Способ управления процессом каталитического риформинга Советский патент 1991 года по МПК C10G35/24 G05D27/00 

Изобретение относится к способам управления процессом каталитического риформинга и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ управления реакторным блоком установки каталитического риформинга, в котором подачу воды в реакторы регулируют в зависимости от концентрации влагосодержащих соединений в циркулирующем газе, температуры верха и низа колонны предварительной гидроочистки и расходов гидрогенизата и циркулирующего газа. Подачу воды осуществляют дифференцированно в каждый из реакторов. На смешение с сырьем перед реакторным блоком подается хлорорганическое соединение.

Этот способ не позволяет обеспечить высокий выход целевого продукта в течение всего времени эксплуатации катализатора. Это объясняется тем, что оптимальное молярное соотношение вода:галоген в зоне катализа всех реакторов не обеспечивается, так как-при таком способе управления это соотношение увеличивается от реактора к реактору при любых количествах подаваемой воды в каждый из реакторов, что приводит к понижению содержания галогена на катализаторе и к снижению селективности процесса.

Известно, что в первом реакторе блоков каталитического риформинга протекают в

ON Ю

СО

О

ю ел

основном реакции дегидрирования нафтеновых углеводородов, катализируемые металлической функцией катализатора. Во втором и третьем реакторах получают развитие изомеризация олефинов, их циклизация и гидрокрекинг, а также превращение пятичленных циклоолефинов в шестичлен- ные. Роль кислотной функции катализатора в том случае определяющая, а поскольку она в значительной степени зависит от наличия галогена на поверхности катализатора и возрастает от первого к третьему реактору, то предположенная в известном crtoco6e схема ввода воды и галогенсодер- жащего соединения приводит к падению активности катализатора во втором и третьем реакторах.

Известен способ управления процес- сфм каталитического риформинга путем ре- Ылирования температуры в зависимости от отношения прироста концентрации водоро- д в водородсодержащем газе к приросту концентрации ароматических углеводородов в жидкой фазе.

Недостатком этого способа является невозможность управления процессом с помощью соотношения л н- из-за случайAU ар

него характера изменения его во времени. Так при старении или закоксовывании катализатора оно увеличивается из-за более интенсивного снижения концентрации На при убеличении жесткости процесса, а при де- галогенировании катализатора -увеличивается даже при фиксированной жесткости Причем в последнем случае управление процессом должно выразиться в усилении промотирования катализатора галогеном, так как изменение температуры процесса не приводит к положительным результатам, Того же типа явления происходят и при изменении качества сырья.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ управления, в котором регулирование температур газосырьевой смеси, подаваемой в реакторы, производится путем изменения подачи топлива в нагреватели Изменение температуры смеси перед поступлением в первый реактор производится в зависимости от изменения разности температур на входе и Е&ыходе реактора, во второй реактор - от изменения концентрации водорода в циркулирующем газе, в третий реактор - от изменения октанового числа катализата, регулирование количества воды и галоген- содержащего соединения, подаваемых в га- Зосырьевую смесь перед подогревателем.

производится в зависимости от их концентрации в циркулирующем газе.

Однако известный способ не обеспечивает высокий выход продукта во все время

эксплуатации катализатора. Это объясняется тем, что регулирование температуры потока газосырьевой смеси на входе в первый реактор производится в зависимости от перепада температур на входе и выходе реак0 тора, который предопределяется содержанием нафтеновых углеводородов в сырье и не отражает полной картины протекания процесса в слое катализатора; регулирование температуры потока на входе во

5 второй реактор в зависимости от концентрации водорода в циркулирующем газе является неэффективным, поскольку концентрация водорода в циркулирующем газе мало зависит от работы второго реакто0 ра, так как основными поставщиками водорода в процессе являются реакции дегидрирования нафтеновых углеводородов, протекающие в первом реакторе и гид- рокрекинга в третьем реакторе;

5 регулирование температуры смеси на входе в третий реактор в зависимости от октанового числа катализата малоэффективно, поскольку октановое число катализата определяется суммарным количеством аро0 матических углеводородов, образовавшихся во всех трех реакторах, причем в основном в первых двух и лишь малой части в третьем практически трудно выделить зависимость октанового числа общего потока

5 катализата от режимного параметра именно третьего реактора; подача воды и гало- генсодержащего соединения на смешение с сырьем перед первым реактором не обеспечивает оптимального молярного соотноше0 ния вода галоген в зоне катализа каждого реактора, поскольку это соотношение при таком способе ввода воды и галогена является фиксированным и одинаковым для всех реакторов, тогда как для оптимальной рабо5 ты реакторного блока необходимо повышение содержания галогена на поверхности катализатора по ходу процесса от первого к третьему реактору в связи с повышением роли кислотной функции катализатора.

0 Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта за счет увеличения точности управления процессом.

Поставленная цель достигается тем, что регулирование температуры газосырьевой

5 смеси на входе в первый реактор производится в зависимости от текущих значений приращения концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из реактора и изменения характера распределения температуры по высоте слоя

катализатора, изменение температур на входах во второй и третий реакторы производят в зависимости от приращения концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из этих реакторов, количество воды, подаваемой в газосырьевую смесь, регулируют в зависимости от содержания влаги в циркулирующем газе и сырье, а регулирование подачи галогенсо- держащего соединения производят раздельно для каждого реактора в соответствии с заданными молярными соотношениями вода:галоген.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются изменение температуры газосырьевой смеси, подаваемой в первый реактор, в зависимости от текущих значений приращения концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из реактора и изменения характера распределения температуры по высоте слоя катализатора; изменение температуры смеси на входах во второй и третий реакторы в зависимости от текущих значений приращения концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из этих реакторов; дополнительное регулирование подачи воды в газосырьевую смесь перед реакторным блоком в зависимости от изменения содержания влаги в сырье и регулирование подачи галогенсодержащего соединения раздельно для каждого реактора в зависимости от заданных молярных соотношений вода; галоген.

Изменение температуры газосырьевой смеси на входе в реакторы в зависимости от текущих значений приращения концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из реакторов, причем для первого реактора с учетом характера изменения температуры по слою катализатора, т.е. в зависимости от прямых параметров, наиболее полно отражающих процессы в реакторах, позволяет поддерживать оптимальную температуру на входе в реакторы.

Раздельная подача галогенсодержащего соединения на вход в реакторы в соответствии с его расчетным оптимальным количеством для каждого реактора в отдельности позволяет поддерживать оптимальное молярное соотношение водаталоген в каждом реакторе в соответствии со спецификой его работы и тем самым повышать активность, селективность, стабильность работы катализатора и выход целевого продукта.

Сделана попытка дифференцировать по реакторам соотношение-ьода:галоген путем

раздельной подачи воды в каждый из реакторов. Однако предлагаемый способ приводит к повышению соотношения вода;галоген от первого к третьему реактору

при любом количестве подаваемой во второй и третий реакторы воды, что обусловливает относительное понижение содержания галогена на катализаторе и как результат - снижение селективности и активности ката0 лизатора в этих реакторах, для которых наличие галогена на катализаторе особенно важно.

Подача воды в газосырьевую смесь перед первым реактором в предлагаемом спо5 собе производится в зависимости не только от содержания влаги в циркулирующем газе, но и от ее наличия в сырье, что позволяет повысить точность поддержания соотноше- . ния вода:галоген на катализаторе.

0 На фиг.1 приведена система управления для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - кривая распределения температуры по высоте слоя катализатора. Система управления содержит насос 1,

5 подогреватель 2, первый 3, второй 4 и третий 5 реакторы, насосы-дозаторы 6-9, сепаратор 10, компрессор 11, датчики состава сырья 12 и катализата 13, и водородсодер- жащего газа 14, датчики расхода сырья 15,

0 циркулирующего газа 16. катализатэ 17 и избыточного газа 18, уровня 19, температуры 20-23 и давления 24, регуляторы расходов сырья 25, циркулирующего газа 26, температуры 27-29 на входе в реакторы 3-5

5 соответственно, уровня 30 в сепараторе 10 и давления 31. Кроме того, система содержит исполнительные механизмы на линиях подачи сырья 32, циркулирующего газа 33, топлива 34-36 в секции подогревателя 2,

0 вывода катализата 37 и избыточного газа 38 и управляющий вычислительный комплекс (УВК)39.

Способ осуществляется следующим образом.

5 Сырье блока риформинга (I) - бензин нефтяного происхождения - с насоса 1 после смешения с циркулирующим водородсо- держащим газом (II) поступает в первую секцию подогревателя 2, куда подается топ0 ливный газ (III). Газосырьевая смесь нагревается, до 450-520°С и после смешения с водой (IV) и галогенсодержащим соединением (V), поступающими от насосов-дозаторов 6 и 7 соответственно, подается в первый ре5 актор 3. В реакторе в основном протекают реакции дегидрирования нафтеновых углеводородов, являющиеся зндотермичными, что приводит к падению температуры по слою катал/затсрз на 20-70°С. Парогазовая смесь из с-е ;ктора 3 через втор/ю секцию

подогревателя 2, где вновь нагревается до 450-520°С, и после смешения с необходимым количеством галогенсодержащего соединения (V), поступающего от насоса-дозатора 8, направляется во второй реактор 4. В последнем происходят реакции изомеризации и дегидроциклизации парафиновых углеводородов и дегидроизмери- зации нафтеновых углеводородов, Температура по слою катализатора в реакторе 4 понижается на 10-30°С. Парогазовая смесь из реактора 4 через третью секцию подогревателя 2, где вновь нагревается до 450-520°С, и после смешения с галогенсо- держащим соединением (V), поступающим от насоса-дозатора 9, направляется в третий реактор 5. В последнем 5 заканчиваются реакции дегидроциклизации парафиновых углеводородов и значительное развитие получают реакции гидрокрекинга. Температура по слою катализатора снижается на 5-10°С или увеличивается на 1- 410°С. Газопродуктовая смесь из реактора 5 поступает либо на очистку от непредельных соединений и на охлаждение (в случае работы установки на получение ароматических углеводородов), либо сразу на охлаждение (в случае работы установки на получение высокооктанового бензина) и далее в сепаратор 10, где происходит ее разделение на жидкий катализат (VI) и водородсодержащий газ, Аппараты очистки и охлаждения- газопродуктовой смеси на схеме не показаны. Часть выделенного газа (II) с помощью компрессора 11 подается после очистки и осушки (не показано) на смешение с сырьем, а избыток (VII) выводится с установки. Жидкий катализат направляется далее на разделение.

Для аналитического контроля за количеством сырья и продуктов на соответствующих линиях установлены датчики 12-14 составов,

Информация с датчиков 12-24 и насосов-дозаторов 6-9 преобразуется и поступает в УВК 39. В последнем на основе предварительных исследований взаимосвязей параметров процесса и свойств катализатора вводится условно-постоянная информация, о математических моделях каждого из реакторов: зависимости выходных параметров (приращений концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из реакторов) от входных (температуры на входе в каждый из реакторов, расхода сырья и содержания фракции, выкипающий в пределах 62-85°С, в сырье), об интенсивности процесса в реакторе 3: аналитические выражения кривых распределения температуры по высоте слоя

катализатора (фиг.2) в реакторе 3 в зависимости от срока службы катализатора, об изменении активности катализатора в зависимости от

срока его службы: аналитические выражения кривых изменения температуры входа в реакторы во времени. Кроме того, критерии оптимизации работы каждого реактора и уравнения для расчета количеств галоген0 содержащего соединения, подаваемого на вход в каждый реактор, в соответствии с заданным молярным соотношением во- да:галоген, определяемым текущей активностью катализатора.

5 На основе показаний датчиков расхода 15 и состава 12 входного потока и выходных 13,14,17 и 18 в УВК производится проверка соблюдения материального баланса по контуру процесса. При наличии разбаланса в

0 системе производится проверка показаний указанных датчиков и их корректировка.

На основе информации с датчиков 12, 14-16 и с использованием введенной в УВК условно-постоянной информации о задан5 ном молярном соотношении вода:галоген производится расчет количеств воды и раствора галогенсодержащего соединения и выдаются задания насосом-дозатором. Расходом сырья управляют с помощью

0 датчика 15, регулятора 25 и исполнительного механизма 32. Расходом циркулирующего газа управляют с помощью датчика 16, регулятора 26 и исполнительного механизма 33. Давлением в системе управляют с

5 помощью датчика 24, регулятора 31 и исполнительного механизма 38, установленного на линии вывода избыточного газа. Уровень в сепараторе 10 регулируют с помощью датчика 19, регулятора 30 и исполнительного

0 механизма 37, установленного на выводе нестабильного катализата.

Температурой газосырьевой смеси на входе в реактор 3 управляют с помощью датчика 20, регулятора 27 и исполнительно5 го механизма 24, установленного на линии подачи топливного газа в первую секцию подогревателя 2, в реактор 4 - с помощью датчика 21, регулятора 28 и исполнительно- го механизма 35, установленного на линии

0 подачи топливного газа во вторую секцию подогревателя 2, в реактор 5 - с помощью датчика 22, регулятора 29 и исполнительного механизма 36, установленного на линии подачи топливного газа в третью секцию

5 подогревателя .. В вычислительном блоке 39 на основе показаний датчиков входных параметров, введенной условно-постоянной информации о математических моделях реакторов, об особенностях работы катализатора в зависимости от срока его службы

проводится расчет оптимальных значений температуры на входе в каждый реактор и выдаются задания регулятором 2.

Периодически с заданным интервалом времени производится проверка адекватно- сти моделей реапьному процессу путем сравнения фактических текущих концентраций ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из реакторов, полученных анализом проб потоков на вы- ходе реакторов (отборные устройства на схеме не показаны), и расчетных значений по моделям и корректировка последних.

Способ осуществлен расчетным путем на различных видах сырья. В таблице при- ведены результаты осуществления способа по трем вариантам, соответствующим реальным условиям работы блока каталитического риформинга на промышленной установке, получающей ароматические уг- леводороды. Следовательно, управление по предлагаемому способу позволяет увеличить выход ароматических углеводородов на 1,9-4%.

, Использование предлагаемого способа управления процессом каталитического риформинга обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: использование при управлении текущей информации о значениях приращений концент- рации ароматических углеводородов в потоках на выходе каждого из реакторов, т.е. не косвенных параметров, а прямых, значительно повышает эффективность управления процессом. Учет характера распределения температуры по слою катализатора при управлении работой первого реактора, в котором происходит интенсивное образование ароматических углеводородов, позволяет более точно учитывать особенности протекания процесса в реакторе и проводить соответствующую корректировку режимных параметров, повышая точность управления, а значит, и выход целевого продукта.

Раздельная подача галогенсодержаще- го соединения в реакторы с оптимальным

его распределением по ступеням способствует оптимизации условий работы катализатора, так как позволяет обеспечивать в каждом реакторе оптимальное соотноше ние вода:галоген, требуемое равновесное содержание галогена на катализаторе и в результате высокую селективность, чктив- ность и стабильность работы катализатора а значит, высокий выход целевого продукта и длительность межрегенерационного периода

Формула изобретения Способ управления процессом каталитического риформинга путем регулирования температуры газосырьевой смеси на входах в реакторы изменением подачи топлива в нагреватели, регулирования расхода воды, подаваемой в газосырьевую смесь в зависимости от содержания влаги в циркулирующем газе, регулирования расхода галогенсодержащих соединений, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта за счет увеличения точности управления процессом, регулирование температуры газосырьевой смеси на входе в первый реактор производят в зависимости от текущих значений приращения концентрации, ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе из реактора и характера распределения температуры по высоте слоя катализатора, регулирование температуры смеси на входах во второй и третий реакторы производят в зависимости от текущих значений приращения концентрации ароматических углеводородов в парогазовой смеси на выходе реакторов, изменение количества воды, подаваемой в газосырьевую смесь, дополнительно регулируют в зависимости от содержания влаги в сырье, а регулирование расхода галогенсодержащего соединения производят раздельно для каждого реактора в соответствии с заданным молярным соотношением вода - галоген

риг1

Л

V

Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности на установках риформинга. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта за счет повышения точности управления. При управлении используется текущая информация о значениях приращений концентрации ароматических углеводородов на выходе каждого из реакторов, учитывается характер распределения температуры по слою катализатора при управлении работой первого реактора, осуще- ствляетсяраздельнаяподача галогенсодержащего соединения в реактор с оптимальным его распределением по ступеням. ил. / Ё

4ЬО

1681 itOS МЯ ЯМ Уа fgtS SU7S

Фиг. 2

Ц