Химизм процесса риформинга

Уменьшение количества углеродов описывается дифференциальными уравнениями: (16) (17) (18) (19)где Nнi, Nп – доля соответственно нафтеновых и парафиновых углеводородов в сырье, подвергшихся превращениям по реакциям, кмоль/кмоль; vR – обратная объёмная скорость подачи сырья, кг катализатора/(кмоль сырья/ч); k1 – константа скорости реакции, кмоль/(ч Па кг катализатора); pн, pа, pп, pH2 – парциальные давления соответственно нафтеновых, ароматических, парафиновых углеводородов и водорода, Па; kр1 – константа химического равновесия, Па3; k2 – константа скорости реакции, кмоль/(ч Па кг катализатора); kр2 – константа химического равновесия, Па-1; k3, k4 – константы скорости реакций, кмоль/(ч кг катализатора); p – давление в системе, Па.В работах [12,13] константы скоростей рассматриваемых реакций для различных типов катализаторов риформинга приведены в виде графической зависимости от температуры. Есть также данные в табличной форме. Константы равновесия представлены в виде графических зависимостей от температуры процесса. Дифференциальные уравнения решаются конечно-разностным методом. В процессе гидрокрекинга парафиновых и нафтеновых углеводородов предполагается эквимолярный выход лёгких парафиновых углеводородов.Очевидно, что для каждого типа катализатора и каждой конкретной технологической установки требуется уточнение кинетических параметров математической модели. Зависимость констант скоростей реакций от температуры аппроксимировалась выражением: (20)где k – константа скорости реакции; T – температура, К; A, B – кинетические параметры. В работе [12] описан метод расчёта теплового эффекта реакций риформинга бензиновых фракций, заключающийся в использовании формулы: (21)где Qr – тепловой эффект реакций риформинга бензиновых фракций; b – выход водорода в расчёте на исходное сырьё, % масс. Второй метод расчёта теплового эффекта реакций основан на законе Г.И. Гесса, который показал, что энтальпия реакции – аддитивная величина и не зависит от промежуточных стадий реакции, а зависит от начального и конечного состояния системы [14]. Этот закон позволяет определить изменение энтальпии реакции по следующей формуле: (22)где Hr0 – изменение энтальпии реакции (тепловой эффект), ккал/моль; i – стехиометрический коэффициент (положительный для продуктов реакции и отрицательный для исходных веществ); Hfi0 – энтальпия образования i-того вещества участвующего в рассматриваемой реакции, ккал/моль; n – число индивидуальных компонентов, участвующих в реакции.Энтальпии образования при различных температурах индивидуальных веществ, участвующих в реакциях каталитического риформинга бензиновых фракций, приведены в справочнике [14]. Ряд кинетических моделей риформинга описан в обзоре [15]. Представлены кинетические схемы реакций с участием углеводородных групп, объединённых по совокупности определённых признаков. Рассматриваются способы агрегирования индивидуальных углеводородов и другие способы снижения размерности кинетических моделей. В работах [1,3,11,16,17,18] ряд разделов посвящён кинетическим моделям процесса риформинга бензиновых фракций и практическим задачам, решаемым при помощи данных моделей. Математические модели также опираются на упрощённые кинетические схемы процесса с использованием углеводородных групп.В работах [3,19] математические модели, использующие кинетические схемы реакций с агрегированием индивидуальных углеводородов, называются псевдокинетическими моделями. Отмечается ограниченность использования моделей такого типа для решения практических задач, поэтому описана более детальная кинетическая схема реакций с участием более чем двадцати индивидуальных углеводородов и углеводородных групп.Детальная кинетическая схема применительно к процессу риформинга бензиновых фракций описывается в работах [20-23]. В том числе учитывается образование кокса на катализаторе. При помощи данной математической модели успешно решается множество практических задач, связанных с оптимальной схемой переработки сырья, оценкой и прогнозом состояния каталитической системы, прогнозом показателей качества целевого продукта при параметрической оптимизации процесса.Таким образом, существует множество теоретически обоснованных и апробированных в практических приложениях кинетических моделей процесса каталитического риформинга бензиновых фракций. Вместе с тем, разработанные авторами математические модели процесса, нельзя отнести к простым моделям. Для изучения кинетики с целью идентификации моделей требуются специальное аналитическое оборудование и значительные трудозатраты при анализе технологических потоков. Они не учитывают стохастическую составляющую промышленного процесса. ЗаключениеПроведен анализ значимости процесса каталитического риформинга бензиновых фракций, рассмотрены технологические схемы риформинга с целью получения высокооктанового компонента моторных топлив и с целью получения индивидуальных ароматических углеводородов.Представлены основные параметры технологического процессакаталитического риформинга бензиновых фракций, влияющие на качество целевого продукта. Рассмотрен вопрос химизма процесса каталитического риформингабензиновых фракций и моделирования технологического процесса.Список использованных источников1. Маслянский Г.Н., Шапиро Р.Н. Каталитический риформинг бензинов: Химия и технология. - Л., Химия, 1985. - 224 с.2. Промышленные установки каталитического риформинга/Гуляев В.А., Ластовкин Г.А., Ратнер Е.М. и др. Подред. Г.А. Ластовкина. - Л., Химия, 1984. - 232 с.3. Catalitic naphtha reforming: Science and Technology / edited by George J. Antos, Abdullah M. Aitani, Jose M. Parera. New York - Basel - Hong Kong: Marsel Dekker, Inc., 1995.4. Petroleum refining process correlations. HPI Consultants, Inc. 1987.5. Жоров Ю.М. Кинетика промышленных органических реакций: Справ. изд. – М., Химия, 1989. – 384 с.6. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. – Под ред. Б. И. Бондаренко. – М.: Химия, 1983. - 128 с., ил.7. Рудин М.Г. Карманный справочник нефтепереработчика. – Л., Химия, 1989. – 464 с.8. Забрянский Е.И., Зарубин А.П. Детонационная стойкость и воспламеняемость моторных топлив (методы определения). Изд. 3-е, испр. и доп. – М., Химия, 1974, - 216 с.9. CudThomasBairdIV. Guide to petroleum product blending. First Edition, second printing. HPI Consultants, Inc. 1989.10. Бесков В.С., Флокк В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. - М., Химия, 1991. - 256 с.11. Жоров Ю.М. Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии. - М., Химия, 1978. - 376 с.12. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л., Химия, 1994. – 344 с.13. Судаков Е.Н. К расчёту материального баланса каталитического риформинга бензиновых фракций // Химия и технология топлив и масел. – 1996. - № 1. С. 20-21.14. Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. – М., Мир, 1971.15. Москвин В.С., Бесков В.С., Кравцов А.В., Плешакова О.Е., Ушева Н.В. Моделирование процесса каталитического риформинга бензинов. Обзор. Сер. «Автоматизация и контрольно-измерительные приборы», - М., ЦНИИТЭнефтехим, 1990.16. Рабинович Г.Б. Исследование и оптимизация процесса каталитического риформинга с учётом дезактивации катализатора: Дис. … канд техн. наук: 05.17.07 / Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени политехн. ин-т.им. В.В. Куйбышева – Куйбышев, 1981. – 173 с.17. Математическое описание и оптимизация процессов переработки нефти и нефтехимии / Жоров Ю.М., Панченков Г.М., Тиракьян О.Л., Зельцер С.П., Фрадкин Ф.Р. – М., Химия, 1967. – 156 с.18. Рабинович Г.Б., Левинтер М.Е., Беркович М.Н. Оптимизация процесса каталитического риформинга с целью снижения энергопотребления. Обзор. Сер. «Переработка нефти», - М., ЦНИИТЭнефтехим, 1985.19. Турпин Л.Е. Сокращение концентрации бензола в продукте каталитической ароматизации // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. - 1993, - № 1. С. 73-82.20. Компьютерный анализ технологических процессов / А.В. Кравцов, А.А. Новиков, П.И. Коваль. – Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1988. – 216 с.21. Э.Д. Иванчина, А.В. Кравцов, О.М. Варшавский, Д.А. Мельчаков. Физико-химические основы моделирования гетерогенно-каталитических процессов с учётом дезактивации и старения катализаторов // Химическая промышленность.– 1995. - № 1. С. 34-37.22. 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.23. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Компьютерное прогнозирование и оптимизация производства бензинов. Физико-химические и технологические основы. – Томск: STT, 2000. – 192 с.24. Шириязданов Р.Р. Научно-прикладные основы процесса алкилирования изобутана олефинами на цеолитсодержащих катализаторах: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Шириязданов Ришат Рифкатович: Уфимский государственный нефтяной технический университет. – Уфа, 2017. – 412 с.25. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. Учебное пособие для вузов. – М: Химия, 2004. – 454 с.26. Ахметов А.С. Технология глубокой переработки нефти и газа. Изд.: «Гилем», Уфа, 2002, 672с.27. Магарил Р.З. «Теоретические основы химических процессов переработки нефти».-М» Издательство КДУ» 2008, 278 С.28. Глущенко И.М. Теоретические основы технологии горючих ископаемых. М. Металлургия 1990, 296 с.29. Новый справочник химика и технолога: [В 7т.]. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. [Ч. 1] / С. А. Апостолов [и др.]; редакторы т.: Ю. В. Поконова, В. И. Страхов . - СПб.: Профессионал, 2002. - 977 с.6. Камнева А.И Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых М.Химия, 1990. 290с