Метод автоматического управления процессом для сохранения активности катализатора в реакторно–регенераторной системе Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 3 2015

121

УДК 66.01.52:66.012.1

МЕТОД АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ АКТИВНОСТИ КАТАЛИЗАТОРА В РЕАКТОРНО-РЕГЕНЕРАТОРНОЙ СИСТЕМЕ

Р.А.Меликов

Институт катализа и неорганической химии им. М.Нагиева НАН Азербайджана

itpcht@itpcht. ab. az Поступила в редакцию 03.02.2015

Рекомендуется метод автоматического управления процессом для сохранения активности катализатора в реакторно-регенераторной системе с учетом данных плотности, теплопроводности контактного газа, технологических параметров - температуры, расхода катализатора, а также математической модели, заложенной в компьютер.

Ключевые слова: данные плотности, теплопроводности, математическая модель процесса.

Подавляющее большинство современных химико-технологических процессов являются каталитическими. Одной из характерных особенностей каталитических процессов является протекание их в условиях нестационарной активности катализатора. Химико-технологические комплексы (ХТК) проектируются для функционирования при установившихся режимах с учетом взаимовлияния реакторных элементов. Поэтому изменение производительности одного реактора может из-за нестационарной активности катализатора отрицательно повлиять на оптимальный режим функционирования всего комплекса. Вот почему весьма важной является проблема сохранения активности катализатора в каждом из реакторных элементов ХТК. Следует отметить, что применение предлагаемого метода требует разработки полных математических моделей всех входящих в состав ХТК каталитических процессов, учитывающих нестационарную активность катализатора и закономерности физико-химических процессов, происходящих в химических реакторах.

Целью работы является автоматизация и оптимальное управление процессом для сохранения активности катализатора в реакторно-регенераторной системе с учетом данных плотности, теплопроводности контактного газа, технологических параметров - температуры, расхода катализатора. Решение этой задачи с учетом нестационарной активности катали-

заторов рассмотрим на примере реакторно-регенераторного блока производства изобу-тилена дегидрированием изобутана.

Дегидрирование изобутана в изобути-лен протекает в реакторно-регенераторном блоке с "кипящим" слоем циркулирующего алюмохромового катализатора ИМ-2210. В работе [1] показано, что при дегидрировании изобутана активность алюмохромового катализатора ИМ-2201 после регенерации возрастает в течение 4-16 мин до максимального значения, а потом падает. Если учесть, что время пребывания данного катализатора в реакторе в промышленных условиях составляет 15-20 мин, то такое изменение активности значительно снижает производительность промышленных реакторов дегидрирования.

На характер изменения активности катализатора значительно влияют условия регенерации, что должно быть учтено в математической модели. Кроме того, с течением времени происходит частичное старение катализатора, что компенсируется подпиткой реактора свежим катализатором. Таким образом, при протекании реакции дегидрирования изобутана активность алюмохромового катализатора можно регулировать условиями регенерации (температура, расход катализатора) и подпиткой свежим катализатором.

Реакция дегидрирования является эн-дометрической и осуществляется за счет тепла, приносимого в реактор с катализатором и сырьем.

122 МЕТОД АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ

Контактный газ

3

а

13

Принципиальная схема системы управления реакторно-регенераторным блоком, реализующей предложенный метод.

Процесс дегидрирования осуществляют в реакторе 1 с кипящим слоем мелкодисперсного катализатора [2-4], непрерывно циркулирующего через регенератор 2 для восстановления его каталитических свойств. Сырье в реактор 1 подают после предварительного нагрева в печи (с незначительным его перегревом), направляя газовый поток снизу вверх навстречу опускающимся частицам катализатора.

С помощью регулятора 4 по замеру от датчика 3 регулируют температуру в верхней части слоя катализатора в реакторе 1 воздействием управляющего компьютера 15 на клапан 5 линии подпитки свежим катализатором.

С помощью регулятора 7 по замеру от датчика 6 температуры нижней части регенератора корректируют положение клапана 8 на линии подачи топливного газа в реактор с помощью управляющего компьютера 15.

По замеру от датчика расхода 9 циркулирующего катализатора и управляющего компьютера 15 с помощью блока 10 корректируют положение клапана 11 на линии перетока из регенератора 2 в реактор 1 пропор-

ционально подаче сырья [5]. Информация от датчиков плотности 12 и теплопроводности 13 поступает в управляющий компьютер 15. Для технологического процесса дегидрирования изобутана в изобутилен найдены линейные зависимости между величинами конверсии сырья а и плотности контактного газа р и аналогично - зависимости между селективностью процесса £ и плотностью контактного газа ро, определяемой без учета в его составе водорода. Указанные функциональные зависимости а= -50р+115, 8=11 р0-89 реализуются в компьютере.

В компьютер поступает информация о температуре от датчика 3 в верхнем слое катализатора в реакторе, о расходе от датчика 9 регенерированного катализатора, поступающего из регенератора в реактор, о температуре нижнего слоя регенерированного катализатора в регенераторе от датчика 6. Кроме того, в компьютер вводят в виде справочной информации значения констант, входящих в математическую модель процесса.

Входящий в компьютер 15 блок оптимизации корректирует температуру верхнего слоя катализатора в реакторе, нижнего

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2015

РАЖЕЛИКОВ

123

слоя катализатора в регенераторе и расход регенерированного катализатора с добавкой подпитки, регулируемой клапаном 5. Коррекция по температуре и расходу катализатора обеспечивает оптимальный температурный режим по высоте слоя катализатора в реакторе и регенераторе с целью сохранения активности катализатора на заданном уровне, что позволяет получать оптимальный выход целевого продукта.

Предлагаемый метод разработан для автоматизации процесса дегидрирования изо-бутана в изобутилен, осуществляемого в кипящем слое катализатора, циркулирующего в системе реактор-регенератор, и может быть использован в химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Список литературы

1. Мамедов Э.М., Касимов Р.М., Алиев А.М., Ме-ликов Р.А. Моделирование и оптимизация про-

мышленного процесса дегидрирования изобутана //Тр. ИТПХТ АН Азерб. ССР. Моделирование и оптимизация химических процессов. Т. 8. Баку: Элм, 1991. С. 32-48.

2. Пат. RU 2523537 С2. Технологическая схема нового реактора дегидрирования пропана до пропилена / Таулер Г.П., Циммерман С.К. 2014.

3. Касимов Р.М., Алиев А.М., Мамедов Э.М., Меликов Р.А. Использование датчиков плотности и теплопроводности контактного газа для непрерывного контроля и управления процессом дегидрирования изобутана // Хим. пром-сть. 1986. № 3. С. 181-193.

4. Шахтахтинский Т.Н., Абаев Г.Н., Касимов Р.М., Алиев А.М., Мамедов Э.М., Адилов Н.А., Су-лейманов Ф.Д., Меликов Р.А. Устройство для автоматического управления процессом дегидрирования изобутана. А.с. 1213018 СССР. Б.И. 1986. № 7.

5. Меликов Р.А. Способ автоматического управления процессом дегидрирования углеводородов в кипящем слое катализатора //Азерб. хим. журн. 2014. № 3. С. 103-105.

REAKTOR-REGENERATOR SÍSTEMÍNDO KATALÍZATORUN AKTÍVLÍYÍNÍN SAXLANMASI ÜCÜN PROSESÍN AVTOMATÍK ÍDARO EDÍLMOSÍ METODU

RO.Malikov

Kontakt qazinin sixliq, istilikkegirma göstaricilarinin, katalizatorun temperatur va sarf parametrlarinin, hamginin kömpütera daxil edilmi§ riyazi modellarin i§tiraki ila katalizatorun akrivliyinin saxlamaginin avtomatic idara etmak metodu tövsiya edilmi§dir.

A§ar sözlar: sixliq, istilikkegirma göstaricilari, prosesin riyazi modeli.

METHOD OF AUTOMATIC MANAGEMENT OF THE PROCESS FOR PRESERVING THE ACTIVITY OF THE CATALYST IN THE REACTOR-REGENERATION SYSTEM

R.A.Melikov

There has been recommended the method of automatic management for preserving the activity of the catalyst in the reactor-regeneration system with regard for the density data, thermal conductivity of the contact gas, technological parameters - temperature, expenditure of the catalyst, as well as mathematical models entered into computer.

Keywords: data of density, heat-conductivity, mathematical model of the process.