ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование процесса регенерации на единичном зерне катализатора из "Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии" Одной из причин такой неточности является используемое рядом авторов, в том числе и автором работы [4], допущение, что процесс выжигания кокса протекает во внутридиффузионном режиме, причем скорость окисления внутри зерна бесконечно велика. Противоречивость этого допущения очевидна, но оно все же используется в ряде работ, так как позволяет строго получать аналитические решения. [c.296] Представляется целесообразным оценить возможные перегревы зерен катализатора при регенерации, так как этот эффект может сказаться на активности и механической прочности катализатора. При рассмотрении этого вопроса надо отметить следующее. При протекании процесса нри высоких температурах и значительных коксоотложениях скорость окисления настолько повышается, что процесс начинает тормозиться подводом кислорода к поверхности окисления [1]. В атом случае можно ожидать заметных перегревов. Поэтому в дальнейшем рассмотрим процесс, тормозящийся подводом кислорода к внутренней поверхности катализатора. [c.296] Кроме того, при создании модели используем следующие дополнительные допущения. Будем считать, что а) регенерация не меняет поровой структуры и размера зерна катализатора б) в ходе регенерации коэффициенты внутренней диффузии, теплопроводности, теплоемкости газов и катализатора не меняются в) кокс равномерно распределен по зерну г) температуры газа и зерна в любой точке одинаковы д) массой газа в порах можно пренебречь по сравнению с массой катализатора. Условие а) справедливо для катализатора, выдержавшего несколько регенераций (так называемого равновесного). Условия б), г) и д) достаточно строги, так как изменения параметров в ходе регенерации и массовый поток не сказываются существенно на результатах расчета [4]. Условие в) является строгим для кинетического режима основного процесса тогда оно может быть обосновано теоретически. [c.296] Математическая модель нестационарного процесса регенерации будет включать уравнения балансов по кислороду, коксу и температуре и представлять собой систему нестационарных дифференциальных уравнений, как это показано в главе П. [c.296] Система уравнений (IX.2)—(IX.5) может быть численно решена на ЭВМ методом прогонки, однако использование численного решения затруднительно, если кинетические параметры, входящие в уравнение скорости, неизвестны. Ниже будет рассмотрено приближенное аналитическое решение подобной системы (регенерация неподвижного слоя катализатора), но сначала полезно для практических целей рассмотреть возможный метод расчета одного из этапов процесса [6]. [c.299] Поскольку разогрев возможен в начале процесса, исследуем главным образом выжигание в наружных слоях зерна (см. главу VIII). [c.299] Можно считать, что в начальный период процесс выжигания идет послойно, а концентрация кислорода на всей сфере окисления одинакова. Это допущение вполне обоснованно, так как равноудаленные от внешней поверхности зерна участки находятся в равных условиях. Кроме того, поскольку процесс тормозится подводом кислорода, то поступающий к окисляемой поверхности кислород потребляется на этой поверхности, так как скорость реакции может быть значительно вьппе скорости диффузии (но не бесконечно большой). [c.299] Это значит, что в произвольный момент времени х от кокса полностью освобожден слой В—г и идет окисление кокса на поверхности сферы радиусом г. Внутри этой сферы концентрация кислорода равна нулю и выжигание кокса не начиналось, но на ее поверхности концентрация кисдорода равна конечной величине С, отличающейся от концентрации у внешней поверхности С п. Таким образом, г, как и все другие переменные, является функцией т, и описание процесса в слое dг не требует введения частных производных. [c.299] Эти уравнения характеризуют изменение в ходе процесса концентрации кислорода и радиуса слоя, не освобожденного от кокса. Уравнение (IX.12) не может быть непосредственно проинтегрировано, так как в ходе процесса меняется температура Т = f (г) — ср (х), и поэтому константа скорости реакции к есть некоторая функция радиуса сферы окисления или времени. [c.300] Уравнение (IX. 16) в общем случае также не может быть аналитически проинтегрировано, так как к является экспоненциальной функцией температуры. Вместе с тем его численное решение, не вызывающее затруднений, позволяет оценить интенсивность и продолжительность разогрева катализатора. [c.301] Исследуем, например, используя уравнение (IX.16), процесс регенерации алюмосиликатных катализаторов. Установлено [1], что при температурах выше 500 °С и при содержании кокса на катализаторе выше 3% этот процесс протекает во внутридиффузионной области. Характеристики алюмосиликатных катализаторов достаточно хорошо известны. Так, с = 1.05 Дж/(г-град) Л эф определен в ряде работ, в том числе в работе [7], и может быть принят равным 4-10 см с плотность катализатора у = = 1,1 г/см коэффициент теплоотдачи от катализатора к газовому потоку — 840 кДж7(м /ч град) [8]. Величины д и р в наших расчетах были выбраны из условия, что для окисления 1 моля кокса требуется 1 моль кислорода и при этом выделяется тепло в количестве 400 900 Дж. [c.301] Номер режима Содержание кокса на катализаторе g, % (масс) Радиус эерна катализатора я, см концентрация кислорода в кислородсодержащем газе С, см Ог/см газа Температура кислородсодержащего газа, к Максимальный разогрев зерна, град. [c.302] Уравнение (IX.16) с приведенными выше кинетическими величинами было использовано для оценки разогрева катализатора для шести режимов, охарактеризованных в табл. [c.302] Расчет возможных разогревов должен быть обязательно выполнен для регенерации катализатора платформинга. Удаление кокса с этого катализатора не должно приводить к ощутимым разогревам зерна, так как при этом произойдет спекание микрозерен платины и катализатор необратимо потеряет активность. Поэтому в промышленной практике регенерацию начинают при низких температурах (—300 °С) и концентрациях кислорода (доли процента). Естественно, процесс регенерации является длительным, и для определения путей его интенсификации необходима оценка разогревов зерна в более жестких условиях. [c.303] Из приведенных данных видно, что при концентрации кислорода 0,2% (масс.) максимальный разогрев составляет 2,5° и достигается примерно через 15 с при этом освобожден от кокса внешний слой толщиной 0,02 мм. При увеличении концентрации разогрев может достигать 100° и более. Поэтому разумно начинать регенерацию с концентрации кислорода 0,2% (масс.), постепенно повышая ее в ходе регенерации. [c.304] Модель нестационарного процесса (IX.2)—(IX.5) позволяет исследовать влияние возмущений в условиях регенерации на ее результаты. Такое исследование выполнено в работе [10], по результатам высказаны соображения об управлении процессом регенерации. Они в основном совпадают с приведенными выше результатами расчетов и указывают на целесообразность постепенного повышения температуры и концентрации кислорода. Подробнее способ управления слоем зерен будет проиллюстрирован ниже. [c.304] Вернуться к основной статье