EP3645670A1 - Operating systems for catalytic reforming - Google Patents

Operating systems for catalytic reforming

Info

Publication number
EP3645670A1
EP3645670A1 EP18732131.0A EP18732131A EP3645670A1 EP 3645670 A1 EP3645670 A1 EP 3645670A1 EP 18732131 A EP18732131 A EP 18732131A EP 3645670 A1 EP3645670 A1 EP 3645670A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactors
operating parameters
phase
simulation
working gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18732131.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dzmitry STASENKA
Torsten RUBEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swiss Rr Engineering Group AG
Original Assignee
Swiss Rr Engineering Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swiss Rr Engineering Group AG filed Critical Swiss Rr Engineering Group AG
Publication of EP3645670A1 publication Critical patent/EP3645670A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G35/00Reforming naphtha
    • C10G35/24Controlling or regulating of reforming operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013Controlling the temperature of the process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/245Stationary reactors without moving elements inside placed in series
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00027Process aspects
    • B01J2219/0004Processes in series
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00054Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058Temperature measurement
    • B01J2219/00063Temperature measurement of the reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00054Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00072Mathematical modelling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00243Mathematical modelling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10Feedstock materials
    • C10G2300/1037Hydrocarbon fractions
    • C10G2300/1044Heavy gasoline or naphtha having a boiling range of about 100 - 180 °C
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/20Characteristics of the feedstock or the products
    • C10G2300/30Physical properties of feedstocks or products
    • C10G2300/305Octane number, e.g. motor octane number [MON], research octane number [RON]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/26Fuel gas
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N2030/022Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
    • G01N2030/025Gas chromatography
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography

Definitions

  • the invention relates to the field of petroleum processing. Specifically, it relates to one part of petroleum refining, namely catalytic reforming to increase the octane number and recover molecular hydrogen and short chain hydrocarbons (commonly referred to as "LPG") from crude petroleum derived from crude oil distillation, and US Pat as needed also to increase the proportion of aromatics.
  • LPG molecular hydrogen and short chain hydrocarbons
  • reactors of both types have a rotationally cylindrical volume in which the catalyst - having a sandy consistency - is disposed between an outer gas-permeable wall and an inner gas-permeable wall and, generally from the outside to the inside, through a gas mixture with the vaporized, to be reformed Crude gasoline (naphtha) and a molecular hydrogen-containing cycle gas is flowed through.
  • This gas mixture changes its composition through the process. Subsequently, this gas flowing through the reactor or reactors gas mixture is called working gas.
  • the working gas will successively pass through several reactor stages before it is separated as a reforming product in a post-processing step and the products resulting after separation (hydrogen gas mixture from which the recycle gas is diverted, reformate, LPG, steam, exhaust gas, etc.). ) can be obtained or further processed.
  • the reactor stages are formed by separate fixed-bed reactors, while in a regenerative (CCR) plant, the reactor stages are formed by sub-reactors, which may be arranged one above the other and flowed through by the catalyst.
  • the performance of the reactors depends on a number of parameters, including the working pressure generated by compressors, the operating temperature (generally plus minus 500 ° C), the composition and condition of the catalyst, and the composition of the working gas.
  • control software in catalytic reforming plants. Such regulates the working pressure and the working temperature on the basis of the heating elements required for the process as well as pumps of the plant on the basis of results of a gas chromatography of the resulting after the last reactor stage reforming product.
  • a control software has the advantage that a rapid response to changing conditions in the plant would be possible (which is often not so relevant in practice, at least after a start-up process).
  • a control software is only limitedly suitable for the optimization of the process, not least because the requirement for reactions in real time only allows the capture and processing of very rough data.
  • the present invention is based, inter alia, on the finding that a mathematical determination of operating parameters for operation in an equilibrium state (with constant operating parameters) of a plant for catalytic reforming is advantageous, in particular if as such ultimately adjustable operating parameters include the temperatures of the working gas can be set individually at the entrance of each reactor.
  • a method of operating a catalytic reforming plant comprising a plurality of catalyst-containing reactors through which a working gas containing hydrocarbons and molecular hydrogen successively flow, wherein the composition of the working gas in the reactors changes , and the output side of the last of the reactors results in a product.
  • a chemical composition of the product or a subset of the product is determined by measurement.
  • a simulation of the chemical processes in the reactors is carried out, taking into account different conditions in the different reactors, and in addition to the geometric properties and the operating parameters and the measured chemical composition is included in the simulation.
  • a simulation of the chemical processes with varied operating parameters is undertaken.
  • the invention according to one aspect is characterized in that, besides the flow rate of circulating gas (or of molecular hydrogen as constituent of the circulating gas), the temperatures of the working gas at the inlet of each reactor are set individually as operating parameters and manipulated variables.
  • the simulation according to the third step is used for the optimization of the operating parameters by determining, by varying the operating parameters, a set of operating parameters (including the individual working gas temperatures at the inlet of each reactor) optimized with respect to a given objective.
  • the optimization of the operating parameters in the third step can be done in a conventional manner.
  • a target variable is specified. Such may be a simple size, for example, the octane number, the total amount of reformate, the amount of hydrogen gas or the like.
  • This target value is then maximized by varying the operating parameters, for example first stepwise in a coarse grid and then in the vicinity of a maximum value or in a finer grid, etc.
  • numerical maximization methods such as the choice of random numbers as start values are conceivable.
  • H2 (Ti, G, Q, P) ->max; Maximizing the output of one or more hydrocarbons (aromatics) in the reformate, limiting the other production parameters.
  • Tmin ⁇ Ti ⁇ Tmax (T m, Ti, Tma - variable temperature ranges for each reactor in his documented limits).
  • the lower limit is determined, for example, by the reaction temperature of the catalyst, the upper limit by its heat resistance.
  • Tmin 457 ° C
  • Tmax 520 ° C (Pmin, Pi 5 Pmax, - variable pressure ranges per reactor in its documented limits)
  • Ti, Pj can be given a separate value for each reactor of the unit.
  • the reactor is set to run with the optimized operating parameters, namely, among other things, with specifically different working gas temperatures at the inlet of each reactor.
  • the constant characteristics of the plant include the plant geometry, the composition of the catalyst, other properties of the physical plant components (eg the type of plant (fixed bed reactors vs. CCR plant, presence of one or more compressors, flow through the reactors,
  • the constant properties are thus very specific properties of the present system to be simulated, which are determined on the basis of measurements or on the basis of existing installation-specific specifications (for example plans, catalyst specification, etc.) and not merely generic as in the prior art Values that apply, for example, for each component of the generic type.
  • Operating parameters are at least partially adjustable variables such as pressure, temperatures, material flow through the reactors, flow rate of recycle gas (specifically: flow rate of molecular hydrogen, besides this, the recycle gas may have further constituents, for example nitrogen, noble gases, etc.).
  • An optimization method for a plant of the type mentioned therefore has the following process steps:
  • Simulation of the chemical processes in the reactors in a first phase taking into account different conditions in the different reactors, and in addition to the constant properties and the given operating parameters (eg pressure, temperature, material flow through the reactors) also a measured chemical composition of the on the output side of the last reactor resulting product or a subset of the product is included in the simulation,
  • a set of optimized operating parameters is determined, in particular by manually or automatically using predetermined criteria, the calculated chemical compositions are compared in terms of a specific objective and those operating parameters are selected, which bring the best results in terms of the objective .
  • the erfmdungsstrue use of the reactor inlet temperatures as control variables independently proves to be particularly advantageous for the optimization. It allows a concrete operation adapted to the reaction kinetics in the respective reactor, taking into account the fact that the composition of the working gas differs from reactor to reactor.
  • Another operating parameter is the pressure.
  • the pressure is individually, different per reactor, set as operating parameters. This possibility arises in particular in fixed bed reactors but also in CCR systems with side-by-side arrangement of the reactors.
  • the method is accomplished offline, i. the mentioned data (constant properties, operating parameters, measurement results) are collected once, after which the further steps are carried out without the feedback from the system being required for the further steps.
  • online regulations give the impression that they can respond more quickly to changes and that the possibilities offered by the available computer services are high, an offline solution turns out to be advantageous in the present context.
  • the aforementioned steps are taken offline, without measuring steps taken during the simulation steps and entered again into the calculation. Additionally or alternatively, as mentioned, the results of a gas chromatographic analysis without pre-grouping are taken into account.
  • the gas chromatography data are therefore not used directly as a feedback signal for controlling the process (it is, of course, not excluded that this happens in addition to the procedure according to the invention), but indirectly, via the described process, in which optimization (second Phase) the measured data is not more directly. This less direct-acting process has proven to be advantageous. This is because a closer consideration of the reaction kinetics is possible and overall results in a more reliable and more robust simulation of the equilibrium state.
  • the customizable operating parameters may include:
  • the pressure optionally different from reactor to reactor, if the system allows it -
  • the feed rate i.e., amount of naphtha per unit time
  • the actual simulation steps are characterized in particular by the fact that the reaction kinetics is taken into account with real data obtained from the plant and taking into account the properties of the catalyst, whereby the residence time of the gas molecules at the catalyst surface can also be considered. They therefore differ from statistical methods known from the state of the art, in which on the basis of empirical values and data of different type-like systems it is attempted to estimate the operating parameters for a given system.
  • the volume of the respective reactor is divided into a plurality of coaxial hollow cylinder volumes.
  • the generally generally at least partially rotationally cylindrical geometry of the reactors and the flow conditions is taken into account - the flow of the working gas in the reactor is in each case from the outside to the inside through the catalyst or possibly from the inside to the outside.
  • the concentrations of gas quantities of substances and / or groups of substances in the working gas are assumed to be constant per cylinder volume, but potentially different from the volume of the wooden cylinder to the volume of the wooden cylinder. There may also be a potentially different temperature in each hollow cylinder volume than in the adjacent hollow cylinder volumes.
  • the chemical reactions are applied in particular, for example, at least 30 groups of substances, in which the existing (and measured) substances are summarized.
  • model parameters are adjusted, with both the constant properties of the reactors and the operating parameters at which the measurement was taken as constants.
  • Model parameters may be purely phenomenological (eg, coefficients, without specific physical properties, in equations or formulas), or they may have a physical meaning (eg, characterize flow resistance, etc.). In embodiments, both purely phenomenological and physical parameters are present.
  • a simulation of the chemical reactions is carried out and then the product resulting from the reaction is compared with the product effectively characterized by the measurement. Then, starting from the starting values, the model parameters are systematically varied in order to match the calculated result as far as possible with the measured values.
  • the first phase is terminated and the model parameters with which this correspondence is reached are stored. They serve as constants in the second phase of the simulation process, in which the operating parameters are varied.
  • the concentrations of the substance groups can be represented as a vector of a multidimensional vector space, and in this vector space a metric can be defined, for example a Euclidean metric, if necessary with special weighting of the components, more important for the product properties or even in small concentrations occurring components can be weighted more heavily than others.
  • a computer program can be generated, which contains the simulation program used for the first phase in the core, but which contains the model parameters as non-variable constants, the operating parameters are changeable.
  • a computer program is a plant-specific program which accordingly includes a plant-specific adapted physical / chemical model. It can be handed over to the operator of the system, for example in compiled and / or encrypted form.
  • the calculation methods according to the approach of the present invention are necessarily carried out computer-aided and require a large computing power. But since they are especially offline feasible, there are only very generous minimum requirements for the computer power. It can be a generic one modern, powerful computer system, especially with multiple processors or processor cores used.
  • the present invention also relates to a computer program for carrying out the method described here.
  • the system-specific computer program may contain the parameters in encrypted form.
  • Both the computer program for carrying out the entire optimization process and the plant-specific computer program may be equipped in any aspect and for any embodiment of the invention described herein, i. All statements made in this text and relating to the method are also applicable to the computer programs.
  • the invention also relates to an operating method for a plant of the type discussed above for catalytic reforming, wherein different temperatures of the working gas at the entrance of each reactor are deliberately set differently, in particular due to the result of simulations, in particular according to the optimization method described in this text.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view through a reactor
  • FIG. 3 is a simplified diagram of a plant with fixed bed reactors
  • Fig. 4 is a still more simplified schematic of a CCR system
  • FIG. 1 schematically shows the principle of a reactor 1.
  • an outer vessel 2 with an inlet 3 a volume is formed between an outer gas-permeable wall 5 and an inner gas-permeable wall 9 which is at least partially filled with a catalyst 6.
  • the working gas flows through the outer gas-permeable wall 5 into this volume and out through the inner gas-permeable wall 9 again (the flow direction is symbolized by the block arrows 7), an operation with flow in the other direction, from inside to outside, is not locked out).
  • the volume molecules present in the working gas are repeatedly absorbed on the surface of the catalyst and desorbed from there.
  • the residence time at the catalyst surface depends on the temperature, and the adsorption rate as well the flow paths depend on temperature and pressure; both have an influence on the reaction kinetics.
  • the properties go - including the current state; Degree of coking etc. of the catalyst in the reaction kinetics.
  • the chemical reactions during catalytic reforming can be divided into three main groups:
  • the kinetics of these reactions can be modeled on the basis of the law of mass action, depending on the pressure and the prevailing temperature as well as on the activity of the catalyst.
  • the temperature, the concentrations of the individual reactants in the working gas and, to a certain extent, the pressure also depend on the position within the reactor.
  • it is proposed to take this into account by dividing the volume filled with the catalyst 6 in the model into ring partial volumes, which is shown schematically in FIG. Fig. 2 shows, as in Fig. 1 in horizontal section, schematically, the coaxial hollow cylinder volumes 1 1, for example, each have an equal thickness. Other divisions of the hollow cylinder volume sizes, for example. By the volume contents are chosen the same, resulting in different thicknesses are not excluded.
  • the parameters which are included in the modeling - for example temperature T and concentrations Ck of the various substances in the working gas - and possibly also the pressure P can each differ from hollow cylinder volume to hollow cylinder volume (index i).
  • the temperature can decrease from the outside to the inside because the reactions taking place in the reactor are endothermic in the end.
  • Figure 3 shows a plant of semi-regenerative type (ie regeneration of the catalyst in the plant is possible, but only with shutdown of the reactor in question).
  • the plant has three successive reactors 1, namely fixed-bed reactors 1.1, 1.2, 1.3.
  • a respective conditioning device which does not have to be physically configured as a unit and, for example, may have a plurality of separate elements
  • Such has in each case a regulated working gas heater and a pumping device (generally a compressor, if necessary, a pump for still liquid portions may be present) on.
  • a regulated working gas heater and a pumping device generally a compressor, if necessary, a pump for still liquid portions may be present
  • not every conditioning device has a heater, but, for example, only one of them.
  • the pump symbols of Conditioning devices 21.2, 21.3 dashed lines for the second and third reactor, ie shown as optional.
  • the working gas A is the input side of a - already brought by heating in the gaseous state or in the first conditioning device 21.1 still evaporated feed F - and the recycle gas K formed. It is successively passed through the three reactors 1.1, 1.2, 1.3, changing its composition. The resulting after the last reactor 1.3 reforming product P is after its cooling (corresponding heat exchangers and coolers may be formed according to the prior art and are not shown in Fig. 3) a gas separator 26 is supplied. The non-volatile components R (reformate) are then fed to further processing steps which may correspond to the prior art and are not further elaborated here.
  • the resulting volatile components G which are rich in molecular hydrogen, are split in a splitter 27 by mixing as much gas as the recycle gas K is again mixed upstream with the feed F as necessary for the desired processes. The rest of the gas G is discharged and recycled as needed.
  • a control device 24 controls the conditioning devices 21,1, 21.2, 21.3, wherein a control circuit can be present in a manner known per se, in that the conditioning devices have a temperature and / or pressure and / or flow measurement and the control device is set up to adjust the corresponding devices of the conditioning device so and readjust if necessary. that a predetermined appropriate size (temperature / pressure / flow, etc.) is achieved.
  • the system can be constructed as a whole analogous to already known generic systems. It differs from the prior art but in particular at least as the control device 24 is set up.
  • Figure 4 shows very schematically (without representation of Steuerimgs worn and the gas chromatograph) a variant in which the system is designed as a regenerative system and the reactors 1.1, 1.2, 1.3 are arranged one above the other, so that the catalyst as illustrated by the block arrows very schematically is transported slowly through the reactors due to gravity during operation: after removal from the last reactor, the catalyst is regenerated; Regenerated catalyst material is continuously supplied to the first reactor 1.1 during operation.
  • FIG. 5 shows a sequence of the first phase of a process optimization method.
  • St denotes the beginning of the process
  • step C the constant real parameters of the plant (geometry of the reactors, filling quantity, etc.) are read in.
  • step B the operating parameters, as in the plant before the process optimization
  • the operating parameters include the process pressure, the process temperature, the circulating gas flow, etc.
  • the measured data M are then read in, namely the data on the composition of the product P or the reformate R obtained by the gas chromatograph (see FIG).
  • the entire gas chromatogram is taken into account within the resolution accuracy of the gas chromatograph, ie there is no pre-grouping of the compounds, as is done according to the prior art, to obtain the necessary analysis speed.
  • step Par model parameters are selected (step Par).
  • the initial model parameters may always be the same, or they may be roughly estimated by the operator or software based on the data (constants, operating parameters, measurements).
  • a simulation S with the model parameters is performed, and the deviation of the values produced by the model from the measured values is quantified (step A). If the deviation does not correspond to a termination criterion (ie if the deviation is greater than a predetermined value, branch point K), the model parameters are adjusted (back to step Par). and a new simulation takes place. This will be for so long performed until the model parameters produce a sufficiently small deviation from the real data.
  • the abort criterion is met (K)
  • the current, successful model parameters are stored (Sa) and the first phase of the process optimization process is completed (Stp).
  • the result of the first phase can be implemented, in particular, in a method tailored to a specific installation in the form of software, with the stored model parameters.
  • this software operating parameters can then be automated or manually adjusted in test series by specialized users of the inventive approach or the Anlagen planteer.
  • FIG. 6 shows the second phase of the process optimization method.
  • the constants and the operating parameters are read in again (steps C, B), whereby these can also be taken over by the first phase of the process optimization method.
  • the model parameters MP determined and stored in the first phase of the process optimization method (step Sa).
  • a simulation step S) takes place and the results are analyzed (step An) with regard to the optimization to be carried out. If optimization potential is still detected (branch point O), a modification of the operating parameters takes place (ModB), whereupon it is simulated again. This process is repeated so long by systematic variation of the operating parameters until no appreciable optimization potential exists. Only then are the operating parameters identified as optimized stored (Sa ') and output, which terminates the second phase of the process optimization process.
  • the specifications each relate to the comparison with the operation without the process optimization. These requirements are partly in conflict with each other, and it may depend on specific needs, which is the priority of the specifications and in which the requirements can possibly be accepted that it is hardly or not at all implemented. It has been shown, however, that to a certain extent due to the optimization potential for many systems, all or at least almost all of the specifications can be implemented, with increases in the single-digit percentage range or - in the life of the catalyst - higher.
  • the plant is operated with the adjusted operating parameters.
  • a slow, controlled adaptation takes place. This can be automated or done manually by operating personnel by operating the control device 24.
  • the following table shows extracts:
  • Q in 10 3 nr '/ h
  • T' the temperature at the inlet of the respective reactor
  • G the feed (in m 3 / h);
  • the yield of reformate could be increased by 3-5% compared to a base regime, by means of optimization based on a yield of 78-82% o (base regime) a yield of 83.1-85.6%) was achieved.

Abstract

The invention relates to a method for optimising the operation of a system for catalytic reforming. The system has a plurality of reactors containing a catalyst, through which working gas flows successively, wherein the composition of the working gas in the reactors changes and wherein a product results on the output side of the last reactor. According to the method, firstly specific constant properties and initial operating parameters of the system that are present during the operation are captured. A computational simulation of chemical processes in the reactors then takes place, wherein, in addition to the constant properties and the captured system operating parameters, results of a measurement of the chemical composition of the product resulting on the output side of the last reactor are incorporated. Then, a computational simulation of the chemical processes in the reactors is performed with different, varied operating parameters, wherein as varied operating parameters, in addition to a flow rate of molecular hydrogen, various temperatures of the working gas at the input of each reactor are also adjusted individually. A set of optimised operating parameters is determined from the calculated chemical composition.

Description

BETRIEB VON ANLAGEN FÜR DAS KATALYTISCHE  OPERATION OF PLANTS FOR THE CATALYTIC
REFORMING  REFORMING
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Erdölverarbeitung. Im Speziellen betrifft sie die einen Teilbereich der Raffination von Erdöl, nämlich das katalytische Reforming zwecks Steigerung der Oktanzahl und der Gewinnung von molekularem Wasserstoff und kurzkettigen Kohlenwasserstoffen (im Allgemeinen als „LPG" d.h. als Flüssiggas bezeichnet) aus dem durch Rohöl-Destillation gewonnenen Rohbenzin sowie je nach Bedarf auch zur Erhöhung des Anteils von Aromaten. The invention relates to the field of petroleum processing. Specifically, it relates to one part of petroleum refining, namely catalytic reforming to increase the octane number and recover molecular hydrogen and short chain hydrocarbons (commonly referred to as "LPG") from crude petroleum derived from crude oil distillation, and US Pat as needed also to increase the proportion of aromatics.
Für das katalytische Reforming kennt man insbesondere die traditionellen Festbettreaktoren sowie die etwas aufwändigeren regenerativen sogenannten CCR- Reaktoren. Im Allgemeinen weisen Reaktoren beider Art ein rotationszylindrisches Volumen auf, in welchem der Katalysator - mit sandartiger Konsistenz - zwischen einer äusseren gasdurchlässigen Wand und einer inneren gasdurchlässigen Wand angeordnet ist und, im Allgemeinen von aussen nach innen, durch ein Gasgemisch mit dem verdampften, zu reformierenden Rohbenzin (Naphtha) sowie einem molekularen Wasserstoff enthaltenden Kreislaufgas durchströmt wird. Dieses Gasgemisch ändert seine Zusammensetzung durch den Prozess. Nachfolgend wird dieses den Reaktor bzw. die Reaktoren durchströmende Gasgemisch Arbeitsgas genannt. Im Allgemeinen wird das Arbeitsgas nacheinander mehrere Reaktorstufen durchströmen, bevor es als Reforming-Produkt in einem Nachbearbeitungsschritt aufgetrennt wird und die nach der Auftrennung resultierenden Produkte (Wasserstoff-Gasgemisch, aus welchem das Kreislaufgas abgezweigt wird; Reformat, LPG, Dampf, Abgas, etc.) gewonnen bzw. weiterverarbeitet werden können. In einer sogenannt semi-regenerativen Anlage werden die Reaktorstufen durch separate Festbettreaktoren gebildet, während in einer regenerativen (CCR-) Anlage die Reaktorstufen durch unter Umständen übereinander angeordnete und vom Katalysator durchströmte Teil-Reaktoren gebildet werden. For the catalytic reforming, one knows in particular the traditional fixed bed reactors as well as the somewhat more expensive regenerative so-called CCR reactors. In general, reactors of both types have a rotationally cylindrical volume in which the catalyst - having a sandy consistency - is disposed between an outer gas-permeable wall and an inner gas-permeable wall and, generally from the outside to the inside, through a gas mixture with the vaporized, to be reformed Crude gasoline (naphtha) and a molecular hydrogen-containing cycle gas is flowed through. This gas mixture changes its composition through the process. Subsequently, this gas flowing through the reactor or reactors gas mixture is called working gas. In general, the working gas will successively pass through several reactor stages before it is separated as a reforming product in a post-processing step and the products resulting after separation (hydrogen gas mixture from which the recycle gas is diverted, reformate, LPG, steam, exhaust gas, etc.). ) can be obtained or further processed. In a so-called semi-regenerative plant, the reactor stages are formed by separate fixed-bed reactors, while in a regenerative (CCR) plant, the reactor stages are formed by sub-reactors, which may be arranged one above the other and flowed through by the catalyst.
Die Performance der Reaktoren hängt von einer Reihe von Parametern ab, darunter dem von Kompressoren erzeugten Arbeitsdruck, der Arbeitstemperatur (Im Allgemeinen plusminus 500°C), der Zusammensetzung und dem Zustand des Katalysators, und der Zusammensetzung des Arbeitsgases. The performance of the reactors depends on a number of parameters, including the working pressure generated by compressors, the operating temperature (generally plus minus 500 ° C), the composition and condition of the catalyst, and the composition of the working gas.
Es ist bekannt, in Anlagen für das katalytische Reforming eine Regelungssoftware einzusetzen. Eine solche regelt über die für den Prozess benötigten Heizelemente sowie Pumpen der Anlage den Arbeitsdruck und die Arbeitstemperatur anhand von Resultaten einer Gaschromatographie des nach der letzten Reaktorstufe resultierenden Reforming-Produktes. Eine solche Regelungssoftware hat den Vorteil, dass eine rasche Reaktion auf veränderte Bedingungen in der Anlage möglich wäre (was aber in der Praxis mindestens nach einem Anlaufvorgang oft nicht so relevant ist). Allerdings ist eine solche Regelungssoftware nur beschränkt für die Optimierung des Prozesses geeignet, nicht zuletzt weil das Erfordernis an Reaktionen in Echtzeit nur das Erfassen und Verarbeiten sehr grober Daten ermöglicht. It is known to use a control software in catalytic reforming plants. Such regulates the working pressure and the working temperature on the basis of the heating elements required for the process as well as pumps of the plant on the basis of results of a gas chromatography of the resulting after the last reactor stage reforming product. Such a control software has the advantage that a rapid response to changing conditions in the plant would be possible (which is often not so relevant in practice, at least after a start-up process). However, such a control software is only limitedly suitable for the optimization of the process, not least because the requirement for reactions in real time only allows the capture and processing of very rough data.
Ebenfalls bekannt sind kinetische Reaktormodelle, welche auf genetische Art, d.h. anhand von generischen Informationen über die verwendeten Bauteile unter - J - Also known are kinetic reactor models, which in a genetic way, ie based on generic information about the components used under - J -
Zuhilfenahme von statistischen Werten die sehr grobe Modellierung von Anlagen ermöglichen. Use of statistical values that allow very rough modeling of assets.
Aufgrund der sehr grossen Durchsätze und des sehr grossen Betriebsaufwandes von Refming-Anlagen lohnen auch Optimierungsgewinne von wenigen Prozenten oder sogar im Promillebereich einen durchaus beträchtlichen Aufwand. Es wäre daher wünschenswert, über Ansätze zu verfügen, wie die Effizienz von bestehenden oder neu geplanten Anlagen für das katalytische Reforming weiter verbessert werden kann. Eine solche Effizienzverbesserung ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Due to the very high throughputs and the very high operating costs of refming systems, optimization gains of a few percent or even in the per thousand range are also worth a considerable effort. It would therefore be desirable to have approaches on how to further improve the efficiency of existing or newly planned catalytic reforming plants. Such efficiency improvement is therefore the object of the present invention.
Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine rechnerische Bestimmung von Betriebsparametem für einen Betrieb in einem Gleichgewichtszustand (mit konstanten Betriebsparametern) einer Anlage für das katalytische Reforming von Vorteil ist, insbesondere wenn als solche letztlich einstellbare Betriebsparameter unter anderem die Temperaturen des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors individuell eingestellt werden können. The present invention is based, inter alia, on the finding that a mathematical determination of operating parameters for operation in an equilibrium state (with constant operating parameters) of a plant for catalytic reforming is advantageous, in particular if as such ultimately adjustable operating parameters include the temperatures of the working gas can be set individually at the entrance of each reactor.
Demgemäss wird ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage für das katalytische Reforming zur Verfügung gestellt, welche Anlage eine Mehrzahl einen Katalysator enthaltenden Reaktoren aufweist, die von nacheinander von einem Kohlenwasserstoffe und molekularen Wasserstoff enthaltenden Arbeitsgas durchströmt werden, wobei sich die Zusammensetzung des Arbeitsgases in den Reaktoren ändert, und wobei ausgangsseitig des letzten der Reaktoren ein Produkt resultiert. Gemäss dem Verfahren werden in einem ersten Schritt spezifische konstante, feststehende Eigenschaften und Betriebsparameter der bereits in Betrieb gesetzten Anlage erfasst, und eine chemische Zusammensetzung des Produktes oder einer Teilmenge des Produktes (bspw. ohne den molekularen Wasserstoff) wird durch eine Messung bestimmt. Accordingly, there is provided a method of operating a catalytic reforming plant comprising a plurality of catalyst-containing reactors through which a working gas containing hydrocarbons and molecular hydrogen successively flow, wherein the composition of the working gas in the reactors changes , and the output side of the last of the reactors results in a product. According to the method, in a first step, specific constant, fixed properties and operating parameters of the plant already in operation are recorded, and a chemical composition of the product or a subset of the product (for example, without the molecular hydrogen) is determined by measurement.
In einem zweiten Schritt (erste Simulations-Phase) wird eine Simulation der chemischen Vorgänge in den Reaktoren vorgenommen, wobei unterschiedliche Verhältnisse in den verschiedenen Reaktoren berücksichtigt werden, und wobei nebst den geometrischen Eigenschaften und den Betriebsparametern auch die gemessene chemische Zusammensetzung in die Simulation eingeht. In a second step (first simulation phase), a simulation of the chemical processes in the reactors is carried out, taking into account different conditions in the different reactors, and in addition to the geometric properties and the operating parameters and the measured chemical composition is included in the simulation.
In einem dritten Schritt (zweite Simulations-Phase) wird ohne die Notwendigkeit weiterer Messungen eine Simulation der chemischen Vorgänge mit variierten Betriebsparametern vorgenommen. Die Erfindung gemäss einem Aspekt zeichnet sich dadurch aus, dass dabei nebst der Durchflussmenge von Kreislaufgas (bzw. von molekularem Wasserstoff als Bestandteil des Kreislaufgases) auch die Temperaturen des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors individuell als Betriebsparameter und Stellgrössen eingestellt werden. In a third step (second simulation phase), without the need for further measurements, a simulation of the chemical processes with varied operating parameters is undertaken. The invention according to one aspect is characterized in that, besides the flow rate of circulating gas (or of molecular hydrogen as constituent of the circulating gas), the temperatures of the working gas at the inlet of each reactor are set individually as operating parameters and manipulated variables.
Die Simulation gemäss dem dritten Schritt wird für die Optimierung der Betriebsparameter verwendet, indem durch Variation der Betriebsparameter ein im Hinblick auf eine vorgegebene Zielsetzung optimiertes Set an Betriebsparametern (inklusive die individuelle Arbeitsgas-Temperaturen am Eingang jedes Reaktors) ermittelt wird. Die Optimierung der Betriebsparameter im dritten Schritt kann in an sich bekannter Art erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass zunächst eine Zielgrösse vorgegeben wird. Eine solche kann eine einfache Grösse sein, bspw. die Oktanzahl, die Reformat-Gesamtmenge, die Wasserstoffgas-Menge oder ähnlich. Sie kann aber auch komplexer sein und bspw. aus einem Wert bestehen, der sich durch eine Zielfunktion A der Kenngrössen des ausgangsseitigen Produkts ergibt - in einem einfachen Beispiel kann das eine gewichtete Mittelung aus normierten Kennzahlen (Oktanzahl, Wasserstoffgasmenge, Anteil Naphthene, Anteil Paraffine, etc.) sein. Diese Zielgrösse wird dann maximiert, indem die Betriebsparameter variiert werden, beispielsweise zunächst schrittweise in einem groben Raster und dann in der Umgebung eines Maximalwertes noch in einem feineren Raster, etc. Auch andere aus der Numerik bekannte Maximierungs-Verfahren wie bspw. die Wahl von Zufallszahlen als Startwerte sind denkbar. The simulation according to the third step is used for the optimization of the operating parameters by determining, by varying the operating parameters, a set of operating parameters (including the individual working gas temperatures at the inlet of each reactor) optimized with respect to a given objective. The optimization of the operating parameters in the third step can be done in a conventional manner. One possibility is that initially a target variable is specified. Such may be a simple size, for example, the octane number, the total amount of reformate, the amount of hydrogen gas or the like. However, it can also be more complex and consist, for example, of a value which results from an objective function A of the parameters of the output-side product-in a simple example, this can be a weighted average of standardized parameters (octane number, amount of hydrogen gas, proportion of naphthenes, proportion of paraffins, etc.). This target value is then maximized by varying the operating parameters, for example first stepwise in a coarse grid and then in the vicinity of a maximum value or in a finer grid, etc. Also other known from numerical maximization methods such as the choice of random numbers as start values are conceivable.
Beispiele für Zielfunktionen sind: Examples of objective functions are:
Maximierung des Ausganges von Reformat bei vorgegebener Oktanzahl: A(Ti, G, Q, P)— >max; Maximizing the output of reformate at a given octane number: A (Ti, G, Q, P) -> max;
Maximierung der Oktanzahl bei unveränderter Menge an Reformat: Ok (Tj. G, Q, P)— >max; Maximizing the octane number with unchanged amount of reformate: Ok (Tj G, Q, P) -> max;
Maximierung des Ausgangs von Hydrogen (H2), bei vorgegebener Beschränkung der Oktanzahl oder des Ausgangs von Reformat Maximizing the output of hydrogen (H2), given a limit on the octane number or the output of reformate
H2 (Ti, G, Q, P) ->max; Die Maximierung des Ausganges einer oder mehrerer Kohlenwasserstoffe (Aromaten) im Reformat, bei Beschränkung der übrigen Produktionsparameter. H2 (Ti, G, Q, P) ->max; Maximizing the output of one or more hydrocarbons (aromatics) in the reformate, limiting the other production parameters.
Ya, YH, Yn (Ti, G, Q, P) -*max; Ya, YH, Yn (Ti, G, Q, P) - * max;
Die Bandbreiten, in welchen die Betriebsparameter variiert werden, ergeben sich aus technologisch sinnvollen Grenzen, die für Reaktoren bekannt und dokumentiert sind: The bandwidths in which the operating parameters are varied result from technologically reasonable limits that are known and documented for reactors:
Tmin<Ti<Tmax, (Tmin, Ti, Tma - variable Temperaturbereiche je Reaktor in seinen dokumentierten Grenzwerten). Der untere Grenzwert wird beispielsweise bestimmt durch die Reaktionstemperatur des Katalysators, der obere Grenzwert durch seine Wärmefestigkeit. Beispielsweise kann gelten: Tmin =457°C, Tmax =520°C (Pmin, Pi5 Pmax, - variable Druckbereiche je Reaktor in seinen dokumentierten Grenzwerten) Tmin <Ti <Tmax (T m, Ti, Tma - variable temperature ranges for each reactor in his documented limits). The lower limit is determined, for example, by the reaction temperature of the catalyst, the upper limit by its heat resistance. For example, Tmin = 457 ° C, Tmax = 520 ° C (Pmin, Pi 5 Pmax, - variable pressure ranges per reactor in its documented limits)
n„,i„<n<nmax, (nmin, n i, nmax, - variables Verhältnis Kreislaufgas zu Rohstoff in seinen dokumentierten Grenzwerten). Beispiel: 1000- 1 800 HM3 / 3 n ", i"<n<n m ax, (n m in, ni, nmax, - variable ratio of recycle gas to raw material in its documented limits). Example: 1000- 1800 HM 3/3
Ok=Oko, (Ok, Oko - produzierte und gegebene Oktanzahl) Ok = Oko, (Ok, Oko - produced and given octane number)
Gniiii<Gi<Gmax- (Gmin, G i, Gma - variable Volumenauslastung der Reaktor unit mit dem Eingangsgasgemisch (Feed) in seinen dokumentierten Grenzwerten) Q - Volumenverbrauch an Kreislaufgas am Eingang der Reaktor unit Gniiii <Gi <Gmax- (G m, G i, Gma - variable volume utilization of the reactor unit to the input gas mixture (feed) in his documented limits) Q - Volume consumption of recycle gas at the inlet of the reactor unit
/ - Wert innerhalb der Variationsgrenzen / - value within the limits of variation
Ti, Pj, können dabei für jeden Reaktor der Einheit einen separaten Wert erhalten. Ti, Pj, can be given a separate value for each reactor of the unit.
In einem vierten Schritt wird der Reaktor so eingestellt, dass er mit den optimierten Betriebsparametern gefahren wird, namentlich unter anderem mit gezielt unterschiedlichen Arbeitsgastemperaturen am Eingang jedes Reaktors. In a fourth step, the reactor is set to run with the optimized operating parameters, namely, among other things, with specifically different working gas temperatures at the inlet of each reactor.
Die konstanten Eigenschaften der Anlage beinhalten die Anlagegeometrie, die Zusammensetzung des Katalysators, weitere Eigenschaften der physischen Anlage- Komponenten (bspw. die Art der Anlage (Festbettreaktoren vs. CCR-Anlage; Vorhandensein von einem oder mehr als einem Kompressor, Durchströmrichtung durch die Reaktoren, etc.). Die konstanten Eigenschaften sind also ganz konkrete Eigenschaften der vorliegenden, zu simulierenden Anlage, die anhand von Messungen oder anhand von vorliegenden anlagespezifischen Spezifikationen (bspw. Plänen, Katalysatorspezifikation, etc.) bestimmt werden und nicht wie im Stand der Technik bloss generische Werte die bspw. für jede Komponente der gattungsgemässen Art gelten. The constant characteristics of the plant include the plant geometry, the composition of the catalyst, other properties of the physical plant components (eg the type of plant (fixed bed reactors vs. CCR plant, presence of one or more compressors, flow through the reactors, The constant properties are thus very specific properties of the present system to be simulated, which are determined on the basis of measurements or on the basis of existing installation-specific specifications (for example plans, catalyst specification, etc.) and not merely generic as in the prior art Values that apply, for example, for each component of the generic type.
Betriebsparameter sind vom Betreiber der Anlage mindestens teilweise einstellbare Grössen wie Druck, Temperaturen, Materialfluss durch die Reaktoren, Durchflussmenge von Kreislaufgas (konkret: Durchflussmenge von molekularem Wasserstoff; nebst diesem kann das Kreislaufgas weitere Bestandteile aufweisen, bspw. Stickstoff, Edelgase, etc.) Ein Optimierungsverfahren für eine Anlage der genannten Art weist demnach die folgenden Verfahrensschritte auf: Operating parameters are at least partially adjustable variables such as pressure, temperatures, material flow through the reactors, flow rate of recycle gas (specifically: flow rate of molecular hydrogen, besides this, the recycle gas may have further constituents, for example nitrogen, noble gases, etc.). An optimization method for a plant of the type mentioned therefore has the following process steps:
Erfassen von spezifischen konstanten Eigenschaften und Betriebsparametern der Anlage, Recording specific constant characteristics and operating parameters of the system,
Simulation der chemischen Vorgänge in den Reaktoren in einer ersten Phase, wobei unterschiedliche Verhältnisse in den verschiedenen Reaktoren berücksichtigt werden, und wobei nebst den konstanten Eigenschaften und den vorgegebenen Betriebsparametern (bspw. Druck, Temperatur, Materialfluss durch die Reaktoren) auch eine gemessene chemische Zusammensetzung des ausgangsseitig des letzten Reaktors resultierenden Produktes oder einer Teilmenge des Produktes in die Simulation eingeht, Simulation of the chemical processes in the reactors in a first phase, taking into account different conditions in the different reactors, and in addition to the constant properties and the given operating parameters (eg pressure, temperature, material flow through the reactors) also a measured chemical composition of the on the output side of the last reactor resulting product or a subset of the product is included in the simulation,
- In einer zweiten Phase, Simulation der chemischen Vorgänge in den Reaktoren mit variierten Betriebsparametern, wobei nebst der Durchflussmenge von Kreislaufgas (bzw. von molekularem Wasserstoff als Bestandteil des Kreislaufgases) auch die Temperaturen des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors individuell als Betriebsparameter eingestellt werden, und wobei als Resultat der Simulation eine chemische Zusammensetzung des Produkts errechnet wird. - In a second phase, simulation of the chemical processes in the reactors with varied operating parameters, wherein in addition to the flow rate of recycle gas (or of molecular hydrogen as part of the recycle gas) and the temperatures of the working gas at the input of each reactor are set individually as operating parameters, and as a result of the simulation, a chemical composition of the product is calculated.
Aus dem Resultaten der zweiten Phase wird ein Satz von optimierten Betriebsparametern ermittelt, insbesondere indem manuell oder automatisiert anhand vorgegebener Kriterien die errechneten chemischen Zusammensetzungen im Hinblick auf eine konkrete Zielsetzung verglichen werden und diejenigen Betriebsparameter ausgewählt werden, welche im Hinblick auf die Zielsetzung die besten Resultate bringen. Die erfmdungsgemässe Verwendung der Reaktor-Eingangstemperaturen als Stellgrössen unabhängig voneinander erweist sich als besonders vorteilhaft für die Optimierung. Sie ermöglicht einen konkret auf die Reaktionskinetik im jeweiligen Reaktor angepassten Betrieb, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass sich die Zusammensetzung des Arbeitsgases von Reaktor zu Reaktor unterscheidet. From the results of the second phase, a set of optimized operating parameters is determined, in particular by manually or automatically using predetermined criteria, the calculated chemical compositions are compared in terms of a specific objective and those operating parameters are selected, which bring the best results in terms of the objective , The erfmdungsgemäße use of the reactor inlet temperatures as control variables independently proves to be particularly advantageous for the optimization. It allows a concrete operation adapted to the reaction kinetics in the respective reactor, taking into account the fact that the composition of the working gas differs from reactor to reactor.
Ein weiterer Betriebsparameter ist der Druck. In Ausführungsformen, sofern die Anlage entsprechend ausgerüstet ist (bspw. indem pro Reaktor ein Kompressor zur Verfügung steht), wird auch der Druck individuell, pro Reaktor verschieden, als Betriebsparameter eingestellt. Diese Möglichkeit ergibt sich insbesondere bei Festbettreaktoren aber auch bei CCR- Anlagen mit Seite-an- Seite- Anordnung der Reaktoren. Another operating parameter is the pressure. In embodiments, if the plant is equipped accordingly (for example, by a compressor is available per reactor), the pressure is individually, different per reactor, set as operating parameters. This possibility arises in particular in fixed bed reactors but also in CCR systems with side-by-side arrangement of the reactors.
Das Verfahren wird insbesondere offline ausgefüliil, d.h. die erwähnten Daten (konstante Eigenschaften, Betriebsparameter, Messresultate) werden einmal erhoben, woraufhin die weiteren Schritte durchgeführt werden, ohne dass für die weiteren Schritte ein Feedback von der Anlage erforderlich ist. Obwohl online-Regelungen den Eindruck erwecken, rascher auf Veränderungen reagieren zu können und die diesbezüglichen Möglichkeiten aufgrund der zur Verfügung stehenden Rechnerleistungen gross sind, stellt sich eine offline-Lösung im vorliegenden Kontext als vorteilhaft heraus. In particular, the method is accomplished offline, i. the mentioned data (constant properties, operating parameters, measurement results) are collected once, after which the further steps are carried out without the feedback from the system being required for the further steps. Although online regulations give the impression that they can respond more quickly to changes and that the possibilities offered by the available computer services are high, an offline solution turns out to be advantageous in the present context.
Zum einen können nämlich aufgrund dieses Vorgehens hochaufgelöste gaschromatographische Analysen verwendet werden, ohne dass aufgrund von erforderlichen Geschwindigkeiten eine Vorgruppierung in grob gefasste Stoffgruppen erforderlich sein muss. In Regelungssystemen nach dem Stand der Technik müssen die Ergebnisse der Gaschromatographie im Allgemeinen innerhalb von ca. 5 Minuten zur Verfügung stehen, weshalb nur eine Berücksichtigung von sehr breit gefassten Stoffgruppen, beispielsweise von einer bloss einstelligen Anzahl von Stoffgruppen möglich ist. Es hat sich aber gezeigt, dass eine Berücksichtigung einer grösseren Anzahl von im Arbeitsgas vorhandenen Stoffgruppen - bspw. ohne Vorgruppierung, d.h. unter Berücksichtigung der vollen Messgenauigkeit des Gaschromatographen und/oder in substantieller Anzahl von insbesondere mindestens 30 Stoffen und Stoff gruppen - eine Verbesserung nicht nur der Genauigkeit bei der Beschreibung der ablaufenden Prozesse mit sich bringt, sondern auch eine Optimierung mit einer effektiven, messbare Verbesserung der Effizienz der ganzen Anlage ermöglicht. On the one hand, because of this procedure, high-resolution gas chromatographic analyzes can be used without having to pre-group into roughly grouped substances due to the required speeds. In control systems of the prior art, the results of gas chromatography generally have to be available within about 5 minutes, which is why only consideration of very broad substance groups, for example, from a single-digit number of substance groups is possible. It has been shown, however, that taking into account a larger number of substance groups present in the working gas - for example without pre-grouping, ie taking into account the full accuracy of the gas chromatograph and / or in a substantial number of in particular at least 30 substances and substance groups - an improvement not only Accuracy in describing the processes in progress, but also allowing optimization with an effective, measurable improvement in the efficiency of the whole system.
Das schliesst nicht aus, dass die gemessenen und eingespeisten Stoffe/Stoffgruppen durch das Modell in für die Simulation sinnvolle Untergruppen zusammengefasst werden können. This does not rule out that the measured and injected substances / substance groups can be summarized by the model in subgroups that are meaningful for the simulation.
Zum anderen zeigt es sich, wohl nicht zuletzt aufgrund der Grösse von üblichen Anlagen und der entsprechenden Trägheit, dass eine Offline-Lösung besser geeignet ist, einen optimalen Gleichgewichtszustand zu ermitteln als eine Regelung mit Feedback. On the other hand, not least because of the size of conventional systems and the corresponding inertia, it is apparent that an offline solution is better suited to determining an optimal state of equilibrium than a regulation with feedback.
In Ausführungsformen werden also die vorgenannten Schritte offline, ohne während der Simulationsschritte vorgenommenen und in die Rechnung erneut eingehende Messschritte vorgenommen. Ergänzend oder alternativ werden wie erwähnt die Resultate einer gaschromatographischen Analyse ohne Vorgruppierung berücksichtigt. Im Unterschied vom Stand der Technik werden also nicht direkt die Gaschromatographiedaten als Feedbacksignal zur Steuerung des Prozesses verwendet (es ist natürlich nicht ausgeschlossen, dass das zusätzlich zum erfmdungsgemässen Vorgehen geschieht), sondern indirekt, über den beschriebenen Prozess, bei dem in die Optimierung (zweite Phase) die gemessenen Daten nicht mehr direkt eingehen. Dieser weniger direkt scheinende Vorgang hat sich als vorteilhaft erwiesen. Dies weil eine genauere Berücksichtigung auch der Reaktionskinetik möglich ist und insgesamt eine genauere belastbarere Simulation des Gleichgewichtszustands resultiert. Die anpassbaren Betriebsparameter können beinhalten: In embodiments, therefore, the aforementioned steps are taken offline, without measuring steps taken during the simulation steps and entered again into the calculation. Additionally or alternatively, as mentioned, the results of a gas chromatographic analysis without pre-grouping are taken into account. In contrast to the prior art, the gas chromatography data are therefore not used directly as a feedback signal for controlling the process (it is, of course, not excluded that this happens in addition to the procedure according to the invention), but indirectly, via the described process, in which optimization (second Phase) the measured data is not more directly. This less direct-acting process has proven to be advantageous. This is because a closer consideration of the reaction kinetics is possible and overall results in a more reliable and more robust simulation of the equilibrium state. The customizable operating parameters may include:
- Die Temperatur des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors (individuell anwählbar, beispielsweise von Reaktor zu Reaktor leicht ansteigend); - The temperature of the working gas at the entrance of each reactor (individually selectable, for example, slightly increasing from reactor to reactor);
- Den Druck; gegebenenfalls unterschiedlich von Reaktor zu Reaktor, falls die Anlage das erlaubt - Die Feed- Rate (d.h. Rohbenzin-Menge pro Zeiteinheit) - The pressure; optionally different from reactor to reactor, if the system allows it - The feed rate (i.e., amount of naphtha per unit time)
- Die Fh-Gas-Menge pro Zeiteinheit. - The amount of Fh gas per unit time.
Die eigentlichen Simulationsschritte zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Reaktionskinetik mit realen, von der Anlage gewonnenen Daten und unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Katalysators berücksichtigt wird, wobei auch die Verweildauer der Gasmoleküle an der Katalysatoroberfiäche eingehen kann. Sie unterscheiden sich daher von aus dem Stand der Technik bekannten statistischen Verfahren, in welchen aufgrund von Erfahrungswerten und Daten verschiedener typenähnlicher Anlagen versucht wird, die Betriebsparameter für eine vorliegende Anlage abzuschätzen. The actual simulation steps are characterized in particular by the fact that the reaction kinetics is taken into account with real data obtained from the plant and taking into account the properties of the catalyst, whereby the residence time of the gas molecules at the catalyst surface can also be considered. They therefore differ from statistical methods known from the state of the art, in which on the basis of empirical values and data of different type-like systems it is attempted to estimate the operating parameters for a given system.
Die chemischen Vorgänge in einem Reaktor für das katalvtische Reforming sind an sich bekannt, verstanden und als solche nicht Teil der vorliegenden Erfindung, ebenso die massgebenden Formeln für die entsprechende Kinetik. Sie seien daher an dieser Stelle nicht noch einmal wiedergegeben, stattdessen wird beispielsweise auf das Lexikon der Chemie, Stichwort„Reformieren" (1998 Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, derzeit im Internet abrufbar unter http://www.spektrum.de/lexikon/chemie/reformieren/7875) oder ganz generell die Fachliteratur verwiesen. The chemical processes in a reactor for katalvtische reforming are known per se, and as such not part of the present invention, as well as the relevant formulas for the corresponding kinetics. They are therefore not reproduced again at this point, instead, for example, the lexicon of chemistry, keyword "reforming" (1998 Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, currently available on the Internet at http://www.spektrum.de/lexikon/chemie/reformieren/7875) or referenced in general the technical literature.
Auch Methoden für die Durchführung von rechnerischen Simulationen des katalytischen Reforming sind schon bekannt und als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ein Beispiel zeigt die Publikation von A. Askari et al., Petroleum & Coal 54 (1), 76-84 (2012). Die darin zitierten Referenzen 2-12 sowie Kapitel 2.1 befassen sich mit zugrundeliegenden kinetischen Modellen. Also, methods for performing computational simulations of catalytic reforming are already known and as such are not the subject of the present invention. An example is the publication by A. Askari et al., Petroleum & Coal 54 (1), 76-84 (2012). References 2-12 and Chapter 2.1 refer to underlying kinetic models.
In Ausführungsformen wird für die Simulation - in der ersten und in der zweiten Phase - das Volumen des jeweiligen Reaktors in eine Mehrzahl von koaxialen Hohlzylindervolumina unterteilt. Damit wird der insgesamt im Allgemeinen mindestens bereichsweise rotationszylindrischen Geometrie der Reaktoren sowie den Strömungsverhältnissen Rechnung getragen - die Strömung des Arbeitsgases im Reaktor ist jeweils von aussen nach innen durch den Katalysator oder eventuell umgekehrt von innen nach aussen. In embodiments, for the simulation - in the first and in the second phase - the volume of the respective reactor is divided into a plurality of coaxial hollow cylinder volumes. Thus, the generally generally at least partially rotationally cylindrical geometry of the reactors and the flow conditions is taken into account - the flow of the working gas in the reactor is in each case from the outside to the inside through the catalyst or possibly from the inside to the outside.
Für die Simulation werden die Konzentrationen von Gasmengen von Stoffen und/oder Stoffgruppen im Arbeitsgas als pro Hohlzylindervolumen konstant aber potentiell von Holzylindervolumen zu Holzylindervolumen verschieden angenommen. In jedem Hohlzylindervolumen kann es auch eine potentiell andere Temperatur geben als in den benachbarten Hohlzylindervolumina. Die chemischen Reaktionen werden auf insbesondere bspw. mindestens 30 Stoffgruppen angewandt, in welche die vorhandenen (und gemessenen) Substanzen zusammengefasst werden. In der ersten Simulations-Phase werden insbesondere Modellparameter angepasst, wobei sowohl die konstanten Eigenschaften der Reaktoren als auch die Betriebsparameter, bei welchen die Messung gemacht wurde, als Konstanten eingehen. Modellparameter können rein phänomenologisch sein (bspw. Koeffizienten, ohne spezielle physikalische Eigenschaften, in Gleichungen oder Formeln), oder sie können eine physikalische Bedeutung haben (bspw. den Durchflusswiderstand etc. charakterisieren). In Ausführungsformen sind sowohl rein phänomenologische als auch physikalische Parameter vorhanden. Zum Zweck der Anpassung der Modellparameter wird beispielsweise ausgehend von einem auf Erfahrungswerten mit anderen Anlagen basierendem Set von Modellparameter- Startwerten eine Simulation der chemischen Reaktionen durchgeführt und dann das gemäss der Reaktion resultierende Produkt mit dem effektiv durch die Messung charakterisierten Produkt verglichen. Dann werden ausgehend von den Startwerten die Modellparameter systematisch variiert um das errechnete Resultat möglichst mit den Messwerten in Übereinstimmung zu bringen. Sobald - in einem Abbruchkriterium quantitativ definiert - die Eigenschaften des Produkts gemäss Simulation genügend nahe bei den gemessenen Eigenschaften sind, wird die erste Phase beendet, und die Modellparameter, mit denen diese Übereinstimmung erreicht wurde - werden abgespeichert. Sie dienen als Konstanten in der zweiten Phase des Simulationsverfahrens, in welchem die Betriebsparameter variiert werden. For the simulation, the concentrations of gas quantities of substances and / or groups of substances in the working gas are assumed to be constant per cylinder volume, but potentially different from the volume of the wooden cylinder to the volume of the wooden cylinder. There may also be a potentially different temperature in each hollow cylinder volume than in the adjacent hollow cylinder volumes. The chemical reactions are applied in particular, for example, at least 30 groups of substances, in which the existing (and measured) substances are summarized. In the first simulation phase, in particular, model parameters are adjusted, with both the constant properties of the reactors and the operating parameters at which the measurement was taken as constants. Model parameters may be purely phenomenological (eg, coefficients, without specific physical properties, in equations or formulas), or they may have a physical meaning (eg, characterize flow resistance, etc.). In embodiments, both purely phenomenological and physical parameters are present. For the purpose of adapting the model parameters, for example, based on a set of model parameter starting values based on experience with other systems, a simulation of the chemical reactions is carried out and then the product resulting from the reaction is compared with the product effectively characterized by the measurement. Then, starting from the starting values, the model parameters are systematically varied in order to match the calculated result as far as possible with the measured values. As soon as, quantitatively defined in an abort criterion, the properties of the product according to the simulation are sufficiently close to the measured properties, the first phase is terminated and the model parameters with which this correspondence is reached are stored. They serve as constants in the second phase of the simulation process, in which the operating parameters are varied.
Es lässt sich ohne Weiteres ein Mass dafür finden, wie nah die effektiven und die errechneten Eigenschaften des Produkts einander sind. Mathematisch lassen sich bspw. die Konzentrationen der Stoffgruppen als Vektor eines mehrdimensionalen Vektorraums darstellen, und in diesem Vektorraum kann eine Metrik definiert werden, beispielsweise eine euklidische Metrik, bei Bedarf mit spezieller Gewichtung der Komponenten, wobei für die Produkteigenschaften wichtigere oder auch nur in kleinen Konzentrationen vorkommende Komponenten stärker gewichtet werden können als andere. Nach Abschluss der ersten Phase kann beispielsweise ein Computerprogramm erzeugt werden, welches das für die erste Phase verwendete Simulationsprogramm im Kern beinhaltet, welches aber die Modellparameter als nicht veränderliche Konstanten beinhaltet, wobei die Betriebsparameter veränderbar sind. Ein solches Computerprogramm ist ein anlagespezifisches Programm welches entsprechend ein anlagespezifisch angepasstes physikalisch/chemisches Modell beinhaltet. Es kann - bspw. in kompilierter und/oder verschlüsselter Form - dem Betreiber der Anlage übergeben werden. It is easy to find a measure of how close the product's actual and calculated properties are to each other. Mathematically, for example, the concentrations of the substance groups can be represented as a vector of a multidimensional vector space, and in this vector space a metric can be defined, for example a Euclidean metric, if necessary with special weighting of the components, more important for the product properties or even in small concentrations occurring components can be weighted more heavily than others. After completion of the first phase, for example, a computer program can be generated, which contains the simulation program used for the first phase in the core, but which contains the model parameters as non-variable constants, the operating parameters are changeable. Such a computer program is a plant-specific program which accordingly includes a plant-specific adapted physical / chemical model. It can be handed over to the operator of the system, for example in compiled and / or encrypted form.
In der zweiten Phase werden dann Simulationen mit variierten Betriebsparametern aber konstanten Modellparametern vorgenommen, zwecks Prozessoptimierung. Dabei besteht sowohl die Möglichkeit einer automatischen Parametersuche - d.h. das Computerprogramm, welches die zweite Phase des Verfahrens ausführt, variiert durch einen entsprechenden Algorithmus gesteuert systematisch die Betriebsparameter - oder es kann auch eine manuelle Anpassung der Parameter durch den Benutzer erfolgen, wobei auch dann die eigentliche Simulation mit den vom Benutzer gewählten Betriebsparametern selbstverständlich mit technischen Hilfsmitteln, also durch einen Rechner erfolgt. Die Auswahl der optimierten Betriebsparameter, mit denen dann die Anlage effektiv betrieben wird, kann anhand vorgegebener Optimierungskriterien, bspw. Gewichtungen des Wertes von erreichten Optimierungen verschiedener Grössen (Oktanzahl, fh-Ausbeute, Reformat- Ausbeute, LPG-Ausbeute, Erzeugung von Aromaten, Verminderung der Katalysatorverkokung, etc.) automatisiert oder ebenfalls manuell durch den Betreiber geschehen. In the second phase, simulations with varied operating parameters but constant model parameters are carried out for the purpose of process optimization. There is both the possibility of an automatic parameter search - i. the computer program, which executes the second phase of the method, systematically controls the operating parameters by a corresponding algorithm - or it can also be a manual adjustment of the parameters by the user, then the actual simulation with the user-selected operating parameters of course with technical Tools, so done by a computer. The selection of the optimized operating parameters, with which the system is then effectively operated, can be based on predetermined optimization criteria, for example. Weightings of the value achieved by optimizations of various sizes (octane, fh yield, reformate yield, LPG yield, production of aromatics, reduction Katalysatorverkokung, etc.) automatically or manually done by the operator.
Die Rechenverfahren gemäss dem Ansatz der vorliegenden Erfindung sind notwendigerweise computergestützt durchzuführen und benötigen eine grosse Rechnerleistung. Da sie aber insbesondere offline durchführbar sind, gibt es nur sehr grosszügige Minimalanforderungen an die Rechnerleistung. Es kann ein generische modernes, leistungsfähiges Computersystem, insbesondere mit mehreren Prozessoren oder Prozessorkernen verwendet werden. The calculation methods according to the approach of the present invention are necessarily carried out computer-aided and require a large computing power. But since they are especially offline feasible, there are only very generous minimum requirements for the computer power. It can be a generic one modern, powerful computer system, especially with multiple processors or processor cores used.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm zum Durchführen des hier beschriebenen Verfahrens. The present invention also relates to a computer program for carrying out the method described here.
Weiter betrifft sie auch ein anlagespezifisches Computerprogramm, welches die Resultate der ersten Phase als feste, nicht mehr anzupassende Parameter enthält und in welchem die Betriebsparameter automatisiert oder manuell einstellbar sind, um die zweite Phase der Simulation vorzunehmen. Insbesondere kann das anlagespezifische Computerprogramm die Parameter in verschlüsselter Form enthalten. Furthermore, it also relates to an installation-specific computer program which contains the results of the first phase as fixed, no longer adaptable parameters and in which the operating parameters are automated or manually adjustable to perform the second phase of the simulation. In particular, the system-specific computer program may contain the parameters in encrypted form.
Sowohl das Computerprogramm zum Durchführen des ganzen Optimierungsverfahrens als auch das anlagespezifische Computerprogramm können nach jedem Aspekt und für jede Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung ausgerüstet sein, d.h. alle in diesem Text gemachten, sich auf das Verfahren beziehenden Ausführungen sind auch auf die Computerprogramme anwendbar. Both the computer program for carrying out the entire optimization process and the plant-specific computer program may be equipped in any aspect and for any embodiment of the invention described herein, i. All statements made in this text and relating to the method are also applicable to the computer programs.
Die Erfindung betrifft auch ein Betriebsverfahren für eine Anlage der vorstehend diskutierten Art für das katalytische Reforming, wobei verschiedene Temperaturen des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors gezielt unterschiedlich eingestellt werden, und zwar insbesondere aufgrund des Resultats von Simulationen, insbesondere nach dem in diesem Text beschriebenen Optimierungsverfahren. The invention also relates to an operating method for a plant of the type discussed above for catalytic reforming, wherein different temperatures of the working gas at the entrance of each reactor are deliberately set differently, in particular due to the result of simulations, in particular according to the optimization method described in this text.
Nachfolgend werden einige Prinzipien und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittdarstellung durch einen Reaktor; Hereinafter, some principles and embodiments of the present invention will be described with reference to drawings. Show it: Fig. 1 is a schematic cross-sectional view through a reactor;
schematisch, ebenfalls in Querschnittdarstellung, die Unterteilung koaxiale Hohlzylindervolumina; schematically, also in cross-section, the subdivision coaxial hollow cylinder volumes;
Fig. 3 ein vereinfachtes Schema einer Anlage mit Festbettreaktoren; 3 is a simplified diagram of a plant with fixed bed reactors;
Fig. 4 ein noch mehr vereinfachtes Schema einer CCR- Anlage; Fig. 4 is a still more simplified schematic of a CCR system;
ein vereinfachtes Ablaufschema a simplified flowchart
Simulationsprozesses; und  Simulation process; and
ein vereinfachtes Ablaufschema der zweiten Phase Simulationsprozesses. a simplified flowchart of the second phase simulation process.
Figur 1 zeigt schematisch das Prinzip eines Reaktors 1. In einem äusseren Gefäss 2 mit einem Einlass 3 ist zwischen einer äusseren gasdurchlässigen Wand 5 und einer inneren gasdurchlässigen Wand 9 ein Volumen ausgebildet, welches mindestens teilweise mit einem Katalysator 6 gefüllt ist. Das Arbeitsgas strömt durch die äussere gasdurchlässige Wand 5 in dieses Volumen ein und durch die innere gasdurchlässige Wand 9 wieder aus diesem hinaus (die Strömungsrichtung wird durch die Blockpfeile 7 symbolisiert; ein Betrieb mit Strömung in die andere Richtung, von innen nach aussen, ist nicht ausgeschlossen). Auf dem Weg durch das Volumen werden im Arbeitsgas vorhandene Moleküle immer wieder auf der Oberfläche des Katalysators absorbiert und von dort wieder desorbiert. Die Verweildauer an der Katalysatoroberfläche hängt von der Temperatur ab, und die Adsorptionsrate sowie die Strömungspfade hängen von Temperatur und Druck ab; beides hat einen Einfluss auf die Reaktionskinetik. Ausserdem gehen auch die Eigenschaften - inklusive dem aktuellen Zustand; Grad der Verkokung etc. - des Katalysators in die Reaktionskinetik ein. 1 schematically shows the principle of a reactor 1. In an outer vessel 2 with an inlet 3, a volume is formed between an outer gas-permeable wall 5 and an inner gas-permeable wall 9 which is at least partially filled with a catalyst 6. The working gas flows through the outer gas-permeable wall 5 into this volume and out through the inner gas-permeable wall 9 again (the flow direction is symbolized by the block arrows 7), an operation with flow in the other direction, from inside to outside, is not locked out). On the way through the volume molecules present in the working gas are repeatedly absorbed on the surface of the catalyst and desorbed from there. The residence time at the catalyst surface depends on the temperature, and the adsorption rate as well the flow paths depend on temperature and pressure; both have an influence on the reaction kinetics. In addition, the properties go - including the current state; Degree of coking etc. of the catalyst in the reaction kinetics.
Gemäss der Erfindung wird nun wie erwähnt vorgeschlagen, anhand der an sich bekannten chemischen Reaktionen die Reaktionskinetik zu modellieren, insbesondere offline zu modellieren, und auf Basis des Modelles die beeinflussbaren Parameter„Betriebstemperatur pro Reaktor",„Druck, insbesondere pro Reaktor", „Fluss" und„Verhältnis Feed/Kreislaufgas" einzustellen. According to the invention, it is now proposed, as mentioned, to model the reaction kinetics on the basis of the known chemical reactions, in particular to model offline, and based on the model the modifiable parameters "operating temperature per reactor", "pressure, in particular per reactor", "flow "and" feed / recycle gas ratio ".
Die chemischen Reaktionen während des katalytischen Reformings lassen sich in drei Hauptgruppen unterteilen: The chemical reactions during catalytic reforming can be divided into three main groups:
a) Dehydration von Naphthenen in Aromate a) Dehydration of naphthenes in aromatics
b) Dehydration und Zyklisierung von Paraffinen in Naphthene b) Dehydration and cyclization of paraffins in naphthenes
c) Hydrocracken von Napthenen in kurze Paraffine c) hydrocracking of napthenes into short paraffins
Daraus ergibt sich ein lineares Gleichungssystem. This results in a linear system of equations.
In an sich bekannter Art lässt sich auf Basis des Massenwirkungsgesetzes die Kinetik dieser Reaktionen modellieren, abhängig vom Druck und der herrschenden Temperatur sowie von der Aktivität des Katalysators. Dabei können die Temperatur, die Konzentrationen der einzelnen Reaktionspartner im Arbeitsgas und zu einem gewissen Grad auch der Druck von der Position innerhalb des Reaktors abhängen. Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, das zu berücksichtigen, indem das mit dem Katalysator 6 gefüllte Volumen im Modell in Ring-Teilvolumina unterteilt wird, was in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Fig. 2 zeigt, wie Fig. 1 im Horizontalschnitt, schematisch die koaxialen Hohlzylindervolumina 1 1 , die bspw. jeweils eine gleich grosse Dicke haben. Auch andere Aufteilungen der Hohlzylindervolumengrössen, bspw. indem die Volumeninhalte gleich gewählt sind, woraus sich verschiedene Dicken ergeben, sind nicht ausgeschlossen. In a manner known per se, the kinetics of these reactions can be modeled on the basis of the law of mass action, depending on the pressure and the prevailing temperature as well as on the activity of the catalyst. The temperature, the concentrations of the individual reactants in the working gas and, to a certain extent, the pressure also depend on the position within the reactor. According to one aspect of the invention, it is proposed to take this into account by dividing the volume filled with the catalyst 6 in the model into ring partial volumes, which is shown schematically in FIG. Fig. 2 shows, as in Fig. 1 in horizontal section, schematically, the coaxial hollow cylinder volumes 1 1, for example, each have an equal thickness. Other divisions of the hollow cylinder volume sizes, for example. By the volume contents are chosen the same, resulting in different thicknesses are not excluded.
Die in die Modellierungen einfiiessenden Parameter - bspw. Temperatur T und Konzentrationen Ck der verschiedenen Stoffe im Arbeitsgas - und allenfalls auch der Druck P können sich jeweils von Hohlzylindervolumen zu Hohlzylindervolumen (Index i) unterscheiden. Insbesondere kann bei der gezeigten Gasflussrichtung (Fig. 1) die Temperatur von aussen nach innen abnehmen, indem die im Reaktor ablaufenden Reaktionen unter dem Strich endotherm sind. The parameters which are included in the modeling - for example temperature T and concentrations Ck of the various substances in the working gas - and possibly also the pressure P can each differ from hollow cylinder volume to hollow cylinder volume (index i). In particular, in the gas flow direction shown (FIG. 1), the temperature can decrease from the outside to the inside because the reactions taking place in the reactor are endothermic in the end.
Figur 3 zeigt eine Anlage der semi -regenerativen Art (d.h. Regeneration des Katalysators in der Anlage ist möglich, aber nur unter Abschaltung des betreffenden Reaktors). Die Anlage weist drei nacheinander geschaltete Reaktoren 1 , nämlich Festbett-Reaktoren 1.1 , 1.2, 1.3 auf. Diesen vorgeschaltet ist jeweils eine Konditionierungseinrichtung (die physisch nicht als Einheit eingerichtet sein muss und bspw. mehrere voneinander separate Elemente aufweisen kann) 21.1 , 21.2, 21.3. Eine solche weist jeweils einen geregelten Arbeitsgas-Erhitzer sowie eine Pumpvorrichtung (im Allgemeinen ein Kompressor; bei Bedarf kann auch eine Förderpumpe für noch flüssige Anteile vorhanden sein) auf. In Ausführungsformen der Anlage weist nicht jede Konditionierungseinrichtung einen Erhitzer auf, sondern bspw. nur eine davon. In Fig. 3 sind daher die Pumpsymbole der Konditionierungseinrichtungen 21.2, 21.3 für den zweiten und dritten Reaktor gestrichelt, d.h. als optional dargestellt. Figure 3 shows a plant of semi-regenerative type (ie regeneration of the catalyst in the plant is possible, but only with shutdown of the reactor in question). The plant has three successive reactors 1, namely fixed-bed reactors 1.1, 1.2, 1.3. This is preceded by a respective conditioning device (which does not have to be physically configured as a unit and, for example, may have a plurality of separate elements) 21.1, 21.2, 21.3. Such has in each case a regulated working gas heater and a pumping device (generally a compressor, if necessary, a pump for still liquid portions may be present) on. In embodiments of the system, not every conditioning device has a heater, but, for example, only one of them. In Fig. 3, therefore, the pump symbols of Conditioning devices 21.2, 21.3 dashed lines for the second and third reactor, ie shown as optional.
Das Arbeitsgas A wird eingangsseitig aus einem - bereits durch Aufheizen in den gasförmigen Zustand gebrachten oder in der ersten Konditionierungseinrichtung 21.1 noch verdampften Feed F - sowie dem Kreislaufgas K gebildet. Es wird nacheinander durch die drei Reaktoren 1.1 , 1.2, 1.3 geführt, wobei es seine Zusammensetzung ändert. Das nach dem letzten Reaktor 1.3 resultierende Reforming-Produkt P wird nach seiner Abkühlung (entsprechende Wärmetauscher und Kühler können gemäss dem Stand der Technik ausgebildet sein und sind in Fig. 3 nicht gezeichnet) einem Gasabscheider 26 zugeführt. Die nichtflüchtigen Komponenten R (Reformat) werden anschliessend weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt, die dem Stand der Technik entsprechen können und hier nicht weiter ausgeführt werden. Die resultierenden flüchtigen Komponenten G, die reich an molekularem Wasserstoff sind, werden in einem Aufteiler 27 aufgeteilt, indem so viel Gas als das Kreislaufgas K wieder eingangsseitig mit dem Feed F gemischt wird, wie für die gewünschten Prozesse nötig. Der Rest des Gases G wird abgeführt und bedürfnisgerecht verwertet. The working gas A is the input side of a - already brought by heating in the gaseous state or in the first conditioning device 21.1 still evaporated feed F - and the recycle gas K formed. It is successively passed through the three reactors 1.1, 1.2, 1.3, changing its composition. The resulting after the last reactor 1.3 reforming product P is after its cooling (corresponding heat exchangers and coolers may be formed according to the prior art and are not shown in Fig. 3) a gas separator 26 is supplied. The non-volatile components R (reformate) are then fed to further processing steps which may correspond to the prior art and are not further elaborated here. The resulting volatile components G, which are rich in molecular hydrogen, are split in a splitter 27 by mixing as much gas as the recycle gas K is again mixed upstream with the feed F as necessary for the desired processes. The rest of the gas G is discharged and recycled as needed.
Eine Steuereinrichtung 24 steuert die Konditionierungseinrichtungen 21,1 , 21.2, 21.3 an, wobei in an sich bekannter Art jeweils ein Regelkreis vorhanden sein kann, indem die Konditionierungseinrichtungen über eine Temperatur- und/oder Druck- und/oder Durchflussmessung verfügen und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die entsprechenden Vorrichtungen der Konditionierungseinrichtung so einzustellen und bei Bedarf nachzujustieren. dass eine vorgegebene entsprechende Grösse (Temperatur/Druck/Durchfluss etc.) erreicht wird. In ihrem Aufbau kann die Anlage als Ganze analog zu bereits bekannten gattungsgemässen Anlagen aufgebaut sein. Sie unterscheidet sich vom Stand der Technik aber insbesondere mindestens dadurch, wie die Steuereinrichtung 24 eingerichtet ist. A control device 24 controls the conditioning devices 21,1, 21.2, 21.3, wherein a control circuit can be present in a manner known per se, in that the conditioning devices have a temperature and / or pressure and / or flow measurement and the control device is set up to adjust the corresponding devices of the conditioning device so and readjust if necessary. that a predetermined appropriate size (temperature / pressure / flow, etc.) is achieved. In its structure, the system can be constructed as a whole analogous to already known generic systems. It differs from the prior art but in particular at least as the control device 24 is set up.
Ausgangsseitig des letzten Reaktors (unmittelbar an den letzten Reaktor anschliessend oder auch später, vor oder auch nach dem Gasabscheider 26) ist ein Gaschromatograph 31 vorhanden, dessen Output 32 in die Betriebsdaten einfliesst, welche in der nachstehend beschriebenen Art für die Steuerung der Anlage verwendet werden. Der gemäss dem hier beschriebenen Vorgehen nur indirekte Einfluss der Messdaten M auf die Steuereinrichtung 24 wird in Fig. 3 durch die Box 33 dargestellt. On the output side of the last reactor (directly to the last reactor or later, before or after the gas separator 26), a gas chromatograph 31 is present, the output 32 flows into the operating data, which are used in the manner described below for the control of the system , The indirect influence of the measured data M on the control device 24 according to the procedure described here is represented by the box 33 in FIG. 3.
Figur 4 zeigt noch sehr schematisch (ohne Darstellung der Steuerimgseinrichtung und des Gaschromatographen) eine Variante, in welcher die Anlage als regenerative Anlage ausgebildet ist und die Reaktoren 1.1 , 1.2, 1.3 übereinander angeordnet sind, so dass der Katalysator wie durch die Blockpfeile sehr schematisch illustriert aufgrund der Schwerkraft während des Betriebs langsam durch die Reaktoren hindurch transportiert wird: nach Entnahme aus dem letzten Reaktor wird der Katalysator regeneriert; regeneriertes Katalysatormaterial wird während des Betriebs laufend dem ersten Reaktor 1.1 zugeführt. Figure 4 shows very schematically (without representation of Steuerimgseinrichtung and the gas chromatograph) a variant in which the system is designed as a regenerative system and the reactors 1.1, 1.2, 1.3 are arranged one above the other, so that the catalyst as illustrated by the block arrows very schematically is transported slowly through the reactors due to gravity during operation: after removal from the last reactor, the catalyst is regenerated; Regenerated catalyst material is continuously supplied to the first reactor 1.1 during operation.
Von der Anlage der in Figur 3 dargestellten Art unterscheidet sich eine solche Anlage insbesondere auch dadurch, dass aufgrund des Austauschs von Katalysatormaterial die Betriebsdrücke der Reaktoren nicht ganz unabhängig voneinander gesteuert werden können. Daher sind die zweite und dritte Konditionierungseinrichtung 21.2. 21.3 in Figur 4 ohne eigenständige Pumpmittel gezeichnet. Die in Figuren 3 und 4 schematisch und vereinfacht dargestellten Anlagen sind bloss als Beispiele zu verstehen. Das erfmdungsgemässe Vorgehen betrifft auch andere Anlagen, bspw. Anlagen mit mehr (oder eventuell weniger) als drei Reaktoren, regenerative Anlagen mit nebeneinander angeordneten Reaktoren (und einem dafür eingerichteten Transportsystem für den Katalysator), etc. From the plant of the type shown in Figure 3, such a system differs in particular also by the fact that due to the exchange of catalyst material, the operating pressures of the reactors can not be controlled independently of each other. Therefore, the second and third conditioning means 21.2. 21.3 drawn in Figure 4 without independent pumping means. The systems shown schematically and simplified in FIGS. 3 and 4 are to be understood as examples only. The procedure according to the invention also applies to other systems, for example systems with more (or possibly less) than three reactors, regenerative systems with reactors arranged side by side (and a transport system for the catalyst set up for this purpose), etc.
Figur 5 zeigt einen Ablauf der ersten Phase eines Prozessoptimierungsverfahrens. „St" bezeichnet den Anfang des Prozesses. In einem ersten Schritt C werden die konstanten realen Parameter der Anlage (Geometrie der Reaktoren, Füllmenge, etc.) eingelesen. Dann werden (Schritt B) die Betriebsparameter, wie sie in der Anlage vor der Prozessoptimierung verwendet werden, eingelesen; zu den Betriebsparametern gehören der Prozessdruck, die Prozesstemperatur, der Kreislaufgasfluss, etc.. Anschliessend werden die Messdaten M eingelesen, namentlich die vom Gaschromatographen erhaltenen Daten über die Zusammensetzung des Produktes P bzw. des Reformats R (siehe Fig. 3). Im Unterschied zu Steuerungssystemen gemäss dem Stand der Technik wird dabei das ganze Gaschromatogramm im Rahmen der Auflösungsgenauigkeit des Gaschromatographen berücksichtigt, d.h. es findet keine Vorgruppierung der Verbindungen dar, wie das gemäss dem Stand der Technik gemacht wird, um die nötige Analysegeschwindigkeit zur erhalten. FIG. 5 shows a sequence of the first phase of a process optimization method. "St" denotes the beginning of the process, in a first step C, the constant real parameters of the plant (geometry of the reactors, filling quantity, etc.) are read in. Then (step B) the operating parameters, as in the plant before the process optimization The operating parameters include the process pressure, the process temperature, the circulating gas flow, etc. The measured data M are then read in, namely the data on the composition of the product P or the reformate R obtained by the gas chromatograph (see FIG In contrast to control systems according to the prior art, the entire gas chromatogram is taken into account within the resolution accuracy of the gas chromatograph, ie there is no pre-grouping of the compounds, as is done according to the prior art, to obtain the necessary analysis speed.
In einem nächsten Schritt Par werden Modellparameter gewählt (Schritt Par). Die initialen Modellparameter können bspw. immer gleich gewählt sein, oder sie können vom Operator oder einer Software anhand der Daten (Konstanten, Betriebsparameter, Messwerte) grob geschätzt werden. Daraufhin findet eine Simulation S mit den Modellparametern durchgeführt, und die Abweichung der vom Modell produzierten Werte von den Messwerten wird quantifiziert (Schritt A). Entspricht die Abweichung nicht einem Abbruchkriterium (d.h. ist die Abweichung grösser als ein vorgegebener Wert; Verzweigungsstelle K), werden die Modellparameter angepasst (zurück zu Schritt Par). und es findet eine erneute Simulation statt. Dies wird so lange durchgeführt, bis die Modellparameter eine ausreichend kleine Abweichung von den realen Daten produzieren. Sobald das Abbruchkriterium erfüllt ist (K) werden die aktuellen, erfolgreichen Modellparameter abgespeichert (Sa), und die erste Phase des Prozessoptimierungsverfahrens ist abgeschlossen (Stp). In a next step Par, model parameters are selected (step Par). For example, the initial model parameters may always be the same, or they may be roughly estimated by the operator or software based on the data (constants, operating parameters, measurements). Thereupon, a simulation S with the model parameters is performed, and the deviation of the values produced by the model from the measured values is quantified (step A). If the deviation does not correspond to a termination criterion (ie if the deviation is greater than a predetermined value, branch point K), the model parameters are adjusted (back to step Par). and a new simulation takes place. This will be for so long performed until the model parameters produce a sufficiently small deviation from the real data. As soon as the abort criterion is met (K), the current, successful model parameters are stored (Sa) and the first phase of the process optimization process is completed (Stp).
Das Resultat der ersten Phase kann insbesondere in ein auf eine bestimmte Anlage zugeschnittenes Verfahren in Form einer Software umgesetzt werden, mit den abgespeicherten Modellparametern. In dieser Software können dann Betriebsparameter automatisiert oder manuell in Testreihen durch spezialisierte Anwender des erfmdungsgemässen Ansatzes oder die Anlagenbetrieber angepasst werden. The result of the first phase can be implemented, in particular, in a method tailored to a specific installation in the form of software, with the stored model parameters. In this software operating parameters can then be automated or manually adjusted in test series by specialized users of the inventive approach or the Anlagenbetrieber.
Figur 6 zeigt die zweite Phase des Prozessoptimierungsverfahrens. Zunächst werden (Schritte C, B) erneut die Konstanten und die Betriebsparameter eingelesen, wobei diese auch von der ersten Phase des Prozessoptimierungsverfahrens übernommen werden können. Ebenfalls übernommen werden die in der ersten Phase des Prozessoptimierungsverfahrens ermittelten und abgespeicherten (Schritt Sa) Modellparameter MP. Dann erfolgt eine Simulation (Schritt S), und die Resultate werden analysiert (Schritt An) im Hinblick auf die vorzunehmende Optimierung. Sofern noch Optimierungspotential erkannt wird (Verzweigungsstelle O), findet eine Modifikation der Betriebsparameter statt (ModB), woraufhin erneut simuliert wird. Dieser Vorgang wird so lange durch systematische Variation der Betriebsparameter wiederholt, bis keine nennenswertes Optimierungspotential mehr existiert. Erst dann werden die als optimiert erkannten Betreibsparameter Abgespeichert (Sa') und ausgegeben, was die zweite Phase des Prozessoptimierungsverfahrens beendet. FIG. 6 shows the second phase of the process optimization method. First, the constants and the operating parameters are read in again (steps C, B), whereby these can also be taken over by the first phase of the process optimization method. Also taken over are the model parameters MP determined and stored in the first phase of the process optimization method (step Sa). Then a simulation (step S) takes place and the results are analyzed (step An) with regard to the optimization to be carried out. If optimization potential is still detected (branch point O), a modification of the operating parameters takes place (ModB), whereupon it is simulated again. This process is repeated so long by systematic variation of the operating parameters until no appreciable optimization potential exists. Only then are the operating parameters identified as optimized stored (Sa ') and output, which terminates the second phase of the process optimization process.
Vorgaben für die Optimierung können sein: - Erhöhung der Ausbeute von Reformat Erhöhung der Oktanzahl Specifications for the optimization can be: - Increasing the yield of reformate increasing the octane number
Erhöhung der Ausbeute von molekularem Wasserstoff Erhöhung der Ausbeute von LPG - Erhöhung der Produktion von bestimmten Aromaten Increasing the yield of molecular hydrogen Increasing the yield of LPG - Increasing the production of certain aromatics
Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators (weniger Verkokung) Increasing the life of the catalyst (less coking)
Die Vorgaben betreffen jeweils den Vergleich mit dem Betrieb ohne die Prozessoptimierung. Diese Vorgaben sind teilweise im Widerstreit zueinander, und es kann von spezifischen Bedürfnissen abhängen, welche der Vorgaben vorrangig ist und bei welcher der Vorgaben allenfalls in Kauf genommen werden kann, dass sie kaum oder gar nicht umgesetzt wird. Es hat sich aber gezeigt, dass bis zu einem gewissen Grad aufgrund des Optimierungspotentials für viele Anlagen alle oder mindestens fast alle der Vorgaben umgesetzt werden können, und zwar mit Steigerungen im einstelligen Prozentzahlbereich bzw. - bei der Lebensdauer des Katalysators - höher. The specifications each relate to the comparison with the operation without the process optimization. These requirements are partly in conflict with each other, and it may depend on specific needs, which is the priority of the specifications and in which the requirements can possibly be accepted that it is hardly or not at all implemented. It has been shown, however, that to a certain extent due to the optimization potential for many systems, all or at least almost all of the specifications can be implemented, with increases in the single-digit percentage range or - in the life of the catalyst - higher.
Daraufhin wird in einem weiteren Schritt Prozessoptimierungsverfahrens die Anlage mit den angepassten Betriebsparametern betrieben. Zu diesem Zweck findet eine langsame, kontrollierte Anpassung statt. Das kann automatisiert oder vom Betriebspersonal durch Bedienung der Steuereinrichtung 24 manuell geschehen. Subsequently, in a further step process optimization process, the plant is operated with the adjusted operating parameters. For this purpose, a slow, controlled adaptation takes place. This can be automated or done manually by operating personnel by operating the control device 24.
Es besteht im Prinzip die Option, nach dem letzten Schritt des Prozessoptimierungsverfahrens das Prozessoptimierungsverfahren noch einmal beginnend mit der ersten Phase durchzuführen, um die Modellparameter mit Messungen im optimierten Zustand noch einmal anzupassen (in der ersten Phase) und mit angepassten Modellparametern noch einmal zu eruieren, ob ein weiteres Optimierungspotential besteht. Das ist jedoch im Allgemeinen gar nicht nötig, da das Modell robust ist in Bezug auf Anpassung der Betriebsparameter. In principle, there is the option, after the last step of the process optimization process, of carrying out the process optimization method once again beginning with the first phase in order to include the model parameters Adjust measurements in the optimized state once more (in the first phase) and, with adapted model parameters, determine once again whether there is any further optimization potential. However, this is generally not necessary because the model is robust in terms of adjustment of operating parameters.
Beispiel: Für eine Anlage mit drei Festbettreaktoren wurden nach dem erfmdungsgemässen Verfahren Beispielrechnungen für das optimale Regime des Prozesses des katalytischen Reiormierens durchgeführt. Nachfolgende Tabelle zeigt auszugsweise Resultate: Example: For a plant with three fixed-bed reactors, example calculations for the optimum regime of the catalytic re-forming process were carried out according to the method according to the invention. The following table shows extracts:
In dieser Tabelle bezeichnet Q (in 103 nr'/h) den Volumenverbrauch an Kreislaufgas, T' die Temperatur am Eingang des jeweiligen Reaktors, G den Feed (in m3/h); In this table, Q (in 10 3 nr '/ h) denotes the volume consumption of recycle gas, T' the temperature at the inlet of the respective reactor, G the feed (in m 3 / h);
entsprechend Q, und Ok die Oktanzahl. Durch eine Optimierung konnte die Ausbeute an Reformat im Vergleich zu einem Basisregime um 3-5% gesteigert werden, mittels der Optimierung auf Basis einer Ausbeute von 78-82%o (Basisregime) eine Ausbeute von 83.1-85.6%) erreicht wurde. corresponding to Q, and Ok the octane number. By optimization, the yield of reformate could be increased by 3-5% compared to a base regime, by means of optimization based on a yield of 78-82% o (base regime) a yield of 83.1-85.6%) was achieved.
Somit hat das bezeichnete Modell zur Mehrparameteroptimierung des katalytischen Reformierens im Vergleich zu anderen Prozessoptimierungen folgende Vorteile: Thus, the designated model for multi-parameter optimization of catalytic reforming has the following advantages over other process optimizations:
Erhöhung der Effektivität des eingesetzten Katalysators durch Nutzung technologisch bedingter Bereiche der Reaktionszone, die bisher unvollständig an den Reaktionen teilnahmen. Increasing the effectiveness of the catalyst used by using technologically related areas of the reaction zone, which previously participated incomplete in the reactions.
- Erhöhung des Produktausganges um 3-5% (bis zu 8% möglich) als auch die Verbesserung seiner Qualität durch die Gewährleistung eines gleichmässigen hydrodynamischen Wiederstandes durch den gesamten Katalysatorbereich mit gleichzeitiger Erhöhung des Verhältnisses von aktivem - Increasing the product output by 3-5% (up to 8% possible) as well as improving its quality by ensuring a uniform hydrodynamic resistance throughout the catalyst area while increasing the ratio of active
Katalysatorbereich zur Masse des Paragasgemiscb.es welches ihn durchfliesst.  Catalyst area to the mass of Paragasgemiscb.es which flows through it.
- Einflussnahme auf die Kinetik der thermochemischen Reaktionen innerhalb des Paragasgemiscb.es während des Kontaktes mit dem Katalysator durch Bestimmung und Auswahl optimaler Betriebsparameter der Reformer unit in den ausgewählten Ringvolumina. - Influence on the kinetics of the thermochemical reactions within the Paragasgemiscb.es during contact with the catalyst by determining and selecting optimal operating parameters of the reformer unit in the selected ring volumes.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Optimieren des Betriebs einer Anlage für das katalytische Reforming, welche Anlage eine Mehrzahl von einen Katalysator enthaltenden Reaktoren aufweist, die von nacheinander von einem Kohlenwasserstoffe und molekularen Wasserstoff enthaltenden Arbeitsgas durchströmt werden, wobei sich die Zusammensetzung des Arbeitsgases in den Reaktoren ändert und wobei ausgangsseitig eines letzten der Reaktoren ein Produkt resultiert, welches Verfahren folgende Schritte aufweist: A method for optimizing the operation of a catalytic reforming plant comprising a plurality of catalyst-containing reactors through which a working gas containing hydrocarbons and molecular hydrogen successively flow, wherein the composition of the working gas in the reactors changes and the downstream a product results from the last of the reactors, which method comprises the following steps:
Erfassen von spezifischen konstanten Eigenschaften und während des Betriebs vorhandenen Anfangs-Betriebsparametern der Anlage. Detecting specific constant characteristics and initial operation parameters of the plant during operation.
Rechnerische Simulation chemischer Vorgänge in den Reaktoren in einer ersten Phase, wobei unterschiedliche Verhältnisse in den verschiedenen Reaktoren berücksichtigt werden, und wobei nebst den konstanten Eigenschaften und den erfassten Anfangs-Betriebsparametern auch Resultate einer Messung der chemischen Zusammensetzung des ausgangsseitig des letzten Reaktors resultierenden Produktes oder einer Teilmenge dieses Produktes in die Simulation eingeht, Computational simulation of chemical processes in the reactors in a first phase, taking into account different ratios in the different reactors, and wherein in addition to the constant characteristics and the detected initial operating parameters and results of a measurement of the chemical composition of the output side of the last reactor resulting product or a Subset of this product goes into the simulation,
Rechnerische Simulationen der chemischen Vorgänge in den Reaktoren mit verschiedenen, variierten Betriebsparametern in einer zweiten, der ersten Phase nachfolgenden Phase, unter Berücksichtigung von Resultaten der ersten Phase, wobei als variierte Betriebsparameter nebst einer Durchflussmenge von molekularem Wasserstoff auch verschiedene Temperaturen des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors individuell eingestellt werden, und wobei als Resultat der rechnerischen Simulation eine chemische Zusammensetzung des Produkts (die abhängig ist von den Betriebsparametern) errechnet wird, Bestimmen eines Satzes von optimierten Betriebsparametern aus Resultaten der zweiten Phase. Computational simulations of the chemical processes in the reactors with different, varied operating parameters in a second phase following the first phase, taking into account results of the first phase, wherein as varied operating parameters in addition to a flow rate of molecular hydrogen and different temperatures of the working gas at the entrance of each reactor be set individually, and as a result of the computational simulation, a chemical composition of the product (which is dependent on the operating parameters) is calculated, Determining a set of optimized operating parameters from second phase results.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der zweiten Phase auch ein Arbeitsdruck in einem Reaktor als Betriebsparameter variiert wird. 2. The method of claim 1, wherein in the second phase and a working pressure in a reactor is varied as an operating parameter.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in der zweiten Phase als variierte Betriebsparameter auch verschiedene Drücke in jedem Reaktor individuell eingestellt werden. The method of claim 2, wherein in the second phase as varied operating parameters also different pressures in each reactor are set individually.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die rechnerischen Simulationen in der ersten und in der zweiten Phase offline durchgeführt werden. Method according to one of the preceding claims, wherein the computational simulations in the first and in the second phase are performed offline.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messung der chemischen Zusammensetzung eine gaschromatographische Analyse beinhaltet. 5. A method according to any one of the preceding claims, wherein the measurement of the chemical composition includes a gas chromatographic analysis.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei für die erste Phase die Resultate der gaschromatographischen Analyse ohne Vorgruppierung erfasst werden. 6. The method of claim 5, wherein for the first phase, the results of the gas chromatographic analysis are detected without pre-grouping.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für die Simulation in der ersten Phase sowohl die konstanten Eigenschaften der Reaktoren als auch die Betriebsparameter konstant gehalten werden, abhängig von Modellparametern als Resultat eine errechnete chemische Zusammensetzung des Produkts ermittelt und mit den Resultaten der Messung verglichen wird, und dass die Simulation mit jeweils systematisch variierten ModeUparametern so oft wiederholt wird, bis die Abweichung der errechneten chemischen Zusammensetzung des Produkts von den Resultaten der Messung einem Abbruchkriterium entspricht, woraufhin diejenigen Modellparameter, mit denen das Abbruchkriterium erreicht wurde, als in der zweiten Phase konstante7. The method according to any one of the preceding claims, wherein for the simulation in the first phase, both the constant properties of the reactors and the operating parameters are kept constant, depending on model parameters as a result, a calculated chemical composition of the product is determined and compared with the results of the measurement becomes, and that the simulation is repeated with systematically varied mode parameters until the deviation of the calculated chemical composition of the product from the results of the measurement corresponds to an abort criterion, whereupon those model parameters with which the abort criterion was reached are considered to be constant in the second phase
Modellparameter abgespeichert werden. Model parameters are stored.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach Abschluss der ersten Phase ein Computerprogramm erzeugt wird, welches ein Simulationsprogramm für die Simulation in der zweiten Phase enthält sowie in der ersten Phase ermittelte Modellparameter als Konstanten aufweist. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein after completion of the first phase, a computer program is generated, which contains a simulation program for the simulation in the second phase and has determined in the first phase model parameters as constants.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der zweiten Phase die Betriebsparameter systematisch variiert werden, um das Produkt nach vorgegebenen Optimierungskriterien zu optimieren. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the second phase, the operating parameters are varied systematically in order to optimize the product according to predetermined optimization criteria.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sowohl für die erste Simulation als auch für die zweite Simulation Volumina der Reaktoren in koaxiale Hohlzylindervolumina unterteilt werden, und dass für die Simulation die Konzentrationen von Gasmengen von Stoffen und/oder Stoffgruppen im Arbeitsgas pro Hohlzylindervolumen als konstant aber potentiell von Holzylindervolumen zu Holzylindervolumen verschieden angenommen werden. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein for both the first simulation and for the second simulation, volumes of the reactors are divided into coaxial hollow cylinder volumes, and that for the simulation, the concentrations of gas quantities of substances and / or groups of substances in the working gas per cylinder volume constant but potentially different from wood cylinder volume to wood cylinder volume.
1 1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage für das katalytische Reforming, welche Anlage eine Mehrzahl einen Katalysator enthaltenden Reaktoren aufweist, die von nacheinander von einem Kohlenwasserstoffe und molekularen Wasserstoff enthaltenden Arbeitsgas durchströmt werden. wobei sich die Zusammensetzung des Arbeitsgases in den Reaktoren ändert und wobei ausgangsseitig eines letzten der Reaktoren ein Produkt resultiert, wobei die Anlage zunächst konstant mit Anfangs-Betriebsparametern betrieben wird, und anschliessend das Verfahren nach einem der vorangehendenA method of operating a catalytic reforming plant comprising a plurality of catalyst-containing reactors, one after another, of hydrocarbons and molecular hydrogen flowing through the working gas containing. wherein the composition of the working gas changes in the reactors and the output side of a last of the reactors results in a product, the plant is initially operated constantly with initial operating parameters, and then the method according to one of the preceding
Ansprüche durchgeführt wird, und wobei anschliessend der Betrieb der Anlage durch Ersatz der Anfangs- Betriebsparameter durch die optimierten Betriebsparameter umgestellt wird. Claims is carried out, and then the operation of the system is replaced by replacement of the initial operating parameters by the optimized operating parameters.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 1, zum Betreiben einer Anlage für das katalytische Reforming, welche Anlage eine Mehrzahl einen Katalysator enthaltenden Reaktoren aufweist, die von nacheinander von einem Kohlenwasserstoffe und molekularen Wasserstoff enthaltenden Arbeitsgas durchströmt werden, wobei sich die Zusammensetzung des Arbeitsgases in den Reaktoren ändert und wobei ausgangsseitig eines letzten der Reaktoren ein Produkt resultiert, wobei verschiedene Temperaturen des Arbeitsgases am Eingang jedes Reaktors unterschiedlich eingestellt werden. A method, in particular according to claim 1 1, for operating a plant for catalytic reforming, which plant has a plurality of catalyst-containing reactors, which are flowed through by a success of a hydrocarbon and molecular hydrogen-containing working gas, wherein the composition of the working gas in the reactors and wherein the output side of a last of the reactors results in a product, wherein different temperatures of the working gas are set differently at the inlet of each reactor.
Computerprogramm, welches auf eine Datenverarbeitungseinrichtung oder ein System von Datenverarbeitungseinrichtungen ladbar ist und welches bei Ausführung die Datenverarbeitungseinrichtung bzw. das System von Datenverarbeitungseinrichtungen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 10 ausführen lässt. Computer program which can be loaded onto a data processing device or a system of data processing devices and which, when executed, allows the data processing device or the system of data processing devices to execute a method according to one of Claims 1-10.
14. Datenträger, enthaltend ein Computerprogramm nach Anspruch 13. Anlagespezifisches Computerprogramm zum Optimieren des Betriebs einer Anlage für das katalytische Reforming, welche Anlage eine Mehrzahl einen Katalysator enthaltenden Reaktoren aufweist, die von nacheinander von einem Kohlenwasserstoffe und molekularen Wasserstoff enthaltenden Arbeitsgas durchströmt werden, wobei sich die Zusammensetzung des Arbeitsgases in den Reaktoren ändert und wobei ausgangsseitig eines letzten der Reaktoren ein Produkt resultiert, wobei das Computerprogramm auf eine Datenverarbeitungseinrichtung oder ein System von Datenverarbeitungseinrichtungen ladbar ist und eingerichtet ist eine rechnerische Simulationen der chemischen Vorgänge in den Reaktoren mit verschiedenen, variierten Betriebsparametern durchzuführen eine chemische Zusammensetzung des Produktes zu errechnen, und wobei das Computerprogramm für die Anlage spezifisch ausgebildet ist, indem es Modellparameter enthält, die das Resultat einer rechnerischen Simulation chemischer Vorgänge in den Reaktoren sind, in welcher unterschiedliche Verhältnisse in den verschiedenen Reaktoren berücksichtigt sind, und in welche nebst konstanten Eigenschaften und erfassten Anfangs- Betriebsparametern auch Resultate einer Messung der chemischen Zusammensetzung des ausgangsseitig des letzten Reaktors resultierenden Produktes oder einer Teilmenge dieses Produktes in die Simulation eingegangen sind. 14. A data carrier containing a computer program according to claim 13. An equipment-specific computer program for optimizing the operation of a catalytic reforming plant comprising a plurality of catalyst-containing reactors through which a working gas containing hydrocarbons and molecular hydrogen successively flow, wherein the composition of the working gas in the reactors changes and the output side resulting in a product of the last of the reactors, the computer program being loadable on a data processing device or a system of data processing devices and adapted to perform a computational simulations of the chemical processes in the reactors with different, varied operating parameters to calculate a chemical composition of the product, and wherein Computer program is specifically designed for the plant by containing model parameters that are the result of a computational simulation of chemical processes in the reactor ren, in which different conditions in the various reactors are taken into account, and in which besides constant properties and detected initial operating parameters also results of a measurement of the chemical composition of the output side of the last reactor resulting product or a subset of this product have been included in the simulation.
16. Datenträger, enthaltend ein Computerprogramm nach Anspruch 15. 16. A data carrier containing a computer program according to claim 15.
EP18732131.0A 2017-06-28 2018-06-26 Operating systems for catalytic reforming Pending EP3645670A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17178519.9A EP3421574A1 (en) 2017-06-28 2017-06-28 Operation of facilities for catalytic reforming
PCT/EP2018/067161 WO2019002320A1 (en) 2017-06-28 2018-06-26 Operating systems for catalytic reforming

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3645670A1 true EP3645670A1 (en) 2020-05-06

Family

ID=59366198

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17178519.9A Withdrawn EP3421574A1 (en) 2017-06-28 2017-06-28 Operation of facilities for catalytic reforming
EP18732131.0A Pending EP3645670A1 (en) 2017-06-28 2018-06-26 Operating systems for catalytic reforming

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17178519.9A Withdrawn EP3421574A1 (en) 2017-06-28 2017-06-28 Operation of facilities for catalytic reforming

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11248178B2 (en)
EP (2) EP3421574A1 (en)
JP (1) JP2020525627A (en)
CN (1) CN110914385A (en)
EA (1) EA202090045A1 (en)
WO (1) WO2019002320A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113621406B (en) * 2020-05-08 2023-04-25 中国石油天然气集团有限公司 Method and device for determining operation process parameters of catalytic reforming device
CN112387242A (en) * 2020-11-23 2021-02-23 江苏信息职业技术学院 Energy-saving uninterrupted fluid reaction kettle

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE244353C (en)
US3621217A (en) * 1969-09-09 1971-11-16 Gulf Research Development Co Special-purpose process control computer
US3974064A (en) * 1974-10-02 1976-08-10 Universal Oil Products Company Control of hydrogen/hydrocarbon mole ratio and the control system therefor
US4228509A (en) * 1977-04-07 1980-10-14 Kennedy James P Multivariable control system for regulating process conditions and process optimizing
US4816121A (en) * 1983-10-03 1989-03-28 Keefer Bowie Gas phase chemical reactor
DD244353A1 (en) * 1985-12-18 1987-04-01 Petrolchemisches Kombinat METHOD FOR CONTROLLING REFORMING AND AROMATING PLANTS
JP2000303076A (en) * 1999-04-23 2000-10-31 Idemitsu Kosan Co Ltd Method for determining operation mode of gasoline production equipment and method for operating the equipment
JP2003303076A (en) 2002-04-09 2003-10-24 Oki Electric Ind Co Ltd Image capture preventive means and image processor
CN101163536B (en) * 2005-01-21 2011-12-07 埃克森美孚研究工程公司 Improved integration of rapid cycle pressure swing adsorption with refinery process units (hydroprocessing, hydrocracking, etc.)
US20100152900A1 (en) * 2008-10-10 2010-06-17 Exxonmobil Research And Engineering Company Optimizing refinery hydrogen gas supply, distribution and consumption in real time
US20150073188A1 (en) * 2012-03-01 2015-03-12 The Trustees Of Princeton University Processes for producing synthetic hydrocarbons from coal, biomass, and natural gas
US9682357B2 (en) * 2012-09-17 2017-06-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Catalytic plate reactors
KR20210025025A (en) * 2018-06-06 2021-03-08 넥세리스 이노베이션 홀딩스 엘엘씨 Silicon carbide-containing catalyst support material, catalyst comprising such support material, and reaction method using the catalyst

Also Published As

Publication number Publication date
CN110914385A (en) 2020-03-24
JP2020525627A (en) 2020-08-27
WO2019002320A1 (en) 2019-01-03
US20200181508A1 (en) 2020-06-11
EP3421574A1 (en) 2019-01-02
US11248178B2 (en) 2022-02-15
EA202090045A1 (en) 2020-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3645670A1 (en) Operating systems for catalytic reforming
WO2008125679A1 (en) Method and apparatus for chromatographic component separation with partial recirculation of mixture fractions
DE102012014469A1 (en) Improved trial procedure
DE102006034172B3 (en) Device for handling and analysis of multi-component mixtures, comprises two parallel reaction chambers, reaction chamber outlet side connected to high pressure separator, outlet line, and a gas collection container
DE2445124A1 (en) AUTOMATIC MASS SPECTROMETRY ANALYZER
DE102015200035A1 (en) Apparatus and method for studying naphtha reforming processes
WO2010003726A1 (en) Control system of a plant having multi-stage model optimization
WO2019086325A1 (en) Device and method for characterizing catalytic processes
DE2406317A1 (en) PROCESS FOR THE PRODUCTION OF NITROGEN FROM AIR
DE102010063701A1 (en) Method and device for using waste heat of a heat engine
EP3069201A1 (en) Method for operating a facility designed for performing at least one chemical reaction
EP1429857A1 (en) Method for controlling the process of separating mixtures containing several substances
DE102013016585A1 (en) Apparatus and method for the investigation of discontinuous product fluid streams in the reaction of educt fluid streams on solid catalysts
DE10144239A1 (en) Process for the process control of an extractive distillation plant, process control system and extractive distillation plant
DE102010050599A1 (en) Device for performing or examining chemical reactions, comprises a reaction chamber, a reactant supply at the reaction chamber input side arranged to the reaction chamber, and a restrictor arranged at the reaction chamber input side
EP2868731A1 (en) Method and control system for controlling the operation of a steam cracker
WO2012156179A1 (en) Method, managing apparatus and natural gas storage system for the automated management of a plurality of throughflow apparatuses
DE3209425C2 (en)
DE1567878A1 (en) Method and device for generating hydrogen from fuels containing hydrogen
DE102004031249A1 (en) Method for controlling rotting of organic materials, useful in production of compost, where the control values are optimized using a process prognosis, based on a multidimensional model
EP4323101A1 (en) Method for closed-loop control of the temperature in a process engineering apparatus
DE924884C (en) Process for hydroforming hydrocarbons and regenerating the catalysts used
EP0056476B1 (en) Process to increase the thermal value of a gas
DE102019135743A1 (en) Method and device for regulating a reactor
WO2023057084A1 (en) Method for operating a process system, process system, and method for converting a process system

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20191218

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230103