Разработка двухфазной пузырьковой математической модели процесса окислительной регенерации катализатора крекинга

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Данное исследование направлено на разработку математической модели процесса окислительной регенерации катализатора крекинга с учетом закономерностей протекания реакций, диффузии реактантов и гидродинамики процесса, с целью повышения эффективности технологии на основе моделирования полного цикла движения катализатора. С применением модели выполнена оценка границ существования пузырькового режима, параметров стабилизации кипящего слоя и оптимальных условий проведения процесса. Так, увеличение расхода воздуха до 27.8 м3/с приводит к росту рабочей скорости до 0.386 м/с, в связи с чем наблюдается разрушение кипящего слоя в регенераторе для частиц катализатора размером 4×10–5–1.6×10–4 м. Установлено, что для стабилизации кипящего слоя в регенераторе частиц размером 8×10–5–1×10–4 м расход воздуха не должен превышать 16.7 и 25 м3/с.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Ю. Назарова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: silko@tpu.ru
Россия, Томск

Е. Н. Ивашкина

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: silko@tpu.ru
Россия, Томск

А. В. Антонов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: silko@tpu.ru
Россия, Томск

И. А. Самсонов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: silko@tpu.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Sildir H., Arkun Y., Canan U., Celebi S., Karani U., Er I. Dynamic modeling and optimization of an industrial fluid catalytic cracker // J. Process Control. 2015. V. 31. P. 30.
  2. Губайдуллин И.М., Дубинец О.В. Моделирование процесса окислительной регенерации с учетом влияния паров воды // Доклады Башкирского университета. 2020. Т. 5. № 5. С. 311.
  3. Сайфуллина Л.В., Еникеев М.Р., Губайдуллин И.М. Программное обеспечение для моделирования процесса окислительной регенерации на многопроцессорных вычислительных системах // Башкирский государственный университет. 2013. С. 10.
  4. Жоров Ю.М. Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии. М.: Химия, 1978. С. 376.
  5. Саитгалина А.Д., Юнусов А.А. Математическое моделирование процесса окислительной регенерации закоксованных катализаторов на кинетическом уровне с использованием GPGPU // Суперкомпьютерные центры и задачи: труды Международной суперкомпьютерной конференции, Новороссийск, 20–25 сентября 2010. Москва: МГУ им. М.В. Ломоносова. 2010. C. 149.
  6. Reshetnikov S.I., Petrov R.V., Zazhigalov S.V., Zagoruiko A.N. Mathematical modeling of regeneration of coked Cr-Mg catalyst in fixed bed reactors // Chem. Eng. J. 2019. V. 380. P. 220.
  7. Toomey R.D., Johnstone H.F. Gas Fluidization of Solid Particles // Chem. Eng. Prog. 1952. № 48. P. 220.
  8. Kunii D., Levenspiel O. Bubbling bed model: Model for the Flow of Gas through a Fluidized Bed // Ind. Eng. Chem. Fundam. 1968. V. 7. P. 446.
  9. Stephens, G.K., Sinclair, R.J., Potter, O.E. Gas exchange between bubbles and dense phase in a fluidized bed // Powder Technol. 1967. V. 1. P. 157.
  10. Kato K., Wen C.Y. Bubble assemblage model for fluidized bed catalytic reactors // Chem. Eng. Sci. 1969. V. 24. P. 1351.
  11. Han I.S., Chung C.B. Dynamic modeling and simulation of a fluidized catalytic cracking process. Part II: Property estimation and simulation // Chem. Eng. Sci. 2001. V. 56. P. 1973.
  12. Ali H., Rohani S., Corriou J.P. Modelling and control of a riser type fluid catalytic cracking (FCC) unit // Chem. Eng. Res. Des. 1997. V. 75. P. 401.
  13. Arbel A., Huang Z., Rinard I.H., Shinnar R., Sapre A.V. dynamic and control of fluidized catalytic crackers. 1. Modeling of the current generation of FCC’s // Ind. Eng. Chem. Res. 1995. V. 34. P. 1228.
  14. Arthur J.R. Reactions between Carbon and Oxygen. Trans. Faraday Soc. 1951. V. 47. P. 164.
  15. Weisz P.B., Goodwin I.D. Combustion of carbonaceous deposits within porous catalyst particles I. Diffusion-controlled kinetics // J. Catal. 1963. V. 2. P. 397.
  16. Tone S., Miura S.I., Otake T. Kinetics of oxidation of coke on silica-alumina catalysts // Bull. Jpn. Pet. Inst. 1972. V. 14. P. 76.
  17. Wang G.X., Lin S.X., Mo W.J., Peng C.L., Yang G.H. Kinetics of combustion of carbon and hydrogen in carbonaceous deposits on zeolite-type cracking catalysts // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1986. V. 25. P. 626.
  18. Arandes J.M., Abajo I., Fernandez I., Lopez D., Bilbao J. Kinetics of gaseous product formation in the coke combustion of a fluidized catalytic cracking catalyst // Ind. Eng. Chem. Res. 1999. V. 38. P. 3255.
  19. Fluidization engineering, 2nd ed. // Kunii D., Levenspiel O. Butterworth.– Heinemann, London, 1991.
  20. Michel G.F., Ramoa R. Deactivation and Regeneration of Zeolite Catalysts // Catal. Sci. Ser. 2011. V. 9. P. 355.
  21. Доронин В.П., Бобкова Т.В., Сорокина Т.П., Потапенко О.В., Юртаева А.С., Леонтьева Н.Н., Гуляева Т.И. Структурные и каталитические свойства бинарных систем оксида алюминия – аморфный алюмосиликат. Физико-химические методы в катализе // Катализ в промышленности. 2023. Т. 23. № 1. С. 6.
  22. Трушин А.М., Носырев М.А., Равичев Л.В., Яшин В.Е. К вопросу о расчете скорости начала псевдоожижения // Теор. осн. хим. технол. 2021. Т. 55. № 2. С. 261.
  23. Holger M. Heat Transfer in Fluidized Beds // VDI Heat Atlas. 2010. P. 1301.
  24. Ali H., Rohani S., Corriou J.P. Modeling and control of a riser type fluid catalytic cracking (FCC) unit // Chem. Eng. Res. and Des. 1997. V. 75. P. 401.
  25. Kunii D., Levenspiel O. Fluidized Reactor Models. 1. For Bubbling beds of fine, intermediate, and large particles. 2. For the Lean phase: freeboard and fast fluidization // Ind. Eng. Chem. Res. 1990. V. 29. P. 1226.
  26. Ульянов Б.А., Бадеников, В.Я., Ликучев В.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Изд-во: Ангарская государственная техническая академия, Ангарс. 2006. С. 743.
  27. Хаджиев С.Н. Крекинг нефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах. М.: Химия, 1982.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Упрощенная схема образования кокса из углеводородов.

Скачать (185KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Реакционная схема процесса окисления кокса.

Скачать (20KB)
Метаданные
4. Рис. 3. а – результаты исследования закоксованного катализатора термогравиметрическим методом: 1 – ТГ; 2 – ДСК; б – результаты исследования регенерированного катализатора термогравиметрическим методом: 1 – ТГ; 2 – ДСК.

Скачать (181KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость высоты кипящего слоя от общего расхода воздуха для частиц разного размера (расчет по модели): 1 – 2.1×10–4 м; 2 – 8.8×10–5 м; 3 – 4×10–5 м.

Скачать (97KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость скоростей уноса и начала псевдоожижения от размера частиц (расчет по модели): 1 – скорость витания; 2 – скорость начала псевдоожижения.

Скачать (104KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость высоты кипящего слоя и порозности от общего расхода воздуха для частиц одного размера (расчет по модели): 1 – высота кипящего слоя; 2 – порозность.

Скачать (88KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость содержания газов регенерации от общего расхода воздуха (расчет по модели): 1 – концентрация углекислого газа; 2 – концентрация угарного газа.

Скачать (123KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость содержания остаточного кокса и кислорода после регенерации от общего расхода воздуха (расчет по модели): 1 – кислород; 2 – остаточный кокс.

Скачать (133KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Влияние количества воздуха на степень регенерации при различных содержаниях кокса на входе в аппарат (расчет по модели): 1 – массовая доля кокса на входе 0.4 мас. %; 2 – массовая доля кокса на входе 0.6 мас. %; 3 – массовая доля кокса на входе 0.8 мас. %; 4 – массовая доля кокса на входе 1 мас. %.

Скачать (150KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость температуры регенерации от расхода воздуха (расчет по модели).

Скачать (110KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимость температуры регенерации от объемной доли кислорода (расчет по модели).

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024