Введение к работе
Актуальность работы. Реактивация, или восстановление утраченной в процессе эксплуатации каталитической активности, для катализаторов процессов глубокой переработки нефтяного сырья является неотъемлемой частью технологического процесса, зачастую определяющей его экономические и экологические показатели. Совершенствовать данную стадию можно введением соответствующих модифицирующих добавок в состав катализатора. Технологические параметры и технические решения по усовершенствованию схемы и аппаратуры стадии регенерации способны оказывать существенное воздействие на количество и состав отходов, уменьшая их число и приближая технологию в целом к малоотходной. Отработанные цеолитсодержащие катализаторы, не подлежащие восстановлению после многочисленных циклов реакция-регенерация, являются ценным сырьем для вторичного использования в различных отраслях народного хозяйства. Такое их использование способствует уменьшению количества отвалов на предприятиях по переработке нефти и в целом оказывает благотворное воздействие на экологическую обстановку в промышленно развитых регионах. В свете общероссийской тенденции к увеличению доли процессов глубокой переработки нефти в составе нефтеперерабатывающих предприятий за счет каталитических процессов детальное исследование возможности реактивации катализаторов процесса облагораживания бензиновых фракций является актуальным.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с НИР кафедры «Технологии нефти и экологии» Кубанского государственного технологического университета «Совершенствование технологий подготовки, переработки, транспорта углеводородного сырья и инженерной защиты окружающей среды».
Цель работы. Оптимизация способов окислительной регенерации цеолитсодержащих катализаторов, используемых при производстве высокооктановых компонентов моторных топлив.
Задачи исследований:
– Изучение влияния катализаторов облагораживания низкооктановых углеводородных фракций на природные экосистемы, поиск способов повышения их стабильности и селективности при производстве высокооктановых компонентов моторных топлив, отвечающих современным экологическим требованиям;
– Выявление условий эксплуатации катализаторов, способствующих получению компонентов моторных топлив с пониженным содержанием токсичных ароматических соединений;
– Исследование закономерностей коксообразования и подбор режимов восстановления свойств контактов, с минимальным содержанием токсичных компонентов в газах регенерации, отходящих с установки.
Методы исследования выбирались, исходя из постановок решаемых задач, с учетом особенностей исследуемых объектов и включают: определение срока службы и регенерации катализаторов на лабораторных установках, анализ состава продуктов методом газожидкостной хроматографии, хроматографический анализ газов регенерации, дериватографические исследования коксовых отложений, исследование структуры катализаторов сканирующим электронным микроскопом.
Научная новизна.
1. Впервые разработана методология подбора кратности рецикла регенерационных газов для стационарного слоя цеолитсодержащего катализатора, позволяющего минимизировать количество токсичных компонентов в составе газообразных выбросов с оптимизацией технологических параметров работы регенераторного блока.
2. Экспериментальным путем впервые определена возможность и подобраны оптимальные параметры реактивации цеолитсодержащих катализаторов, модифицированных органическими соединениями.
3. Впервые в качестве модификаторов катализаторов использованы соединения ароматического ряда, позволяющие улучшать эксплуатационные свойства бензиновых фракций при работе установки в мягких технологических условиях с получением преимущественно изомерных углеводородов.
4. Создана математическая модель реакторно-регенераторного блока установки каталитического облагораживания низкооктановых бензиновых фракций, позволяющая рассчитать габаритные размеры регенератора и состав газов при проведении прямой окислительной регенерации и регенерации с рециклом части отходящих газов.
Защищаемые положения.
1. Технология окислительной регенерации цеолитсодержащих катализаторов облагораживания прямогонных бензиновых фракций с рециклом отходящих газов.
2. Методология определения оптимальных технологических параметров работы регенераторного узла цеолитсодержащих катализаторов, а также экономических затрат и экологического эффекта при использовании рецикла части отходящих регенерационных газов.
3. Технология регенерации цеолитсодержащих катализаторов, модифицированных органическими соединениями, дезактивированных при облагораживании прямогонных бензиновых фракций.
Практическая ценность.
1. Разработан способ реактивации органически модифицированных цеолитсодержащих катализаторов облагораживания низкооктановых бензиновых фракций посредством окислительной регенерации.
2. Усовершенствована методика окислительной регенерации цеолитсодержащих катализаторов, модифицированных металлами (Fe, Mn, Zn) и органическими соединениями (перхлоратом (3-диметиламинометилен-2-оксо-3Н-фуран-5-ил) метилениммония) с рециклом части отходящих газов, что позволяет снизить количество токсичных газообразных отходов.
3. На основании экспериментальных данных выполнено моделирование регенераторного блока и выполнены необходимые технико-экономические расчеты. На основании расчетов разработаны рекомендации по подбору кратности рецикла газов регенерации с целью обеспечения баланса энергетических и экономических затрат и снижения количества газообразных токсинов. Результаты данного исследования могут быть использованы для поиска путей усовершенствования существующих промышленных процессов переработки нефти с использованием гетерогенных катализаторов.
Достоверность полученных результатов и выводов диссертации определяется корректностью поставленных задач, точностью показаний измерительных приборов, используемых в экспериментальных исследованиях при регистрации параметров работы приборов и анализе физико-химических свойств продуктов и катализаторов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на XXI Международной научно-технической конференции «Реактив-2008» (Уфа, 2008), на Всероссийской конференции «Исследования в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов» с элементами школы для молодых ученых (Екатеринбург, 2009), на Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Производство. Технология. Экология» (Ижевск, 2010). Тезисы докладов опубликованы в материалах соответствующих конференций.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, 3 тезисов в сборниках конференций, 1 статья в электронном журнале, получено 2 патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 138 стр., включает введение, пять глав и выводы, в том числе 49 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 107 наименований.
