پیش‌بینی طول عمر کاتالیست فرایند تبدیل کاتالیستی پالایشگاه اصفهان با استفاده از دادههای کارکردی
محورهای موضوعی : مهندسی شیمی
1 - استادیار بازنشسته پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران.
کلید واژه: فرایند تبدیل کاتالیستی, غیرفعال‌شدن کاتالیست تبدیل, نشست کک, پیش‌بینی عمر نهایی کاتالیست, داده¬های آزمون کارکردی.,
چکیده مقاله :
کاتالیستهای تبدیل در پالایشگاههای نفت و صنایع پتروشیمی با گذشت زمان کاری در اثر نشست کک بر سطح آن دچار کاهش فعالیت میشوند و در پایان پس از چند دوره کاری، کاتالیست باید تعویض شود. در این کار پژوهشی، با درنظرگرفتن یک واکنش برگشت‌ناپذیر، افزایش عدد اکتان فراورده واکنشگاه مدلسازی شد. همچنین، سرعت غیرفعال‌شدن، یک واکنش توانی درنظرگرفته شد. ثابت سرعت هر دو واکنش توابع آرنیوسی برحسب دما، فرض شدند. با استفاده از آزمون‌های کارکردی انجام‌شده، دادههای چهار دوره کاری گردآوری شد. پس از تخمین مقدار عامل‌های مدل، مقایسه جدول تجزیه وردایی و همچنین، مقایسه مقدارهای عدد اکتان آزمونها با عدد اکتان پیشبینی‌شده با مدل، درستی نتیجههای مدلسازی و همخوانی آنها با دادههای آزمون به اثبات رسید. میانگین انحراف مطلق اعداد اکتان برای 62 آزمون معادل 856/0 بهدست آمد. حالت‌های متفاوت برای تعیین عمر نهایی کارکرد کاتالیست تبدیل با مدلسازی بهدست آمد. براین پایه اگر کمینه عدد اکتان قابل‌قبول در دمای EOR معادل 89 در نظرگرفته شود، این کاتالیست میتواند 8134 روز کار کند که به‌تقریب برابر با 3/22 سال می‌شود. اگر کمینه عدد اکتان را 88 فرض کنیم، عمر کاتالیست به حدود 30 سال افزایش خواهد یافت. نمودارهای تغییرهای فعالیت و عدد اکتان در دماهای ثابت و زمان عملکرد برای کاتالیست تبدیل پالایشگاه نفت اصفهان توسعه داده شد.
Catalytic reforming catalysts in petroleum refineries and petrochemical complexes decline their activities due to coke formation on the pores of the catalysts with time on stream. Finally, after several cycles of regeneration and operation, the catalyst has to be replaced. In this research, an irreversible reaction of increasing the octane number of the reforming reactor product was modeled. Also, the rate of deactivation was considered as a power law function. The rate constants of both main reaction and deactivation were assumed to be Arrhenius functions of temperature. The data of the test runs of Isfahan refinery for four cycles were collected. After estimating the parameters of the model, comparing the analysis of variance table, and also comparing the octane number of the test runs against the octane number predicted by the model, the accuracy of the modeling results and their matching with the test run data were proved. The average absolute deviation of octane numbers for all 62 test runs was equal to 0.856. Different scenarios to determine the final operating life of the reforming catalyst were obtained using modeling results. Therefore, by considering the minimum acceptable research octane number at EOR temperature to be equal to 89, this catalyst can work for 8134 days, which is almost equal to 22.3 years. If the minimum acceptable research octane number was to be 88, the life of the catalyst would increase to around 30 years. In addition, the family curves of activity and research octane number at constant temperatures with respect to time on stream were developed for catalytic reforming catalyst
[1] R. P. De Pauw, G. F. Froment; Deactivation of the Platinum Reforming Catalyst in a Tubular Reactor; Chemical Engineering science, Vol.60, 789- 801, 1975; https://doi.org/10.1016/0009-2509(75)80043-1[1] Nauman EB. Chemical reactor design optimization and scale up. New York: MacGraw – Hill; 2002.
[2] Froment GF, Bischoff KB, De Wilde J. Chemical Reactor Analysis and Design. 3rd edition. USA: John Wiley & Sons Inc; 2011.
[3] Rahmatullah R, Putri RW, Mahendra B, Arofi HT, Hadi CS. Catalyst lifetime analysis for high-temperature shift converter (104-D1) at urea factory. CHEESA. 2023;6(2):76-84. doi: 10.25273/cheesa.v6i2.15986.76-84
[4] Liang Y. Zhang Y. Data-driven approaches for predicting catalyst performance in CO2 hydrogenation. Journal of Computing and Electronic Information Management. 2024;14(2):80-86. doi: 10.54097/2c9dk233
[5] Hamad KI, Humadi JI, Issa YS, Gheni SA, Ahmed MA, Hassan AA. Enhancement of activity and lifetime of nano-iron oxide catalyst for environmentally friendly catalytic phenol oxidation process. Cleaner Engineering and Technology. 2022;11:100570. doi: org/10.1016/j.clet.2022.100570
[6] De Pauw RP, Froment GF. Deactivation of the platinum reforming catalyst in a tubular reactor. Chemical Engineering science. 1975;60:789- 801. doi: org/10.1016/0009-2509(75)80043-1
[7] Froment GF. Modeling of catalyst deactivation by coke formation. In: Bartholomew CH, But JB, editors. Catalyst deactivation. Nederlands: Elsevier Science Publishers; 1991. p. 53-58.
[8] Froment GF. Coke formation in catalytic processes: Kinetics and catalyst deactivation. In: Bartholomew CH, Fuentes GF, editors. Catalyst Deactivation. Nederlands: Elsevier Science Publishers; 1997. p. 53-68.
[9] Ancheyta JJ, and Isunza FL. Analysis of deactivation models based on time-on-stream (TOS) theory for fluid catalytic cracking process. Journal of the Mexican Chemical Society. 2000;44(3):183-187.
[10] Lapinski M, Baird L, James R. UOP Platforming Process, Chapter 4.1. In: Myers RA, editor. Handbook of Petroleum Refining Processes. New York: McGraw-Hill Companies; 2004. p. 4.1-4.31
[11] Kelly J. Reforming reformate octane measurement. HYDROCARBON ENGINEERING. 2002;9:48-51.
[12] Rashidzadeh M, Ahmad A, Sadighi S. Studying of catalyst deactivation in a commercial hydrocracking process (ISOMAX). Journal of Petroleum Science and Technology. 2011;1(1):46-54. doi: org/10.22078/jpst.2010.26
[13] Azarpour A, Alwi SRW. Prediction of industrial catalysts deactivation rate using first principle model and opeating data. Malaysian Journal of Analytical Sciences. 2017;21(1):204-212. doi: org/10.17576/mjas-2017-2101-24
[14] Arani HM, Shirvani M, Safdarian K, Dorostkar E. Lumping procedure for a kinetic model of catalytic naphtha reforming. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2009;26(4):723-732.
[15] Seif Mohaddecy R, Sadighi S. Predicting catalyst lifetime. Petroleum Technology Quarterly. 2013;1000840:1-8.
[16] Birtill JJ. Systematic Procedures for interpretation and modeling of catalyst deactivation using integral fixed-bed reactors. I & EC Research. 2011;50:3145-3158. doi: org/10.1021/ie101481y
[17] Krishnaswamy S, Kittrell JR. Analysis of temperature-time data for deactivating catalysts. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1979;18(N3):399- 403.
[18] Bartholomew CH, Farrauto RJ. Fundamentals of Industrial Catalytic Processes. USA: John Wiley & Sons; 2006. doi: 10.1002/9780471730071