Материал: Prokofeva_T.V._i_dr._Tehnolog._raschet_reaktornogo_bloka_ustanovki_katalit._riforminga
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
имени И.М. ГУБКИНА
Кафедра оборудования нефтегазопереработки
Т.В. Прокофьева С.С. Круглов (ст.) С.С. Круглов (мл.)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕАКТОРНОГО БЛОКА УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА С ПЛАТИНОВЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ
Учебно-методическое пособие
Москва 2019
УДК 66.023.23+665.753.4(075) П80
Рецензент:
Б.П. Туманян – д.т.н., профессор кафедры технологии переработки нефти РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Прокофьева Т.В., Круглов С.С. (ст.), Круглов (мл.) С.С.
П80 Технологический расчет реакторного блока установки каталитического риформинга с платиновым катализатором:
Учебно-методическое пособие. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019. – 42 с.
Описан технологический расчет реактора установки каталитического риформинга с платиновым катализатором, предназначенной для повышения октанового числа бензиновых фракций. Приведён пример расчета первого реактора установки, в том числе, материального и теплового баланса, реакционного объема и диаметров штуцеров.
Пособие предназначено для бакалавров, изучающих дисциплины «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии», «Процессы и аппараты химической технологии» и «Процессы и аппараты нефтегазопереработки» по направлениям 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 18.03.01 «Химическая технология», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и 20.03.01 «Техносферная безопасность».
Прокофьева Т.В., Круглов С.С. (ст.), Круглов С.С. (мл.), 2019
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019
1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ
Установки каталитического риформинга предназначены для получения высокооктановых компонентов бензинов, выделения товарных ароматических углеводородов и производства технического водорода. В настоящее время каталитический риформинг является одним из наиболее распространенных методов вторичной переработки нефти. Это обусловлено постоянно возрастающим спросом на высокооктановые моторные топлива и на ароматические углеводороды в качестве сырья, например, в нефтехимической промышленности.
При каталитическом риформинге состав углеводородного сырья серьезно изменяется. При риформировании бензиновых фракций, содержащих нафтеновые и парафиновые углеводороды, вследствие дегидрирования, дегидроциклизации, изомеризации образуются продукты, богатые ароматическими углеводородами и высокооктановыми парафинами изомерного строения.
Особенностью каталитического риформинга является то, что реакции дегидрирования нафтенов являются эндотермическими, т.е. сопровождаются интенсивным поглощением тепла. Поэтому катализатор размещают в нескольких последовательно соединенных отдельных реакторах, между которыми газосырьевую смесь подогревают в трубчатой печи. Затраты тепла при риформировании, в основном, определяются содержанием в сырье нафтеновых углеводородов. Так, для парафинистого сырья отрицательный тепловой эффект составляет 50-70 ккал/кг, для нафтенового – 100140 ккал/кг сырья.
Сырьем установок каталитического риформинга служат прямогонные бензиновые фракции и вторичные бензины с температурой кипения 62-180оС. Эти фракции обычно подвергают гидроочистке для удаления смол, непредельных углеводородов, азоти-
3
стых и металлоорганических соединений, присутствие которых в сырье «отравляет» катализатор, то есть снижает его активность.
На современных отечественных установках применяют три типа катализаторов – монометаллические, биметаллические и полиметаллические. Важнейшими их эксплуатационными свойствами являются активность, селективность и стабильность. Глубина превращения сырья зависит от активности катализатора и характеризуется октановым числом катализата или содержанием в нем ароматических углеводородов. Способность катализатора ускорять целевые реакции и обеспечивать наибольший выход жидких продуктов и водорода связана с селективностью.
Стабильность катализатора характеризует его способность сохранять первоначальную активность и селективность во времени, что определяет общий срок его службы и продолжительность межрегенерационного цикла.
Основные технологические параметры каталитического риформинга, в значительной степени определяющие отличительные свойства получаемых продуктов – это температура, давление, объемная скорость подачи сырья и кратность циркуляции водородсодержащего газа.
С повышением температуры процесса увеличивается выход ароматических углеводородов и октановое число получаемых продуктов риформинга, снижается выход компонентов бензина и содержание водорода в циркулирующем газе, повышается отложения кокса на катализаторе. Температура промышленного риформинга – от 450 до 530оС и зависит от состава углеводородного сырья.
Рабочее давление определяет технологию и результаты риформирования. На промышленных установках при риформировании бензинов на алюмоплатиновых катализаторах с целью по-
4
лучения высокооктановых компонентов принимается оптимальное давление – 4,0 МПа.
Удельная нагрузка реакционного объема по сырью и длительность контакта реагирующих промежуточных продуктов риформинга с катализатором определяется объемной скоростью подачи сырья. Эта скорость рассчитывается как отношение объема сырья, подаваемого в реактор в единицу времени, к количеству катализатора в реакторе. Величина объемной скорости, в зависимости от активности катализатора и состава сырья, находиться в диапазоне от 1,5 до 2,5 м3/(м3·ч).
Кратность циркуляции водородсодержащего газа рассчитывается как отношение объема циркулирующего газа, приведенного к нормальным условиям, к объему сырья, проходящего через реактор в единицу времени. При производстве высокооктановых компонентов моторных топлив кратность циркуляции принимается равной 1500-1800 нм3/м3 сырья. При уменьшении кратности циркуляции газа увеличивается коксообразование на катализаторе, а при чрезмерном увеличении - снижается глубина риформирования, возрастает нагрузка на компрессор циркулирующего газа и расход топлива в печи для его подогрева.
Схема реактора с неподвижным слоем катализатора и аксиальным вводом сырья установки каталитического риформинга приведена на рис. 1.
Газообразное сырье подается в аппарат через штуцер 7 и распределитель 6, который обеспечивает равномерное распределение парогазового потока в верхнем пустотелом пространстве реактора.
5