Разработка системы локального мониторинга на предприятии по производству бензина с высоким октановым числом

Повышение давления препятствует быстрому отравлению катализатора; частично это происходит вследствие того, что закоксовывание катализатора и чувствительность к отравлению вредными примесями с повышением давления значительно уменьшаются. В результате уменьшается выход водорода, жидких продуктов процесса и содержание в них ароматических углеводородов; одновременно увеличивается выход газов. При снижении давления резко увеличивается скорость закоксовывания катализатора, а следовательно, сокращается paбочий цикл установки, поэтому для промышленной реализации процесса при пониженном давлении с межрегенерационным периодом 6-9 месяцев нужны усовершенствованные платиновые катализаторы риформинга – би- или полиметаллические. Применение биметаллических катализаторов, в первую очередь платинорениевых, медленнее закоксовывающихся и хорошо регенерирующихся, позволило проводить процесс под давлением 1,5-2 МПа с периодической регенерацией. Таким образом, снижение давления позволяет при меньших температурах получать более высокие выходы катализата и водорода, а также увеличить содержание водорода в циркулирующем газе. Проведение риформинга на полиметаллическом катализаторе при 1,5 МПа по сравнению с катализатором АП-64 при 3,5 МПа позволило снизить температуру риформинга на 20 °С, повысить выход катализата на 9 и водорода на 1% (масс.) и одновременно увеличить концентрацию водорода в циркулирующем в системе газе почти на 11% (об.).

С повышением температуры  в процессе каталитического риформинга при прочих равных условиях уменьшаются выход стабильного катализата и содержание водорода в циркулирующем водородсодержащем газе, повышаются содержание ароматических углеводородов в катализате и его октановое число, а также отложение кокса на катализаторе. Кроме того, возрастает выход более легких углеводородов – пропана, бутана и изо-бутана (очевидно, вследствие усиления реакций гидрокрекинга углеводородов, как содержащихся в сырье, так и вновь образующихся в процессе риформинга).

Однако с повышением температуры  увеличивается и закоксовывание катализатора. Таким образом, температуру каталитического риформинга следует подбирать в сочетании с другими параметрами процесса; следует также обращать внимание на качество сырья и катализатора.

С повышением объемной скорости подачи сырья увеличиваются выход  стабильного продукта и содержание водорода в циркулирующем газе, снижается выход водорода, легких углеводородов и, что особенно важно, ароматических углеводородов. Таким образом, ресурсы ароматических углеводородов при каталитическом риформинге снижаются, а выход бензина, хотя и увеличивается, но октановое число его становится меньше; давление насыщенных паров бензина и содержание в нем ароматических углеводородов и фракций, выкипающих до 100 °С, также уменьшаются.

Соотношение циркулирующего водородсодержащего газа и сырья  можно регулировать в широких пределах. Нижний предел определяется минимально допустимым количеством газа, подаваемого для поддержания заданного парциального давления водорода; верхний – мощностью газокомпрессорного оборудования. Увеличение соотношения водородсодержащий газ : сырье проявляется в двух противоположных направлениях. С одной стороны, повышение парциального давления водорода подавляет реакции дегидрирования, но с другой стороны, увеличение количества газа, циркулирующего через реактор, уменьшает падение в них температуры; в результате средняя температура катализатора и скорость протекания реакций увеличиваются.

Жесткость процесса обычно оценивают значением октанового числа продукта: чем оно выше, тем жестче режим.

Из рассмотренных факторов наибольшее влияние на результаты риформинга оказывают давление и температура. В процессе работы даже при выдерживании заданного режима и переработке сырья постоянного состава активность катализатора постепенно снижается. Поэтому для получения продуктов нужного качества в намеченных количествах приходится по мере снижения активности катализатора вначале повышать температуру в реакторах, а затем проводить регенерацию катализатора.

Катализаторы, применяемые  в процессе риформинга, должны обладать двумя основными функциями: дегидрирующей-гидрирующей и кислотной. Дегидрирующую–гидрирующую функцию в катализаторе обычно выполняют металлы VIII группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева (платина, палладий, никель). Кислотной функцией обладает носитель катализатора – окись алюминия. Кислотными свойствами катализатора определяется его крекирующая и изомеризующая активность. Для усиления кислотной функции катализатора в его состав вводят галоген. В последнее время с этой целью чаще применяют хлор. Катализаторы, сочетающие обе описанные функции (и дегидрирующую, и кислотную), называются бифункциональными. Основными критериями для оценки катализаторов служат: объемная скорость подачи сырья, выход стабильного риформата (катализата), октановое число продукта или выход ароматических углеводородов, содержание легких фракций в риформате, выход и состав газа, срок службы катализатора. Одним из эффективных способов повышения активности, селективности и стабильности катализаторов является введение в них специальных элементов – промоторов, обеспечивающих этот эффект.

Применение биметаллических  катализаторов позволило снизить  давление в реакторе риформинга (с 3,5 до 2,0-1,5 МПа) и увеличить выход бензина с октановым числом по исследовательскому методу до 95 пунктов примерно на 6 %. Полиметаллические кластерные катализаторы обладают стабильностью биметаллических, но характеризуются повышенной активностью, лучшей селективностью и обеспечивают более высокий выход риформата. Срок их службы составляет 6-7 лет. Успешная эксплуатация полиметаллических катализаторов возможна лишь при выполнении определенных условий:

- содержание серы в  сырье риформинга не должно превышать 1÷10-4% мас., что требует глубокого гидрооблагораживания сырья в блоке предварительной гидроочистки;

- содержание влаги в  циркулирующем газе не должно  превышать 2-3÷10-3% мольных;

- пуск установки на  свежем и регенерированном катализаторе  требует использования в качестве инертного газа чистого азота (полученного, например, ректификацией жидкого воздуха);

- для восстановления катализатора  предпочтительно использование  электролитического водорода.

Для усиления кислотной функции  носителя (Al2O3) используют хлор (в большинстве  случаев) или фтор. Их содержание составляет 0,4-2,0% мас.

Риформинг является одним из ведущих процессов нефтепереработки по производству высокооктановых компонентов автобензинов. Доля процесса риформинга в объеме переработки нефти на НПЗ мира составляет в среднем 14%. Товарные бензины, выпускаемые в США, содержат в среднем 35% риформата, в странах Западной Европы - около 50%.

Принципиальная схема  установки риформинга (см. рис 2.1.) включает 4 блока:

блок гидроочистки сырья - бензиновых фракций (до содержания серы не более 1 мг/кг);

нагревательно-реакторный блок;

блок сепарации продуктовой  смеси;

блок cтабилизации риформата.

Стабилизированное в колонне 4 гидроочищенное сырье в смеси с водородсодержащим газом поступает в нагревательно-реакторный блок риформинга. С целью обеспечения равной конверсии по реакторам и уменьшения количества наиболее дезактивированного катализатора три реактора загружаются катализатором в соотношении 1:2:4.

Перед каждым реактором сырье  нагревается в одной из секций трехсекционной печи) из-за суммарного эндотермического эффекта протекающих реакций. Температура в реакторах составляет 490÷510 °С (повышается от реактора к реактору). По мере закоксовывания катализатора приходится постепенно увеличивать температуру, чтобы поддерживать конверсию на прежнем уровне. Давление для основных реакций дегидрирования и дегидроциклизации чем ниже, тем лучше (селективнее процесс). Повышенное давление используется для подавления реакций полимеризации и конденсации (коксования). Как уже отмечалось, для биметаллических катализаторов давление ниже (1,8÷2,0 МПа), чем для используемых ранее платиновых катализаторов (3,0÷3,5 МПа).

 

 

Рис. 2.1 Принципиальная схема установки каталитического риформинга для получения высокооктанового бензина на стационарном катализаторе: 1-трубчатая печь; 2-реактор гидроочистки; 3-сепарационная емкость колонны; 4, 8-ректифи-кационная колонна; 5-7-реактор риформинга; 9- холодильник; 10-секция очистки газа; 11 - насос; 12-сепаратор высокого давления; 13-теплообменник; 14-компрессор; 15- абсорбер.

 

Объемная скорость подачи сырья составляет 1,3÷2,0 ч-1, т.е. 1 м3 сырья  на 1 м3 катализатора в час, считая на всю загрузку катализатора.

Кратность циркуляции ВСГ  поддерживается на уровне 6÷10 моль/моль сырья (900-1500 м3 ВСГ на 1 м3 сырья). Такая  большая кратность нужна для  того, чтобы поддерживать в системе  высокое парциальное давление водорода и тем самым подавлять побочные реакции уплотнения.

Установка рассчитана на работу на бензине из легкой нефти при среднем давлении в реакционной секции 2,6 МПа и получении риформинг-бензина с ИОЧ 97. Рабочий цикл установки составлял 12 мес между двумя регенерациями катализатора.

Сегодня все большее распространение  получает технологическая схема  с движущимся слоем катализатора и его непрерывной регенерацией фирм UOP и JFP. Высокая селективность  используемых полиметаллических катализаторов и их непрерывная регенерация позволяет проводить процесс в жестком режиме при избыточном давлении в реакторе порядка 0,8-0,9 МПа, что способствует увеличению выхода риформата с октановым числом 100 по исследовательскому методу до 82%.

Технология UOP получила название CCR-платформинг – риформинг с непрерывной регенерацией платинового катализатора. Эти установки более экономичны при снижении рабочего давления. Три реактора (1, 2, 3) расположены друг над другом и связаны между собой системами переточных труб малого диаметра. Шариковый катализатор диаметром 1,6 мм свободно перетекает из реактора в реактор под действием силы тяжести. Из третьего реактора через систему затворов с шаровыми клапанами катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и азотом подается в бункер-накопитель регенератора 4.

Рис. 2.2 Технологическая схема  установки риформинга.

 

Регенератор представляет собой  аппарат с радиальным вводом потоков  реакционных газов, разделенный  на 3 технологические зоны: в верхней  при мольном содержании кислорода  не менее 1% производится выжиг кокса, в среднем при содержании кислорода 10-20% и подаче хлорорганических соединений–окислительное хлорирование катализатора, в нижней зоне катализатор дополнительно  прокаливают в токе сухого воздуха. Разобщение зон-гидравлическое. Катализатор проходит все зоны под действием силы тяжести. Из регенератора через систему затворов катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и водородсодержащим газом подается в бункер-накопитель, расположенный над реактором риформинга. Газопродуктовая смесь поступает в сепараторы 5,6, колонну стабилизации 7 и далее риформат идет на станцию смешения бензина.

  2.2 Характеристика источников загрязнения окружающей среды

 

Для разработки системы локального мониторинга на предприятии будем использовать данные, приведенные в задании на курсовую работу:

Источник выброса	Загрязняющее вещество	Высота источника, м	Валовый выброс, т/год	Эффективность очистки,%
1	2	3	4	5
Технологическое оборудование	Диоксид серы Оксиды азота Сероводород Оксид углерода Углеводороды предельные С10-С15	120	851 1200 98 325     41	- - - -     -
1	2	3	4	5
Эстакады налива нефтепродуктов	Бензин	20	23	-
Факельное хозяйство	Диоксид серы Оксиды азота Оксиды углерода	120	187 785 1654	-
Резервуары для хранения мазута, нефтепродуктов	Углеводороды Бензин Керосин	30	12 35 54	-

 

 Концентрацию загрязняющих веществ в приземном слое принимаем равной 0,5 ПДКр.з.

На балансе предприятия  имеется собственный отвал технологических отходов общим объемом 10000 м³. На нем складируются следующие отходы:

Наименование отхода	Класс опасности	Физическое состояние	Химический состав  отходов
Нефтешлам	3	Пастообразен	Нефтепродукты – 5-15%, механические примеси – 50 – 60%
Отходы от зачистки резервуаров, емкостей и аппаратов	3	Пастообразен	Окалина до 21,5%, SiO2 до 44%, смола до 15,6%