Математическая модель каталитического крекинга нефти

Химические процессы, протекающие в реакторе каталитического крекинга, являются сложными и сопровождаются рядом одновременно протекающих химических реакций. Согласно редуцированной модели реактора [3,6,7], эти реакции можно разделить на три вида:

Реакция 1:

Реакция 2:

Реакция 3:

где F – это сырье (гидроочищенный вакуумный дистиллят, иначе газойль), G –целевой продукт (бензин), L –легкие газовые фракции (в частности кокс). Первая реакция желаемая, так как бензин является целевым продуктом. Реакции 2 и 3 являются побочными, следовательно, нежелательными реакциями.

Лифт-реактор считается реактором идеального вытеснения, так как соотношение длины реактора к его диаметру велико, а реакция протекает в течение нескольких секунд.

Ниже приведена математическая модель реактора на основе материальных и тепловых балансов.

Материальный баланс по сырью:

Материальный баланс по выходному продукту:

Где - массовая доля газойля в парах в реакторе; Z - безразмерная переменная длинны; - постоянная скорости реакции образования газойля; - постоянная скорости реакции образования газолина; - постоянная скорости реакции получения углерода; COR – массовое соотношение катализатора к нефти; - активность катализатора во входе в реактор; - энергия активации для крекинг газойля; - температура сырья при поступлении в реактор; - безразмерная переменная температуры; - время нахождения катализатора в реакторе; - коэффициент старения катализатора; - массовая доля газолина в парах в реакторе; - энергия активации для крекинг газолина.

Тепловой баланс:

где - массовая доля газойля в сырье; - теплота реакции крекинга газойля; - подача сырья (нефть + пар) в реактор; - скорость циркуляции катализатора; - теплоемкость катализатора; - теплоемкость газойля; - теплоемкость пара, - скорость подачи пара.

Регенератор можно представить в виде реактора идеального смешения.

Ниже представлена модель регенератора [3,8]:

Материальный баланс по коксу:

Материальный баланс по кислороду:

Тепловой баланс:

где - масса катализатора в регенераторе; - масса воздуха в регенераторе; - массовая доля кокса в восстановленном катализаторе; - подача воздуха в регенератор; - коэффициент выжига кокса; - массовая доля кокса в использованном катализаторе; - мольная доля кислорода в регенераторе; - соотношение CO2/CO в дымовых газах; - молярная масса кокса; - температура катализатора на выходе из регенератора; - температура на выходе из реактора; - температура воздуха, подаваемого в регенератор; - массовый расход воздуха в регенератор; - теплоемкость воздуха; - тепло, выделяемое при образовании CO; - тепло, выделяемое при образовании CO2.