеющих узлы дозированной подачи хлорорганики в реакторах);
2) снижение температуры в системе до 450—470 °С;
3) постепенное прекращение подачи сырья;
4) сокращение подачи топлива в реакторную печь;
5) перевод отделения стабилизации и экстракции на горячую циркуляцию;
6) перевод реакторной системы на газовую циркуляцию водородсодержащим газом при температуре 500 С (в течение 10—12 ч) с целью десорбции углеводородных газов из катализатора и максимального удаления серы;
7) постепенное снижение температуры в системе до 100—250 °Си остановка печей реакторного блока;
8) плавный сброс давления и опорожнение системы от нефтепродуктов;
9) продувка системы инертным газом до содержания горючих менее 0,5 %.

Регенерация катализаторов проводится по газовоздушному методу непрерывно и условно разделяется на три стадии:
1) выжиг адсорбированных углеводородов при температуре 250—300°С;
2) выжиг кокса при температуре 300—450°С;

3) прокалка катализатора при температуре 450—500 °С.

Недостатки данного метода:

Несмотря на постоянную регенерацию, через определенный промежуток времени активность катализатора все же падает. При высоких температурах регенерации поры катализатора разрушаются. В результате раз в несколько лет процесс приходится останавливать для замены катализатора;

Из вышеперечисленного сделаем вывод: предложенный метод можно считать эффективным не только для большой закокосованности катализатора, но и для многих других проблем с катализаторами и имеет небольшое количество недостатков. Поэтому в настоящее время в мировой промышленности используются процессы риформинга со стационарным слоем катализатора и непрерывной регенерацией катализатора.

Чтобы предотвратить появление проблем, связанных с понижением октанового числа риформата, нужно постоянно брать пробы риформата, проверять его октановое число, проводить более тщательную обработку фракционного сырья, поддерживать оптимальную температуру в реакторе, следить за содержанием серы и хлора в катализаторе.

Читайте также:  Установка переходной манжеты на унитаз

Расчёт параметров реакторов

Цель: Рассчитать параметры реакторов для процессов каталитического риформинга.

Необходимые исходные данные для расчетов

Количество реакторов n p =3 (реакторы одинаковые)

Бензиновая фракция ρ 204 =0,738 [15]; М=119 кг/кмоль

Расход компонента 36700 кг/ч

Объемная скорость подачи сырья 1,2ч -1 [9]

Кратность циркуляции водосодержащего газа 1100 м 3 /м 3 сырья.

Линейная скорость движения паров сырья и циркулирующего газа в реакционной зоне 0,5 м/с.

Температура в реакторе 520 ˚С

Коэффициент сжимаемости 0,85

Количество катализатора в третьем реакторе 53%.

Расчеты для Риформинга со стационарным слоем катализатора в реакторе

Риформинг проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов, при температуре 350-520°С в присутствии различных катализаторов: платиновых, платинорениевых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и другие металлы. Во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения — коксом. Осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы. На промышленных установках катализатор обычно распределяют между реакторами в соотношении 1:2:4.

Найдем объем катализатора в первом и втором реакторах. Пусть одна часть- х. Тогда,

Х=13. Следовательно в первом реакторе 13%. Возьмем весь объем катализатора за 100%. 100-53-13= 34%. т.е. в первом реакторе находится 13%, во втором – 34% и в третьем – 53% всего объема катализатора. Если размеры реакторов одинаковые, дальнейший расчет будем вести по третьему самому нагруженному реактору.

Следующим пунктов вычислим объемный расход паров сырья, для этого воспользуемся формулой:[10]

Где T — Температура системы, К; P — общее давление в системе, МПа; G — расход компонента, кг/с; M — молярная масса компонента, кг/кмоль; z — коэффициент сжимаемости.

Чтобы подставить данные в формулу найдем температуру системы: Т= 520+273= 793К .

Коэффициент сжимаемости водорода равен 1 [7], таким его можно принять и для водородсодержащего газа. Объемный расход водородсодержащего газа определится[10]:

Где T — температура системы, К; µ- кратность циркуляции водосодержащего газа, м 3 /м 3 ; G — расход компонента, кг/с; P — общее давление в системе, МПа; ρ — плотность бензиновой фракции, кг/м 3 ; z — коэффициент сжимаемости.

Теперь сложим получившееся результаты: G см ’= G П ’+ G Ц.Г ’ (3)

G см ’= 0,239 м 3 /с+ 2,229 м 3 /с= 2,468 м 3 /с

Найдем общий объем катализатора в реакторном блоке, для этого воспользуемся формулой: [10]

Где G — расход компонента, кг/с; ρ — плотность бензиновой фракции, кг/м 3 ; V об- Объемная скорость подачи сырья, ч -1

Где G см ’- сумма объемного расхода паров сырья и объёмного расхода водородсодержащего газа, м 3 /с; V д.п — линейная скорость движения паров сырья и циркулирующего газа в реакционной зоне, м/с.

Найдем диаметр реактора помощью выражения для каталитического риформинга:

Где S — площадь сечения реактора.

Для того, чтобы найти высоту реактора, нужно найти общую высоту катализаторного слоя, определим по формуле:

Где V кр- общий объем катализатора в реакторном блоке, м 3 ; S — площадь сечения реактора, м 2 .

Теперь отдельно найдем высоту слоя катализатора в третьем реакторе:

Переведем 53% в десятичную дробь, для удобства вычисления, 53%*100=0,53

Где N — количество катализатора в реакторе; h к- высота катализаторного слоя в реакторе.

Общая высота реактора (Н, м) включает высоту его цилиндрической части (высота слоя катализатора, увеличенная в 1,5 раза) и двух полушаровых днищ:

Где h к ’- высоту слоя катализатора в третьем реакторе, м; D — диаметр реактора, м.

Высота первого и второго реакторов принимается равной высоте третьего.

Вывод: Диаметр каждого из реакторов равны 2,5м, высота 9м. (Приложение 1, рис 2)

В результате своей работы:

Подробно изучена теория процесса каталитического риформинга;

Из анализа данных о видах риформинга по типу слою катализатора в реакторах сделан вывод о том, что в настоящее время наиболее распространен риформинг с стационарным слоем катализатора в реакторе. Продолжительность, работы катализатора между регенерацией достигает 360 сут. В этом процессе используется три реактора.

Сравнив одни из самых часто используемых катализаторов в процессе каталитического риформинга получен вывод: основным промышленным катализатором процесса риформинга является алюмоплатиновый (0,3—0,8% масс. платины на оксиде алюминия), в последние годы наряду с платиной на основу наносится рений. Применение более активного биметаллического платино-рениевого катализатора позволяет снизить давление в реакторе с 3—4 до 0,70—1,4 МПа.

Были изучены основные проблемы, возникающие при работе каталитического риформинга, связанные с понижением октанового числа риформата: облегчение фракционного состава сырья, большая закоксованность катализатора, недостаточное содержание хлорида в катализаторе, низкая температура в реакторах риформинга, присутствие в сырье примесей металлов (мышьяк, свинец, медь), азота, хлора, воды; и найдены пути их решения. Чтобы предотвратить появление проблем, нужно постоянно брать пробы риформата, проверять его октановое число, проводить более тщательную обработку фракционного сырья, поддерживать оптимальную температуру в реакторе, следить за содержанием серы и хлора в катализаторе.

Получены расчеты параметров реактора для каталитического риформинга: (Приложение 1, рис 2)

источник

Добавить комментарий