CC BY
71
ВЫБОР РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОЛОНН БЛОКА РЕКТИФИКАЦИИ УСТАНОВКИ СУММАРНЫХ КСИЛОЛОВ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЕВОЙ ФРАКЦИИ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА
© Коронатов Н.Н.*, Кузичкин Н.В.*, Федоров В.И.*
Санкт-Петербургский технологический институт, г. Санкт-Петербург
Проведено исследование процесса выделения ароматических углеводородов С8 из катализатов риформинга бензиновых фракций методом простой ректификации. Установлено, что потенциал увеличения выработки суммарных ксилолов связан, в первую очередь, с более полным вовлечением нафтенов С8 и н-октана в сырье риформинга, в частности, за счет повышения четкости деления на колонне К-1.
Ключевые слова ароматические углеводороды, риформинг, целевая фракция, ректификация, ксилолы, нафтены
В России выпуск суммарных ксилолов составляет более 500 тысяч тонн в год и производится всего тремя НПЗ: Киришским, Омским и Уфанефте-химом [1].
Выделение ароматических углеводородов С8 из катализатов риформинга бензиновых фракций осуществляется либо экстракцией, либо методом простой ректификации. При использовании метода простой ректификации в качестве сырья для риформинга используется облегченная фракция 105-127 °С, с тем, чтобы снизить содержание в катализате высококипящих насыщенных углеводородов, образующих азеотропные смеси с ксилолами. Облегченную фракцию получают из широкой фракции 85-180 °С (рис. 1).
Рис. 1. Блок ректификации установки суммарных ксилолов ООО «Кинеф»
* Главный технолог ООО «КИНЕФ», соискатель кафедры Ресурсосберегающих технологий Санкт-Петербургского технологического института.
* Заведующий кафедрой Ресурсосберегающих технологий, кандидат технических наук, доцент. " Доцент кафедры Ресурсосберегающих технологий, кандидат технических наук, доцент.
Ранее [2] в результате лабораторных исследований было установлено, что состав прямогонной фракции 105-127 °С существенно влияет на характеристики катализата.
Данная работа посвящена выбору режимных параметров колонн К-1, К-2, К-3 установки суммарных ксилолов ООО «Кинеф» с целью получения целевой фракции оптимального состава.
Для анализа работы установки был выбран период, когда по производственной необходимости осуществлялось ступенчатое изменение режима работы блока ректификации (рис. 2-3).
56
48
13.05.2013 19.05.2013 25.05.2013
Рис. 2. Расход целевой фракции 105-127 °С
83
73 -I-,-,-
13.05.2013 19.05.2013 25.05.2013
Рис. 3. Отбор фракции 85-105 °С
В рассматриваемый интервал времени загрузка блока изменялась незначительно (от 240 до 255 м3/час), основные режимные параметры установки ксилольного риформинга (температура, кратность циркуляции ВСГ и т.д.) также были практически постоянны. Наибольшие вариации имели место для расхода избытка верха К-1 (дистиллята К-1). Кроме того, в начальной фазе изменялась выработка целевой фракции 105-127 °С.
Результаты лабораторных анализов катализата ксилольного риформинга для рассматриваемого интервала времени представлены на рис. 4.
Рис. 4. Содержание ароматических углеводородов С8 в катализате
Для каждого анализа рассчитывались усредненные на 10-минутном тренде режимные параметры колонн К-1, К-2, К-3. Проведенная далее статистическая обработка полученного массива данных позволила предложить аппроксимирующую зависимость содержания ароматических углеводородов в катализате от режимных параметров блока вторичной ректификации широкой бензиновой фракции 85-180 °С (коэффициент корреляции 0,98).
— W 1
С = 151.93 —- + 34.93 - 23.17— % % ^
где Б1 - расход дистиллята колонны К-1, т/час; - загрузка колонны К-1, т/час;
Ж3 - расход кубового продукта колонны К-3, т/час;
Я\ - флегмовое число колонны К-1.
Аналогичные результаты получены и для зависимости содержания толуола и ароматических углеводородов С9 в катализате от параметров режима колонн выделения целевой фракции:
— V 1
С =-70.64—1 + 59.73 V3 +19.60—
7ар■ ъ Ъ
С9р = 15.87
V
1 - 2 V3
Ъ J
Полученная модель позволяет сделать предварительный вывод: повышение орошения колонны К-1 и утяжеление целевой фракции способствует росту содержания целевых углеводородов в риформате. Однако, область применимости модели недостаточна для достоверности прогноза при значительных изменениях режима. При этом остается неясным, какие компоненты целевой фракции могут быть исключены без ущерба для выработки ароматики С8 на установке ксилольного риформинга.
Для решения указанной задачи был проведен анализ влияния состава фракции 105-127 °С на характеристики катализата. При проведении расчетов сырье колонны К-1 было разбито на узкие фракции (табл. 1). Каждая узкая фракция была представлена компонентом с наибольшим содержанием и / или имеющим температуру кипения, среднюю по этой фракции.
Таблица 1
Моделирование сырья колонны К-1
Состав сырья К-1 Значение, % масс
Фр 50-70 (метилпентаны) 0,78
Фр 79-86 (бензол,циклогексан) 1,37
Фр90-92 (диметилциклопентаны) 7,92
Фр 98-105 (этилциклопентан) 15,9
Фр 109-110 (диметилгексаны,толуол) 5,90
Фр 113-115 1,04
Фр 117-119 (метилгептаны) 7,48
Фр 119-124 (нафтены С8) 7,26
н-октан фр. 125,7 8,69
Фр131-135 (диметилгептаны,эцг) 6,14
Фр 137-139 (ксилолы) 5,26
Фр 143-145 (изононаны) 8,71
н-нонан фр. 150,8 5,46
Фр 155 и выше (тяжелые С9) 18,09
Далее в среде AspenHysys была разработана компьютерная модель блока вторичной ректификации, проведен подбор КПД контактных устройств и выполнена проверка адекватности модели (табл. 2).
Таким образом, модель позволяет достаточно точно прогнозировать составы фракций и может использоваться в дальнейших исследованиях.
С помощью указанной модели были получены расчетные составы сырья риформинга как функция от режимных параметров блока ректификации для рассматриваемого периода 13.05-24.05.2013 г. (табл. 3).
Чтобы определить какие компоненты образуют ароматические углеводородов С8, а какие конвертируются в толуол, была рассмотрена линейная зависимость массового расхода ароматических углеводородов С8 и С7 в ка-тализате от массовых расходов узких фракций в сырье риформинга.
Таблица 2
Сопоставление экспериментальных и расчетных данных
Дистиллят К-1 Кубовый продукт К-3 Целевая фракция
Фракции Содержание компонентов, % масс.
эксп. данные по модели эксп. данные по модели эксп. данные по модели
Фр 50-70 оС 2,60 2,65 0 0 0 0
Фр 79-86 оС 4,66 4,65 0 0 0 0
Фр 90-92 оС 26,92 26,88 0 0 0,35 0
Фр 98-105 оС 43,58 43,53 0 0 10,91 10,99
Фр 109-110 оС 11,38 11,34 0 0 8,89 9,04
Фр 113-115 оС 1,12 1,16 0 0 2,47 2,50
Фр 117-119 оС 5,98 6,08 0,27 0,06 19,50 20,25
Фр 119-124 оС 2,98 2,93 0,90 1,14 18,84 19,46
н-октан (125,7 оС) 0,75 0,69 2,14 1,98 28,08 27,33
Фр 131-135 оС 0,03 0 9,69 10,76 8,07 7,86
Фр 137-139 оС 0 0 11,18 10,59 2,49 2,68
Фр 143-145 оС 0 0 20,88 20,14 0,40 0,50
Фр. 147-155 оС 0 0 13,06 12,83 0 0
Фр 155 оС и выше 0 0 41,89 42,50 0 0
Таблица 3
Расчетный состав целевой фракции, % масс (13.05-24.05.2013)
Дата Фр 90-92 Фр 98-105 Фр 109-110 Фр 113-115 Фр 117-119 Фр 119-124 октан Фр 131-135 Фр 137-139 Фр 143-145
13.05 0,00 7,41 7,86 2,32 19,05 21,62 29,45 8,63 3,22 0,43
14.05 0,00 9,65 8,15 2,25 18,20 20,38 27,77 9,54 3,54 0,53
15.05 0,00 9,03 7,95 2,23 18,20 20,47 27,60 10,19 3,74 0,58
16.05 0,00 9,70 7,97 2,20 17,89 20,03 26,71 10,70 4,06 0,73
17.05 0,00 10,12 8,16 2,25 18,32 20,36 26,79 9,26 3,89 0,86
18.05 0,01 10,95 8,43 2,29 18,70 20,57 26,73 8,16 3,46 0,70
19.05 0,01 12,04 8,60 2,27 18,36 20,18 26,52 8,11 3,32 0,60
20.05 0,01 11,69 8,73 2,37 19,36 20,86 26,53 6,76 3,07 0,62
21.05 0,01 12,29 8,91 2,40 19,56 21,10 26,77 5,92 2,61 0,42
22.05 0,02 14,32 9,18 2,32 18,57 20,11 26,56 5,87 2,61 0,43
23.05 0,02 13,94 9,11 2,32 18,60 20,00 26,33 6,29 2,84 0,53
24.05 0,02 14,11 9,10 2,30 18,38 19,91 26,46 6,52 2,76 0,43
О =УО, .-а, 0<а < 1
ар / . фр.1 I? г
где Оар - массовый расход ксилолов или толуола; Офр/ - расход /'-той узкой фракции; а, - коэффициент продуктивности этой фракции.
Исходные данные для анализа, полученные расчетом, представлены в табл. 4.
Таблица 4
Расходы целевой, узких и продуктовых фракций
Расходы фракций, т/час
Целевая фракция 109-110 119-124 Октан 131-135 С7аром. С8аром.
46,69 4,69 9,04 13,75 4,03 3,88 18,25
48,40 5,30 9,19 13,44 4,62 4,69 18,27
51,35 5,20 10,15 14,17 5,23 4,75 19,59
54,67 5,42 10,36 14,60 5,85 5,26 20,60
54,88 5,67 9,69 14,70 5,08 5,46 20,42
54,99 5,71 9,32 14,70 4,49 5,80 20,22
55,09 6,24 9,77 14,61 4,47 6,19 19,97
55,12 6,17 9,21 14,62 3,72 6,13 19,96
54,99 6,31 8,97 14,72 3,26 6,35 19,82
55,00 6,95 8,96 14,61 3,23 7,04 19,18
54,97 6,72 9,04 14,48 3,46 6,91 19,21
54,88 6,98 9,12 14,52 3,58 6,94 19,22
Коэффициент продуктивности для фракции 119-124 (шестичленные нафтены С8) был принят равным 0.93 в соответствии с литературными данными. Для октана и фракции 131-135 коэффициенты были рассчитаны методами статистики и составили 0.51. Статистическая связь ароматики С8 с расходом метилгептанов оказалась статистически малозначимой. Для оценки ресурсов выработки ароматических углеводородов С8 были также проанализированы степени извлечения компонентов (табл. 5).
Таблица 5
Степени извлечения компонентов (узких фракций)
Дата Фр 98-105 Фр 109-110 Фр 113-115 Фр 117-119 Фр 119-124 октан Фр 131-135 Фр 137-139
13.05 0,13 0,37 0,63 0,72 0,84 0,95 0,40 0,17
14.05 0,18 0,40 0,63 0,71 0,82 0,93 0,45 0,20
15.05 0,17 0,41 0,65 0,74 0,85 0,96 0,50 0,22
16.05 0,19 0,43 0,67 0,76 0,87 0,97 0,55 0,24
17.05 0,20 0,44 0,68 0,78 0,89 0,98 0,48 0,23
18.05 0,22 0,45 0,70 0,79 0,90 0,98 0,42 0,21
19.05 0,24 0,46 0,69 0,78 0,88 0,97 0,42 0,20
20.05 0,23 0,47 0,73 0,82 0,91 0,97 0,35 0,19
21.05 0,25 0,48 0,73 0,83 0,92 0,98 0,31 0,16
22.05 0,28 0,49 0,70 0,78 0,86 0,95 0,30 0,15
23.05 0,27 0,48 0,40 0,77 0,86 0,94 0,32 0,17
24.05 0,28 0,48 0,69 0,76 0,85 0,95 0,33 0,16
Таким образом, потенциал увеличения выработки суммарных ксилолов связан, в первую очередь, с более полным извлечением нафтенов С8 и н-октана за счет повышения четкости деления на колонне К-1.
В завершение были проведены расчетные исследования, ставившие своей целью оценить возможные последствия изменения режимов на блоке вторичной ректификации фр. 85-180 °С.
Согласно результатам этих расчетов основные потери ксилолообразую-щих компонентов обусловлены недостаточной четкостью деления на колонне К-1. Повышение орошения на колонне К-1 положительно влияет на четкость деления компонентов и выработку ароматических углеводородов С8.
Увеличение отбора дистиллята колонны К-1 позволит не включать в нее коксогенные толуолобразующие углеводороды С7 при сохранении выработки фракции суммарных ксилолов.
Увеличение загрузки установки суммарных ксилолов в пределах регламентных норм позволит вовлекать в целевую фракцию наиболее ценные ксололообразующие компоненты.
Список литературы:
1. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. - Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.
2. Коронатов Н.Н., Кузичкин Н. В., Федоров В. И. Влияние фракционного состава сырья ксилольного риформинга на степень ароматизации углеводородов С8 // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2013. - № 19. - С. 75-77.
