Научная статья на тему 'МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХИМИКО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ БЕНЗИНОВ КСИЛОЛЬНОГО РИФОРМИНГА'

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХИМИКО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ БЕНЗИНОВ КСИЛОЛЬНОГО РИФОРМИНГА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
114
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / ОПТИМИЗАЦИЯ / OPTIMIZATION / МОДЕЛЬ / ПАРАМЕТРЫ / КСИЛОЛЬНЫЙ РИФОРМИНГ / ZYLENE CATALYTIC REFORMING / УГЛЕВОДОРОДЫ / АРЕНЫ / ARENE / АЛКАНЫ / ЦИКЛОАЛКАНЫ / CYCLOALKANES / РИФОРМАТ / REFORMATE / CHEMICAL ENGINEERING / SIMULATION / COLUMN / MODELING / DISTILLATION / GASOLINE / HYDROCARBON / ALKANE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Коронатов Николай Николаевич, Кузичкин Николай Васильевич, Лисицын Николай Васильевич

Рассмотрена химико-технологическая система вторичной ректификации бензинов установки ксилольного риформинга. В компьютерной среде моделирования химико-технологических процессов Aspen Hysys разработана имитационная модель ХТС, состоящей из последовательно соединенных трех ректификационных колонн. Исследовано влияния изменения режимов работы ХТС на состав и продуктивность выделяемой целевой фракции. Выполнена оптимизация параметров системы. Показано, что оптимальное значение расхода дистиллята первой колонны обеспечивает максимум содержания ксилолов в катализате риформинга.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Коронатов Николай Николаевич, Кузичкин Николай Васильевич, Лисицын Николай Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELING AND OPTIMIZATION OF GAZOLINE DISTILLATION IN CHEMICAL ENGINEERING ZYLENE CATALYTIC REFORMING

Computer simulation of distillation hydrocarbon process in three columns of zylene catalytic reforming units is considered. The effect of changes in operating parameters of columns on the composition and productivity of the desired fraction was released. The optimal parameters are identified. It is shown that the optimal flow rate of the distillate product of the first column provides the maximum productivity of xylenes in the reformate.

Текст научной работы на тему «МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХИМИКО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ БЕНЗИНОВ КСИЛОЛЬНОГО РИФОРМИНГА»

Процессы и аппараты

УДК 665.64

N.N. Koronatov, N.V. Kuzichkin, N.V. Lisitsyn Н.Н. Коронатов1, Н.В. Кузичкин2, Н.В.Лисицын3

MODELING

AND OPTIMIZATION

OF GAZOLINE DISTILLATION

IN CHEMICAL ENGINEERING

ZYLENE CATALYTIC

REFORMING

St-Petersburg State Institute of Technology (Technical University) Moskovsky pr. 26, St-Petersburg, 190013, Russia e-mail: rector@technolog.edu.ru

Computer simulation of distillation hydrocarbon process in three columns of zylene catalytic reforming units is considered. The effect of changes in operating parameters of columns on the composition and productivity of the desired fraction was released. The optimal parameters are identified. It is shown that the optimal flow rate of the distillate product of the first column provides the maximum productivity of xylenes in the reformate.

Key words: chemical engineering, optimization, simulation, column, modeling, zylene catalytic reforming, distillation, gasoline, hydrocarbon, arene, alkane, cycloalkanes, reformate.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ БЕНЗИНОВ КСИЛОЛЬНОГО РИФОРМИНГА

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия e-mail: rector@technolog.edu.ru

Рассмотрена химико-технологическая система вторичной ректификации бензинов установки ксилольно-го риформинга. В компьютерной среде моделирования химико-технологических процессов Aspen Hysys разработана имитационная модель ХТС, состоящей из последовательно соединенных трех ректификационных колонн. Исследовано влияния изменения режимов работы ХТС на состав и продуктивность выделяемой целевой фракции. Выполнена оптимизация параметров системы. Показано, что оптимальное значение расхода дистиллята первой колонны обеспечивает максимум содержания ксилолов в катализате риформинга.

Ключевые слова: химико-технологическая система, оптимизация, модель, параметры, ксилольный риформинг, углеводороды, арены, алканы, циклоалканы, риформат.

DOI: 10.15217Zissn1998984-9.2014.27.47

В результате лабораторных экспериментов по ри-формированию бензиновых фракций было установлено, что использование в качестве сырья ксилольного риформинга углеводородов с температурами кипения 112-125 °С (вместо фракции 105-125 °С) позволяет улучшить характеристики риформата широкой бензиновой фракции, и существенно увеличить содержания аренов С8 в катализате ксилольного риформинга [1, 2]. Состав сырья ксилольного риформинга определяется режимом работы химико-технологической системы (ХТС) вторичной ректификации прямогонной бензиновой фракции 85-180 °С (на установке суммарных ксилолов) и зависит от большого числа параметров [3]: расхода и состава сырья блока, отборов дистиллятов и расходов орошений всех колонн, температур и давлений в рефлюксных емкостях, и т.п.

Математический анализ влияния указанных факторов на состав целевой фракции осложняется высокой размерностью задачи и нелинейным характером функцио-

нальных зависимостей, что не позволяет ограничиться построением формальных статистических моделей, прежде всего из-за отсутствия необходимых объемов экспериментальных данных. В то время как тренды режимных параметров регистрируются непрерывно, лабораторный анализ углеводородного состава сырья ксилольного риформинга проводится достаточно редко (в случае производственной необходимости). Несмотря на то, что лабораторная разгонка по определению температурной кривой постепенного испарения (ASTM D86) проводится регулярно, она характеризует целевую фракцию - катализат - интегрально и не позволяет судить о концентрациях индивидуальных углеводородов в ней. Поэтому для изучения влияния режимов на степень извлечения кси-лолообразующих компонентов целесообразно использовать имитационное моделирование технологического процесса, позволяющее за счет учета физико-химических закономерностей и привлечения необходимой справочной информации по составу и свойствам компонентов сократить требования к необходимому для анализа объему лабораторных данных и получить приемлемый результат.

1 Коронатов Николай Николаевич, гл. технолог ООО «Кинеф», 187110, Ленинградская обл., Кириши, ш. Энтузиастов, 1 Koronatov Nikolai N., chief Technologist OOO "Kinef" h. Entusiastov, Kirishi, Leningradskaya obl., 187110, Russia

2 Кузичкин Николай Васильевич, канд. техн. наук, зав. каф. ресурсосберегающих технологий, e-mail: kuz@ntik.ru Kuzichkin Nikolai V., PhD (Eng.), Head, Departmentof Resource-Saving Technologes, e-mail: kuz@ntik.ru

3 Лисицын Николай Васильевич, д-р техн. наук, ректор, профессор каф. ресурсосберегающих технологий, е-mail: rector@technolog.edu.ru Lisitsyn Nikolai V., Dr Sci (Eng.), Rector, Professor of Departmentof Resource-Saving Technologes , e-mail: rector@technolog.edu.ru

Дата поступления - 15 декабря 2014 года Received December, 15 2014

Разработка компьютерной модели ХТС вторичной разгонки бензина

Для расчетов использовалась модель ректификационной колонны, представляющая собой систему уравнений тепловых и компонентных материальных балансов, а также условий фазового равновесия для всех ступеней разделения с учетом КПД контактных устройств [4-6]. Вычисления проводились в компьютерной среде моделирования химико-технологических процессов Aspen Hysys (рисунок 1) [7-9], содержащей программные модули для решения систем нелинейных

уравнений большой размерности, базы данных физико-химических свойств индивидуальных углеводородов и их бинарных смесей, а также программы расчета параметров многокомпонентных однофазных и многофазных систем. В качестве исходных данных при расчете каждой из колонн задавались: количество тарелок, местоположение тарелки ввода питания; характеристики потока питания колонны; давление верха колонны, давление низа колонны; температура и давление в емкости орошения; расход дистиллята, расход орошения; средний эффективный КПД тарелок колонны.

Рисунок 1. Технологическая система вторичной ректификации в компьютерной системе технологического моделирования

Состав потока питания колонны К-1 задавался в соответствии с данными хроматографического анализа проб, одновременно отобранных ранее для потоков всех колонн. Характеристики потоков питания колонн К-2 и К-3 задавались в соответствии с уравнениями балансов после расчета предыдущей колонны. Средний КПД тарелок каждой из колонн использовался в качестве настроечного параметра при параметрической настройке модели.

Оценка адекватности модели осуществлялась путем сравнения вычисленных и экспериментальных значений составов дистиллята и кубового продукта, температура верха колонны, температура на контрольной тарелке.

В связи с тем, что в широкой бензиновой фракции 85-180 °С содержится более двухсот индивидуальных углеводородов, для уменьшения размерности задачи и упрощения анализа результатов весь диапазон температур кипения был разбит на узкие модельные интервалы - фракции. Каждая такая узкая фракция, включающая набор близкокипящих углеводородов, в дальнейшем была описана одним-двумя характерными для нее из исходного перечня компонентами. Примеры фактических и упрощенных модельных углеводородных составов узких фракций приведены в таблице 1. Составы технологических потоков ХТС вторичной ректификации выражались через относительные концентрации узких фракций. Перечень их фракций и их краткие характеристики представлены в таблице 2, там же приведен и модельный состав сырья блока - широкой бензиновой фракции 85-180 °С.

Таблица 1. Индивидуальные углеводороды и модельные составы фракций (на примере фракций 119-125 °С и 129-134 °С)

Компоненты Температура кипения, °С Содержание в сырье блока,% мас.

фр. 119-125

1,1-диметилциклогексан 119.6 0.217

1с,3-диметилциклогексан 120.1 1.388

1с-этил-3-метилциклопентан 121.1 0.628

Ц-этил-3-метилциклопентан 121.1 0.699

Ц-этил-2-метилциклопентан 121.2 1.369

1,1-метилэтилциклопентан 121.5 0.054

Ц,2-диметилциклогексан 123.4 0.909

1с,4-диметилциклогексан 124.3 0.609

Ц,3-диметилциклогексан 124.5 0.024

модельный состав фр. 119-125

1с,3-диметилциклогексан +1t,2-диметилциклогексан 5.90

фр. 129-134

1с,2-диметилциклогексан 129.7 0.162

этилциклогексан 131.8 2.294

2,2-диметилгептан 132.7 0.033

2,4-диметилгептан 132.9 0.445

2,2,3,4-тетраметилпентан 133 0.25

2-метил-4-этилгексан 133.8 0.036

модельный состав фр. 129-134

этилциклогексан 3.22

Таблица 2. Модельный состав сырья блока вторичной ректификации бензина

Таблица 3. Фактические и расчетные параметры режима колонн К-1, К-2, К-3

Узкая фракция (характерные компоненты) Содержание в сырье блока, % мас.

Фр. НК-72 («н-гексан») 1.76

Фр.80-86 («циклогексан») 0.99

Фр.90-96 («метилгексаны») 7.91

Фр.98-107 (« н-гептан», «метилциклогексан») 16.72

Фр.109-113 («толуол», «2,4-диметилгексан») 5.66

Фр.113-116 («2,3-диметилгексан») 0.70

Фр.117-119 («метилгептаны») 8.32

Фр.119-125 («нафтены С8») 5.90

Фр.125-127 («н-октан») 7.49

Фр.129-134 («этилциклогексан») 3.22

Фр135-138 («этилбензол») 3.88

Фр.138-142 («диметилгептаны») 5.23

Фр.142-144 («3-этилгептан») 2.50

Фр.144-146 («о-ксилол») 4.28

Фр.148-156 («н-нонан») 7.48

Фр.156-163 («пропилбензол») 5.59

Фр.164-174 («метилнонаны») 5.16

Фр.174-183 («н-декан») 4.84

Фр.183-193 («4-этилметаксилол») 1.56

Фр.196 и выше («н-ундекан») 0.81

Параметрическая настройка модели проводилась с целью минимизации расхождения вычисленных и фактических показателей работы ХТС и заключалась, в первую очередь, в подборе средних эффективных значений КПД внутренних контактных устройств колонн К-1, К-2, К-3. Следует отметить, что при анализе лабораторных данных и измеренных значений расходов потоков было выявлено небольшое, но систематическое рассогласование компонентных материальных балансов, которое удавалось устранить посредством незначительной (в пределах погрешности измерения) коррекции экспериментальных значений расходов.

Эта коррекция выполнялась также при параметрической настройке модели.

Адекватность модели проверялась для режимных параметров и составов потоков. Результаты проверки для режимных параметров (таблица 3), свидетельствуют об удовлетворительном совпадении расчетных и экспериментальных значений.

Параметр

Фактически По модели

Погрешность

колонна К-1

Загрузка, м3/ч 280 -

Температура в Е-1, °С 92.7 -

Давление верха, МПа 0.15 -

Давление низа, МПа 0.183 -

Давление в Е-1, МПа 0.08 -

Избыток верха, м3/ч 99 100 1 %

Расход орошения, м3/ч 192 193.1 0.6 %

Температура верха, °С 133 133.4 0.4 °С

На контрольной тарелке №70, °С 142.3 142.1 0.2 °С

колонна К-2

Температура в Е-2, °С 117 -

Давление верха, МПа 0.15 -

Давление низа, МПа 0.194 -

Давление в Е-2, МПа 0.08 -

Избыток верха, м3/ч 53 52.9 0.20 %

Расход орошения, м3/ч 181 181.1 0.05 %

Температура верха, °С 156 155.1 0.9 °С

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На контрольной тарелке №71, °С 162 162.1 0.1 °С

колонна К-3

Температура в Е-3, °С 115 -

Давление верха, МПа 0.15 -

Давление низа, МПа 0.179 -

Давление в Е-3, МПа 0.08 -

Избыток верха, м3/ч 15 15.9 0.9 м3/ч

Расход орошения, м3/ч 192 193 0.5 %

Температура верха, °С 160 159.1 0.9 °С

На контрольной тарелке №75, °С 162 161.2 0.8 °С

Особое внимание в ходе проверке адекватности было уделено сопоставлению расчетных и фактических составов технологических потоков. Как следует из представленных результатов (таблицы 4, 5), расхождение данных в подавляющем числе случаев незначительно и соизмеримо с погрешностью лабораторного анализа. Таким образом, разработанная компьютерная модель ХТС позволяет описать работу системы с вполне удовлетворительной точностью и может использоваться для проведения расчетных исследований с целью определения оптимальных режимов.

Таблица 4. Фактические и расчетные составы отборов колонны К-1

Верх К-1, % мас. Низ К-1, % мас.

Узкая фракция (компоненты) факт модель абс. пог-реш-ность факт модель абс. пог-реш-ность

Фр. НК-72 («гексан») 5.26 5.26 - - - -

Фр.80-86 («циклогексан») 2.98 2.98 - - - -

Фр.90-96 («метилгексаны») 23.69 23.66 0.03 0.00 0.03 0.03

Фр.98-107 («ме-тилциклогексан») 46.25 46.41 0.16 1.91 1.85 0.06

Фр.109-113 («толуол») 11.17 11.18 0.01 2.90 2.90 0.00

Фр.115-116 («2,3-димети-лгексан») 0.77 0.67 0.10 0.67 0.72 0.05

Фр.117-119 («метилгептаны») 6.90 6.94 0.04 9.03 9.01 0.02

Фр.119-125 («наФтены С8») 2.27 2.19 0.08 7.72 7.76 0.04

Фр.125-127 («октан») 0.70 0.66 0.04 10.89 10.91 0.02

Фр.129-134 («этилциклогек-сан») 0.01 0.02 0.01 4.82 4.82 0.00

Фр135-138 («этилбензол») 0.01 0.02 0.01 5.83 5.82 0.01

Фр.138-142 («ди-метилгептаны») - - - 7.85 7.85 -

Фр.142-144 («3-этилгептан») - - - 3.75 3.75 -

Фр.144-146 («о-ксилол») - - - 6.43 6.43 -

Фр.148-156 («нонан») - - - 11.23 11.22 -

Фр.156-163 («пропилбен-зол») - - - 8.39 8.39 -

Фр.164-174 («ме-тилнонаны») - - - 7.75 7.75 -

Фр.174-183 («декан») - - - 7.27 7.27 -

Фр.183-193 («4-этилметакси-лол») - - - 2,34 2.34 -

Фр.196 и выше («ундекан») - - - 1.22 1.22 -

Таблица 5. Фактические и расчетные составы целевой фракции и кубового продукта колонны К-3

Целевая фр., % мас. Низ К-3, % мас.

Узкая фракция (компоненты) факт модель абс. пог-реш-ность факт модель абс. пог-реш-ность

Фр. НК-72 («гексан») - - - - - -

Фр.80-86 («циклогексан») 0.01 0 0.01 - - -

Фр.90-96 («метилгексаны») 0.05 0.08 0.03 - - -

Фр.98-107 («ме-тилциклогексан») 5.89 5.71 0.18 - - -

Фр.109-113 («толуол») 8.94 8.94 0.00 - - -

Фр.115-116 («2,3-димети-лгексан») 2.03 2.20 0.17 - - -

Фр.117-119 («метилгептаны») 27.27 27.67 0.40 0.09 0.05 0.04

Фр.119-125 («нафтены С8») 21.26 21.14 0.12 1.11 1.24 0.13

Фр.125-127 («октан») 28.25 28,13 0.12 2.14 2.29 0.15

Фр.129-134 («этилциклогек-сан») 6.28 2.54 0.43 13.19 5.96 0.15

Фр135-138 («этилбензол») 3.29 7.08

Фр.138-142 («ди-метилгептаны») 0.13 11.26 11.36 0.10

Фр.142-144 («3-этилгептан») 0.03 0.02 0.28 5.56 5.53 0.03

Фр.144-146 («о-ксилол») 0.16 9.59 9.53 0.06

Фр.148-156 («нонан») - - - 16.58 16.73 0.15

Фр.156-163 («пропилбен-зол») - - - 12.46 12.50 0.04

Фр.164-174 («метилнонаны») - - - 11.66 11.55 0.11

Фр.174-183 («декан») - - - 10.95 10.87 0.08

Фр.183-193 («4-этилметакси-лол») - - - 3.53 3.49 0.04

Фр.196 и выше («ундекан») - - - 1.84 1.82 0.02

Исследование влияния режимов выделения целевой фракции на ее состав и продуктивность

Как было сказано выше, состав целевой фракции зависит от целого ряда факторов: загрузки, давлений в колоннах и в емкостях орошения, температур и расходов орошений колонн, расходов дистиллятов. В реальных производственных условиях загрузка и отбор целевой фракции определяются текущим плановым заданием, а давления в колоннах и в рефлюксных емкостях, а также температуры потоков орошения колонн поддерживаются практически неизменными и определяются параметрами оборудования и технологическим регламентом. Таким образом, на практике регулирование состава целевой фракции осуществляется путем варьирования следующих режимных параметров: расходов орошения колонн К-1, К-2,

К-3; расхода дистиллята колонны К-1; соотношения расходов дистиллятов колонн К-2 и К-3.

Влияние этих факторов различно. Расходы орошения (точнее, - флегмовые числа) колонн определяют четкость деления исходного сырья по разделяющим компонентам [10 102]. Изменение расхода дистиллята колонны К-1 приводит к облегчению или утяжелению состава целевой фракции, т.е. определяет сам выбор разделяющих компонентов. И, наконец, коррекция соотношения расходов дистиллятов К-2 и К-3 (с учетом того, что их сумма равна расходу целевой фракции и зафиксирована плановым заданием) играет подчиненную роль; она позволяет при фиксированных расходах орошения колонн К-2 и К-3 увеличить флег-мовое число одной колонны за счет снижения флегмового числа другой колонны, влияя таким способом на результирующую четкость деления на каскаде этих двух колоннах.

На рисунках 2 и 3 представлено распределение ксилолообразующих компонентов между продуктовыми отборами, вычисленное по модели при типичных режимных параметрах.

Рисунок 2. Процентные соотношения по распределению циклоалканов 119-125°С между продуктовыми отборами при различных расходах орошения колонны К-1: а) 166 м3/ч; б) 196 м3/ч

Рисунок 3. Процентные соотношения по распределению алканов 113-126 °С между продуктовыми отборами при различных расходах орошения колонны К-1: а) 166 м3/ч; б) 196 м3/ч

При проведении расчетов расход сырья составлял 207 т/ч. Расход дистиллята колонны К-1 (68.4 т/ч) задавался равным потенциалу фракций 85-113 °С, а расход целевой фракции (46.7т/ч) - потенциалу фракций 113-125 °С (таблица 2). Таким образом, появление компонентов целевой фракции 113-125 °С в дистилляте колонны К-1 и в кубовом продукте колонны К-3 было связано исключительно с недостаточной четкостью деления на колоннах.

Наибольшие потери ксилолообразующих компонентов имеют место на колонне К-1, что обусловлено недостаточно высокими значениями ее флегмового числа. Следовательно, расход орошения колонны является одним из основных параметров оптимизации процесса. На рисунке 4 представлена расчетная зависимость содержания различных групп углеводородов в целевой фракции от расхода орошения колонны К-1. Монотонный характер зависимости для всех ксилолообразующих компонентов подтверждает целесообразность поддержания высоких расходов орошения К-1.

-фр. 113-119 (топарафины)

фр. 115-125 (нафгены)

30%

28%

26%

24%

22%

9г 2'."'%

и с:

о

18%

-НИ--

165

17'."'

195

175 180 185 190

расход орошения колонны К-1, мЗ/ч

Рисунок 4. Влияние расхода орошения К-1 на содержание ксилолобразующих компонентов в целевой фракции

2 С"."'

В то же время, влияние расхода дистиллята колонны К-1 на содержание ксилолообразующих компонентов в целевой фракции менее очевидно, как это следует из результатов расчета, приведенных на рисунке 5. В час-

тности, рост содержания н-октана сопровождается снижением концентрации изооктанов, а изменение содержания циклоалканов (нафтенов) носит при этом немонотонный характер.

■ фр. 113-119 (из о п ар афи н ы)

-фр. 115-12? (нафтены)

25%

21%

5

25%

и 2?%

¡и

s

0J

D

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

и 21%

19%

-□

--о- --г:—- -О- -О-

66000 67000 6S000 69000 70000 71000

расход дистиллята колонны К-1, кг/ч

72000

73000

74000

Рисунок 5. Влияние расхода дистиллята колонны К-1 на содержание основных ксилоообразующих компонентов в целевой фракции

Необходимо отметить, что с практической точки зрения представляет интерес не столько детальный прогнозный расчет концентраций конкретных ксилолооб-разующих компонентов в сырье ксилольного риформин-га, сколько интегральная оценка продуктивности сырья в целом, а именно, расчет ожидаемого содержания целевых углеводородов С8 в стабильном катализате. Для решения этой задачи был проведен статистический анализ углеводородных составов сырья ксилольного риформин-га и лабораторных данных по содержанию ксилолов в ри-формате. В результате обработки данных выборки была получена регрессионная зависимость, позволяющая с

47

приемлемой точностью - стандартное отклонение 0.4 % мас. (рисунок 6) -- оценивать продуктивность целевой фракции:

^ксилолы = 117 - снафтены + 0367 ' ^парафины где Сксшшлы - содеожание ксилолов в катализате риформинга, % мае.; снафтены - содержание насЬтенов 119-125 °С в сырье риформинга, % мае.; сиарафины - суммарное содержание изооктанов 113-119 °С и н-октана (125.7 °С) в сырье риформинга, % мас.

Необходимо отметить, что в выражение включена сумма орто-, пара- и мета-ксилолов.

45

45

£

3?

44

42

41

40

О

О,--'

4:

41

42 43 44 45

Расчетное содержание ксилолов в катализате, % масс.

45

47

Рисунок 6. Корреляционный график зависимости содержания ксилолов в стабильном катализате от состава сырья ксилольного риформинга

С помощью описанной формулы результаты моделирования ХТС, полученные при различных значениях расхода дистиллята и расхода орошения колонны К-1, можно преобразовать к виду, показанному на рисунке 7. Как следует из приведенных данных, имеет место оптимальное значение расхода дистиллята колонны К-1, обеспечивающее максимум содержания ксилолов в катализате риформинга. Расход орошения колонны К-1 продолжает при этом играть важную роль и, по возможности, должен поддерживаться на максимально допустимом уровне.

—X—195мЗ/ч 175мЗ/ч —О—фикс. нагрузка печи

**

„....-■ж............. ......................... .......-ж-....

"'"■ж.,.

"'"'•ж

Ж'"'

00 580'.""."' 70000 72000

Расход дистиллята К-1, кг/ч

Рисунок 7. Влияние расхода дистиллята колонны К-1 (при различных расходах орошения К-1) на содержание ксилолов

в катализате риформинга

Необходимо подчеркнуть, что при постоянном расходе орошения (пунктирные кривые на рисунке 7) по мере увеличения отбора дистиллята нагрузка на печь должна также расти. В том же случае, когда нагрузка печи ограничена, при увеличении отбора дистиллята расход орошения неизбежно будет уменьшаться. Это повлечет за собой снижение четкости деления, рост потерь ксило-лообразующих компонентов и снижение содержания ксилолов в катализате. В итоге, при фиксированной нагруз-

ке печи оптимум будет достигаться при меньших отборах дистиллята, снизится и содержание ксилолов в катализа-те (сплошная кривая на рисунке 7).

Результаты расчетных исследований показали, что при увеличении расходов орошений каждой из колонн К-2 и К-3 на 10 м3/ч прирост содержания ксилолов в катализате составляет 0.5% масс. (рисунок 8), а суммарная тепловая нагрузка колонн возрастает от 102.5 ГДж/час до 107.5 ГДж/час.

Рисунок 8. Влияние соотношения расходов дистиллятов колонн К-2 и К-3 (при различных расходах орошений)

на содержание ксилолов в катализате

При тех же энергозатратах (тепловые нагрузки колонн К-2 и К-3 останутся равными 56.1 и 46.4 ГДж/ час, соответственно, а на К-1 нагрузка вырастет от 69.6 до 74.8 ГДж/час) расход орошения колонны К-1 можно увеличить на 20 м3/ч, и при этом прирост содержания ксилолов составит 2.0 % мас. (рисунок 7).

Проведенными расчетами было также подтверждено, что существующее отношение расходов дистиллятов колонн К-2 и К-3 (3.5:1) близко к оптимальному значению и ресурсов для оптимизации по этому параметру нет. На практике соотношение расходов дистиллятов колонн К-2 и К-3 колеблется в пределах от 0.69:0.31 до 0.77:0.23.

Таким образом, можно констатировать, что при заданной загрузке ХТС и плановом задании на выработку целевой фракции основными параметрами, определяющими продуктивность сырья ксилольного риформинга, являются расход орошения колонны К-1 и расход дистиллята этой же колонны.

Литература

1. Коронатов Н.Н. Влияние состава сырья на показатели процесса риформинга // Нефтехимия и нефтепереработка. 2012. № 5. С. 27-32.

2. Коронатов Н.Н., Кузичкин Н.В., Федоров В.И. Влияние фракционного состава сырья ксилольного ри-

форминга на степень ароматизации углеводородов С8 // Известия СПБГТИ(ТУ). 2013. № 19(45). С. 75-77.

3. Деменков В.Н., Сидоров Г.М., Демьяненко Е.А. [и др.]. Повышение качества продуктов разделения при стабилизации прямогонного бензина // Химия и технология топлив и масел. 1994. №1. С. 14-16.

4. Minh V.T., RaniA.M.A. Modeling and Control of Distillation Column in a Petroleum Process // Mathematical Problems in Engineering. 2009. Vol. 2009. P. 1-14.

5. Kehlen H., Ratzsch. Complex multicomponent distillation calculations by continuous thermodynamics // Chemical Engineering Science. 1987. Vol. 42, № 2. P. 221-232.

6. Кондрашева Н.К. Кондрашев Д.О., Абдульми-нев К.Д. Технологические расчеты и теория каталитического риформинга бензина: уч. пособие. Уфа: ООО "Монография", 2008. 160 с.

7. HYSYS. Process, version 3.2, documentation. Customization Guide. Cambridge (USA): Aspentech, 2003. 332 p.

8. Process Simulation and Control Using Aspen. PHI Learning Pvt. Ltd., 2009. 317 р.

9. Лисицын Н.В., Викторов В.К., Кузичкин Н.В., Федоров В.И. Химико-технологические системы: оптимизация и ресурсосбережение. 2-e изд., перераб. и доп. СПб.: Менделеев, 2013. 392 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.