УДК 66.021.4

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕКУПЕРАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА

Петров Павел Андреевич
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» (Горный университет)
кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации технологических процессов и производств

Аннотация
Данная статья посвящена методике моделирования процесса теплообмена реакционной смеси каталитического риформинга исходным сырьем, состоящим из водородсодержащего газа и паров бензина. Схема процесса рекуперации в противоточных теплообменниках позволяет определять область деления потока на однофазный и двухфазный.

Ключевые слова: давление, двухфазный поток, каталитический риформинг, кожухотрубный теплообменник, реакционная смесь, рекуперация, температура


ANALYSIS OF HEAT RECUPERATION PROCESSES OF CATALYTIC REFORMING

Petrov Pavel Andreevich
National Mineral Resources University (Mining University)
PhD in Engineering Science, Assistant Professor of the Automation of Technological Processes and Productions Department

Abstract
This article is devoted to the methods of process simulation of recuperation heat of catalytic reforming reaction mixture by the feed stock consisting of hydrogenous gas and benzine vapor is developed. The scheme of recuperation process in counter-current heat exchangers allows defining an area of division of the flow on single-phase and two-phase two.

Keywords: catalytic reforming, heat exchanger, pressure, reaction mixture, recuperation, temperature, two-phase flow


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Петров П.А. Исследование рекуперативных процессов каталитического риформинга // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34967 (дата обращения: 28.09.2017).

Рекуперативные процессы широко известны в нефте- и газоперерабатывающей промышленности. Теплообменное оборудование устанавливается для обмена теплом, которое несут собой реакционные газы печей пиролиза, а также используется в процессах каталитического риформинга и каталитического крекинга [1, с. 27].

Учитывая сложный многокомпонентный состав, теплообменные потоки могут находиться в двухфазном состоянии при определенных температурах и давлениях. Важно определить такие условия теплообмена, чтобы в пределах большей части теплообменного пространства потоки были однофазными, а значит и менее агрессивными к материалу аппаратов. Это позволит разделить области однофазного и двухфазного теплообмена и сосредоточить передачу основной части тепла в условиях однофазных потоков для повышения устойчивости и долговечности работы рекуперативных теплообменников.
Для решения этой задачи была разработана методика моделирования процесса рекуперации тепла реакционной смеси каталитического риформинга исходным сырьем, состоящим из водородсодержащего газа и паров бензина.

Предложено два варианта схем. В одном варианте (рисунок 1) – первый аппарат по ходу охлаждаемой газо-продуктовой смеси – высокоэффективный противоточный пластинчатый теплообменник, в котором процесс идет с меньшим перепадом давления. В нем теплообменивающиеся потоки находятся в однофазном состоянии (пар), что позволяет избежать растворения в жидкой фазе имеющегося в газо-продуктовой смеси хлористого водорода, который вызывает коррозию металла теплообменника. Следующий – противоточный кожухотрубный теплообменник, где происходит теплообмен в двухфазной системе. Этот аппарат имеет меньший срок эксплуатации и его конструкция ремонтопригодна. Такая схема, в общем, будет дешевле в эксплуатации, хотя она требует более частой замены. Аппарат работает в области более низких температур, поэтому он может быть изготовлен из менее легированной стали.


Рисунок 1 – Схема рекуперации тепла 1-й вариант


Рисунок 2 – Схема рекуперации тепла 2-й вариант

Второй вариант (рисунок 2) – каскад кожухотрубных аппаратов. В последнем из них, по ходу газопродуктовой смеси, потоки находятся в двухфазном состоянии. Применение каскадов из 2 или 3 аппаратов в зависимости от производительности позволяет более экономно рекуперировать тепло газов. В этом случае аппарат для теплообмена двухфазных потоков также делается из низколегированной стали и его конструкция ремонтопригодна.

Таблица 1 – Исходные данные
№ п/п
Компонент смеси
Газосырьевая смесь, (давление на входе в корпус 20 бар)
Газопродуктовая смесь, (давление на входе в трубки 19,8 бар)
1. Плотность, г/см3
0,738
0,785
2. Расход сырья, кг/с
21,3
3. Кратность циркуляции водородсодержащего газа, нм33 сырья
1500
4. Фракционный состав потоков, 0С
н.к.
94
50
10%
111
82
50%
132
128
90%
160
167
к.к.
177
202

В качестве исходных данных (таблица 1) принят состав смеси для бензиновой фракции, подаваемой на узел риформинга [2, с. 43] для межтрубного пространства теплообменника (газо-сырьевая смесь) и состав потока смеси на выходе из реактора риформинга, идущего в трубное пространство (газо-продуктовая смесь или катализат).

Для расчетов схем теплообмена применялась взвешенная модель теплообменника. Математическая модель позволяет рассчитывать материальный и энергетический баланс для теплообменного аппарата, в котором обмениваются теплом два потока, определять температуры, тепловые потоки, тепловые потери, расходы теплоносителей, произведение коэффициента теплопередачи на поверхность теплообмена.

Таблица 2 – Характеристики потоков для первой схемы
продукт
сырье
сырье_1
сырье_2
продукт_1
продукт_2
Доля пара
1
0,822
1
1
1
0,827
Температура,0С
500
70
300
470
333
103
Давление, бар
19,8
20
19,3
19
19,5
18,8
Таблица 3 – Характеристики потоков для второй схемы
продукт
сырье
сырье_1
продукт_1
продукт_2
продукт_3
сырье_3
Доля пара
1
0,822
1
1
1
0,828
1
Температура,0С
500
70
230
382
265
103
470
Давление, бар
19,8
20
19,3
19,1
18,4
17,7
17,9

Результаты моделирования (таблицы 2,3) показывают, что в пластинчатом теплообменнике для первого варианта и в двух кожухотрубных аппаратах второго варианта схем смеси находятся в однофазном состоянии. Разделение же фаз происходит в последнем кожухотрубном аппарате.

Таким образом, переход фаз представленных схем теплообмена происходит в последнем сменном аппарате, изготовленном из менее легированной стали. В остальных теплообменниках благодаря однофазным потокам высокой коррозии не наблюдается.

На рисунках 3-6 представлено изменение температуры и фазового состава смесей при движении в теплообменниках для обоих вариантов схем.


Рисунок 3 – Изменение температуры сырья по длине аппарата


Рисунок 4 – Доля пара в сырье


Рисунок 5 – Изменение температуры продукта по длине аппарата


Рисунок 6 – Доля пара в продукте

Модель процесса рекуперации в противоточных теплообменниках позволяет определять область исчезновения жидкой фазы по газо-продуктовому и газо-сырьевому потокам для установления условий деления потока на два типа. Такая схема значительно сократит стоимость узла рекуперации, увеличит степень рекуперации тепла риформинга и повысит технологическую устойчивость узла в целом за счет использования дополнительного теплообменника, где происходит теплообмен в двух фазах. 

Данная методика может быть применена в процессах рекуперации тепла двухфазных систем в других областях нефте- и газопереработки.


Библиографический список
  1. Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. − 2-е изд., пересмотренное: пер. с англ. М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2004. 224 с.
  2. Маслянский Г.Н., Шапиро Р.Н. Каталитический риформинг бензинов: химия и технология. Л.: Химия, 1985. 224 с.


Все статьи автора «Петров Павел Андреевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: