Главная -> Словарь

Регенерации закоксованного

В работе показано, что в процессе регенерации закоксованных алюмоплатиновых катализаторов на дериватограмме можно выделить два максимума, связанных с горением кокса соответственно на платине и оксиде алюминия; по размерам полученных пиков оценивалось распределение кокса в системе металл - носитель.

Процесс регенерации закоксованных катализаторов по существу является каталитическим горением твердого топлива в условиях, когда осуществляется максимально полный контакт твердого катализатора с коксовыми отложениями.

В книгу включена глава по математическому моделированию процесса окислительной регенерации закоксованных катализаторов, написанная А. В. Балаевым, которому авторы выражают благодарность.

тов реакционной системы в силу принципа интегрального реактора. В большинстве случаев трудно выполнить и важное требование-режим идеального вытеснения из-за наличия концентрационных и температурных градиентов, особенно для реакций с большим тепловым эффектом . Кроме того, математическое описание окислительной регенерации закоксованных катализаторов в таком реакторе представляет собой систему дифференциальных уравнений в частных производных. Решение подобной системы с целью определения кинетических констант затруднительно и может приводить к неоднозначным результатам. Трудности использования описанного выше метода при исследовании регенерации вызвали поиски других возможностей. В ряде работ применяли системы с псевдоожиженным слоем катализатора. Однако при этом фактически реализуются некоторые режимы, промежуточные между идеальным вытеснением и смешением, но не достигается ни тот, ни другой

В заключение необходимо отметить, что описанные выше методики исследования позволяют получать подробную информацию о закономерностях окисления кокса на катализаторах. Можно наблюдать динамику изменения массы закоксованного образца в изотермических и неизотермических условиях, наличие составляющих кокса разной реакционной способности к окислению, изучать закономерности поглощения кислорода и его выделения с газообразными продуктами. Однако при окислительной регенерации закоксованных катализаторов одновременно с удалением кокса возможно протекание процессов в структуре самого катализатора, приводящих к изменению его свойств. Поэтому исследования закономерностей выжига кокса необходимо дополнять

торах крекинга Цеокар-2. Закоксованные образцы получали обработкой парами вакуумного газойля при 490 °С, а затем гелием до прекращения выделения продуктов деструкции. На рис. 2.9 представлены скорости удаления углерода при регенерации указанных катализаторов. Как видно, с силикагеля, аморфного и цеолитсодержащего катализаторов продукты окисления кокса выделяются с близкими значениями скоростей. Совпадение скоростей окислительной регенерации закоксованных аморфных и цеолитсодержащих катализаторов крекинга наблюдали и авторы работы . Следовательно, введение в состав катализаторов крекинга цеолитов не оказывает существенного влияния на кинетику окисления кокса, хотя есть данные о том, что на чистых цеолитах в редкоземельной форме температура начала окисления на 90-110 °С ниже, чем на цеолитах в Н-форме .

Скорость выжига кокса при регенерации закоксованных катализаторов: dqc/dt= — w-определяется в основном видом кинетического уравнения: w = w. Наиболее часто для практических целей используют следующее выражение для скорости реакции :

Таблица 42. Константы кинетической модели окислительной регенерации закоксованных катализаторов

В промышленной практике используют несколько вариантов окислительной регенерации закоксованных катализаторов. Некоторые катализаторы регенерируются непосредственно в каталитическом реакторе, при этом подача в реактор сырья заменяется подачей кислородсодержащего газа. В других случаях окислительную регенерацию осуществляют в специальном аппарате-регенераторе, и тогда катализатор циркулирует между реактором и регенератором. Выбор того или иного варианта определяется в первую очередь продолжительностью межрегенерационного периода работы катализатора.

В табл. 1 приведены значения ширины зоны горения хт для различных условий регенерации закоксованных катализаторов.

3. Вспомогательные добавки улучшают или придают некото — рые специфические физико-химические и механические свойства пеолитсодержащих алюмосиликатных катализаторов крекинга. ЦСК без вспомогательных добавок не могут полностью удовлетворять всему комплексу требований, предъявляемых к современным промышленным катализаторам крекинга. Так, матрица и активный компонент — цеолит, входящий в состав ЦСК, обладают только кислотной активностью, в то время как для организации интенсивной регенерации закоксованного катализатора требуется наличие металлических центров, катализирующих реакции окислительно—восстановительного типа. Современные и перспективные процессы каталитического крекинга требуют улучшения и оптимизации дополнительно таких свойств ЦСК, как износостойкость, механическая прочность, текучесть, стойкость к отравляющему воздействию металлов сырья и т.д., а также тех свойств, которые обеспечивают экологическую чистоту газовых выбросов в атмосферу.

Регенераторы предназначены для непрерывной регенерации закоксованного катализатора путем выжига кокса кислородом воз — духа при температурах 650—750 "С. На установках с движущимся слоем катализатора регенерация шарикового катализатора прово — дится в многосекционном аппарате, снабженном для снятия избытка тепла водяными змеевиками, соединенными котлом —утилизатором.

Ширина зоны горения при регенерации закоксованного алюмосиликатного катализатора

Рис. 2.6. Относительная глубина окисления углерода и водорода при регенерации закоксованного аморфного алюмосиликатного катализатора

Сведения о кинетике выжига серосодержащих фрагментов кокса в литературе очень ограничены. В работе , например, изучали динамику удаления серы при окислительной регенерации закоксованного катализатора крекинга. Из двух образцов цеолитсодержащего катализатора Цеокар-2 один был закоксован при крекинге гидроочищенного, а другой-негидроочищешюго вакуумного дистилдя-та западно-сибирских нефтей при 525 °С. При крекинге негидроочищен-ного дистиллята содержание серы в коксе на катализаторе составляло до и после регенерации 0,90 и 0,018% соответственно. При переходе к гидроочищенному дистилляту эти величины составляли 0,82 и 0,0064% . Таким образом, количество выгоревшей при регенерации серы зависит от содержания ее в катализаторе. Скорость удаления серы пропорциональна ее содержанию в коксе и возрастает при повышении температуры окисления. При полном удалении углерода и водорода сера удаляется на 35%. Это возможно только в том случае, если сера или продукты ее окисления связываются с каталитической поверхностью, образуя стабильные к окислению соединения. Вряд ли приведенные в работе результаты являются общими. Так, при анализе образцов катализатора до и после регенерации на одной из установок получены противоположные результаты :

* До полной регенерации закоксованного катализатора.

Закономерности регенерации закоксованного зерна катализатора были исследованы с использованием диффузионной математической модели. При построении модели сделаны допущения, обычно принимаемые в литературе : 1) зерно катализатора сферическое, его размер и структура пор не изменяются в ходе процесса; 2) тешюфизические параметры, коэффициенты тепломассопереноса и обмена и энергии активации инвариантны относительно изменения температуры; 3) температура зерна и содержащегося в его порах газа в любой точке одинаковы; 4) массой газа b порах по сравнению с массой зерна катализатора можно пренебречь. Условия 2-4, как показано , достаточно строги и не вносят существенных погрешностей в результаты расчетов. Условие 1 справедливо для катализатора, прошедшего несколько этапов регенерации . Единственное дополнительное допущение сделано при выводе соотношений -отложения кокса имеют вид гранул, число которых в ходе регенерации не меняется.

Почти все существующие модели регенерации закоксованного слоя катализатора относятся к неподвижному слою . В принципе полная математическая модель нестационарного процесса в слое катализатора учитывает продольный и радиальный перенос тепла и вещества в слое катализатора, а также наличие температурных и концентрационных градиентов внутри пористого зерна, т.е. включает в себя модель - . Математическое описание такой модели представляется очень сложной системой дифференциальных уравнений в частных производных. Поэтому, чтобы математически моделировать такой сложный процесс, как регенерация катализатора, обычно прибегают к ряду упрощающих допущений.

Максимальные разогревы в слое катализатора AT зависят от значений основных параметров: времени контакта ть начальной закоксован-ности qfc, концентрации кислорода х? и входной температуры Т0. Данные расчетов по изменению AT при регенерации закоксованного слоя катализатора длиной 2 м с диаметром зерна 4 мм приведены на рис. 4.7. В качестве базисного выбран следующий набор параметров: tk = 2 с,