Введение к работе
Актуальность темы. Практически любой нефтехимический процесс протекает в условиях дезактивации катализаторов вследствии образования коксовых отложений на активной поверхности. Поэтому стадия регенерации становится неизбежной, что делает работу катализатора сменно-циклической. Разработка таких процессов проводится, как правило, в плане детальных исследований основной реакции, вопросам же, связанным с разработкой стадии регенерации, уделяется недостаточно серьезное внимание. В какой-то степени такой подход оправдан для медленнококсующихся катализаторов, продолжительность эксплуатации которых на стадии реакции составляет порядка нескольких сотен или тысяч часов, но совершенно неприемлем для быстрококсующих-ся катализаторов. В последнем случае времена стадий реакции и регенерации сравнимы, что существенно влияет на технико-экономические показатели процесса в целом.
При традиционном способе регенерации, когда значения управляющих параметров в ходе процесса поддерживаются на некотором постоянном уровне, ускорить выжиг коксовых отложений практически невозможно. Концентрация кислорода и температура на входе определяются допустимыми разогревами в слое катализатора, а расход и давление газа зависят от аппаратурного оформления и фактически всегда поддерживаются на уровне предельных значений. Поэтому интенсифицировать процесс выжига кокса можно только за счет динамического управления режимом, т.е. путем некоторого изменения в ходе регенерации значений управляющих параметров, а для многослойных аппаратов -последовательности регенерируемых слоев катализатора.
Цель работы. Разработка методики математического моделирования процесса окислительной регенерации закоксованных катализаторов в аппаратах с неподвижным слоем и анализ возможности сокращения вре-
_ 4 _
мени выжига кокса за счет динамического управления процессом.
Научная новизна работы. Разработан ряд математических моделей процесса в аппаратах с неподвижным слоем. Впервые показано, что модели любого уровня должны учитывать изменение реакционного объема и возникающий за счет этого перенос массы стефановским потоком. Определены условия перехода от сложных моделей к простым.
Проведен анализ проблемы "горячих пятен" в неподвижном слое и показана ее связь с динамическими тепловыми забросами, возникающими при выжиге коксовых отложений. Даны численные оценки величины димических забросов в зависимости от значений режимных параметров.
Показана принципиальная возможность динамического управления процессом регенерации в аппаратах с адиабатическими слоями катализатора и предложено несколько принщшиальных подходов реализации такого управления.
Практическая ценность работы. Создан комплекс прикладных программ для расчета процесса окислительной регенерации в аппаратах с неподвижным слоем катализатора. При разработке процесса синтеза 3,5-ксиленола орпеделен оптимальный режим работы аппаратов реакторного узла (регенератор и реактор дожига монооксида углерода) на стадии регенерации. Предложены динамические режимы регенерации катализатора гидрокрекинга в четырехслойном аппарате, позволяющие сократить продолжительность стадии на 35...45.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 2 и 3 Всесоюзных конференциях молодых ученых по физхимии (Москва, 1983 и 1986 гг.), 8 Всесоюзной конференции по химическим реакторам "Химреактор" (Чимкент, 1983 г.), I и II Всесоюзных совещаниях по проблемам дезактивации катализаторов (Уфа, 1985 и 1989 гг.), Республиканской научно-технической конференции по актуальным пробле-емам нефтехимии (Уфа, 1985 г.), 5 Всесоюзной конференции "Матема-
- 5 -тические методы в химии" (Грозный, 1985 г.), III Республиканской школе по математическому моделированию, системному анализу и оптимизации химико-технологических процессов (Бердянск, 1988 г.), Всесоюзном семинаре "Распространение тепловых волн в гетерогенных средах (Новосибирск, 1989 г.), Республиканском семинаре "Динамика процессов и аппаратов непрерывной технологии" (Яремча, 1991 г.), Международной конференции "Математичекие методы в химии химической технологии" ММХ-9 (Тверь, 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованно 8 работ.
Объем работы, диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, изложена на 109 страницах машинописного текста и содержит 7 таблиц, 23 рисунка и библиографию из 107 наименований.
