Технология и моделирование многокомпонентных нестационарных промышленных каталитических процессов
Технология и моделирование многокомпонентных нестационарных промышленных каталитических процессов – сфера научных интересов доктора технических наук, профессора и старшего научного сотрудника кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики Института природных ресурсов Томского политехнического университета Э.Д. Иванчиной.
Научные результаты
- Разработаны теоретические основы ресурсосберегающей и безопасной технологии эксплуатации гетерогенных и жидкофазных катализаторов в замкнутом контуре: рабочий цикл – регенерация – рабочий цикл. Опубликовано 52 статьи (в журналах: «Chemical Engineering Journal», «Известия высших учебных заведений. Физика», «Известия Томского политехнического университета» и других). Зарегистрировано более 30 результатов интеллектуальной деятельности ). Защищено 15 кандидатских диссертации, а также в 2012 году докторская диссертация – Е.Н. Ивашкина (научный консультант Э.Д. Иванчина). За фундаментальные исследования в рамках этого направления получен Грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации.
- Разработаны физико-химические прогностические математические модели процессов эксплуатации и регенерации гетерогенных и жидкофазных катализаторов для переработки бензиновой и дизельной фракций нефти. Опубликовано более 30 статей в ведущих профильных российских и зарубежных журналах. Модели и прогностический аппарат зарегистрированы в виде результатов интеллектуальной деятельности.
- Сформулированы математические модели и разработаны методы решения задач сопряженных процессов эксплуатации и регенерации гетерогенных и жидкофазных катализаторов в нестационарных условиях. Опубликованы в статьях, представленных в п. 2.9, а также в таких изданиях как «Нефтепереработка и нефтехимия», «Катализ в промышленности», «Мир нефтепродуктов», «Нефтехимия».
- Установлены закономерности протекания процесса риформинга в оптимальной области, соответствующей термодинамическому равновесию реакционной системы, когда наблюдается равенство скоростей образования и гидрирования промежуточных продуктов уплотнения, так как при этом длительность сырьевого цикла может быть увеличена на 20–30 %. При этом учтенная степень использования неподвижного зернистого слоя катализатора в реакторе и протекающих реакций коксообразования при моделировании нестационарного процесса риформинга бензинов дает возможность осуществлять подбор катализаторов для промышленных реакторов с радиальным вводом сырья с целью повышения эффективности их работы и выбрать оптимальную конструкцию реакторного узла учетом влияния структуры потока на предложенный критерий эффективности (Диссертационная работа Шаровой Е.С., публикации в журналах «Катализ в промышленности», «Нефтепереработка и Нефтехимия»).
- Разработан способ повышения эффективности нефтехимического процесса с непрерывной регенерацией катализатора, основанный на использовании нестационарной модели, учитывающей образование кокса, величину кратности циркуляции по контуру реактор – регенератор, который является новым и позволил осуществить промышленную реализацию оптимальной конструкции и режимов работы реакторов со стационарным и движущимся слоем катализатора (Диссертационные работы Абрамина А.Л., Гынгазовой М.С., статьи в журналах «Chemical Engineering Journal», «Catalysis in Industry», «Нефтепереработка и нефтехимия»).
- Исследованы механизм и закономерности образования кокса по результатам экспериментальных исследований образцов промышленных платиновых катализаторов для процессов риформинга, изомеризации, дегидрирования. В условиях этих процессов образуется аморфный кокс (температура выгорания 450-550 °С). Содержание кокса на катализаторе составляет 4-16% в зависимости от состава сырья и условий процессов. Удельная поверхность катализатора существенно снижается в результате проведения большого числа регенераций. Прогнозными расчетами на математической модели показано и экспериментально подтверждено, что при подаче воды увеличивающимися порциями возрастает срок службы катализатора в среднем на 15 %, а темп подъема температуры на 2 °С ниже, что указывает на ослабление процессов дезактивации за счет более полной конверсии аморфных коксогенных структур. Разработанные и сертифицированные программы расчета технологических показателей промышленных процессов нашли свое применение при расчете оптимальных режимов работы промышленных установки и в учебном процессе (Диссертации Франциной Е.В., Романовского Р.В., Долганова И.М.), статьи в журналах, индексируемых в международных базах “Chemical Engineering Journal”, “Catalysis in Industry”).
Выполненные исследования позволили установить, что при существующих технологиях рукавной и пневмозагрузки катализатора в промышленные реакторы процесса каталитического риформинга бензинов и изомеризации большой единичной мощности (~1млн.т/год) гидродинамическая неравномерность подачи сырья по сечению аппарата может достигать от 5 до 15 %, что объективно приводит к возникновению локальных перегревов и образованию избытка кокса на поверхности Pt-контакта и к быстрому падению его активности и ужесточению процесса регенерации. Многофакторная задачи оптимизации режимных параметров эксплуатации процесса с гидродинамической неравномерностью структуры потока в реакторе возможна только с применением метода математического моделирования на основе учёта реакционной способности углеводородов и активности катализатора.