Второй принципиальный недостаток изложенных моделей, не связанный с групповым подходом, — отсутствие учета закоксовыва- ния катализатора. Этот дефект существенно отражается на точности проектных расчетов и возможности априорного планирования графика регенерации катализатора. На сегодняшний день наилучший вариант кинетической модели риформинга, устраняющий указанные недостатки, — модель, основанная на представлении исходного сырья в виде смеси непрерывного состава и учитывающая дезактивацию катализатора за счет его закоксовывания.
Термин смесь непрерывного состава означает, что вещества входящие в смесь образуют по принятому отличительному параметру, например молекулярной массе (М), непрерывный ряд по содержанию, описываемому гладкой функцией, нормированной к единице, т. е. сумма всех веществ смеси принимается за единицу, а содержание вещества с данным параметром выражается в долях единицы (у). Уравнение типа у = Ф (М), связывающее эту долю с соответствующим значением избранного параметра называется дифференциальной функцией распределения, поскольку последняя имеет значения в каждом бесконечно малом участке интервала параметра.
Рассмотрим основные положения модели непрерывного состава [315, 316]. В основу модели кладется достаточно подробная кинетическая схема процесса, учитывающая как взаимные превращения углеводородов, так и образование полимерных высококипящих продуктов и твердых высокоуглеродистых отложений. При этом два последних рассматриваются как кокс. Принимается, что состав углеводородного сырья в каждом классе описывается некоторой дифференциальной функцией распределения по молекулярным массам или коррелирующей с ней величиной, например ИТК. Исследования [310], показали, что зависимость содержания углеводородов в сырье от ИТК и, следовательно, молекулярной массы, описывается Гаусовой кривой вероятности. Это значит, что доля углеводородов средней молекулярной массы максимальна и кривая симметрична. В каждом классе углеводородов для каждого типа реакций на основе экспериментальных данных и закономерностей органической химии устанавливается функциональная зависимость константы скорости реакции от молекулярной массы углеводорода. При этом принимается, что изменение молекулярной массы влияет только на энергию активации реакции, что достаточно обосновано.
Поскольку проведенные экспериментальные исследования показали, что основной фактор, вызывающий обратимую дезактивацию катализатора в ходе его эксплуатации, — коксоотложение, для каж- дой реакции устанавливается функциональная зависимость ее скорости от содержания кокса в катализаторе. Зависимость должна иметь вид уравнения, связывающего константу скорости реакции с количеством кокса. Очевидно также, что должна быть выявлена кинетика коксообразования в координате астрономического времени.
Поскольку срок эксплуатации современных катализаторов риформинга исчисляется годами, функция необратимой дезактивации катализатора во времени пока может быть определена только по статистическим данным промышленных установок и в настоящее время не вводится в математические модели.
Исходя из изложенных положений кинетическая модель процесса риформинга в самом общем виде представляется следующей системой интегродифференциальных уравнений в частных производных:
где Фi —Фj—дифференциальные функции распределения углеводородов в каждом классе по молекулярным массам М; kju—: константы скорости реакций превращения углеводородов j-го класса в углеводороды класса i по u-м реакциям, как функции от молекулярных масс; то же для расходования углеводородов i-го класса в v-x реакциях; Ск — концентрация кокса на катализаторе; kKi — константы скорости коксообразования из углеводородов i-го класса; l — координата реактора в направлении потока реагентов; t — астрономическое время.
Левая часть уравнения (8.2а) представляет собою скорость накопления (расходования) углеводородов i-ro класса по координате реактора. Рассматривая интеграл этой части как несобственный и меняя верхний предел интегрирования, можно получить интегральную функцию распределения углеводородов данного класса по молекулярным массам в любой точке реактора, а отсюда и дифференциальную функцию распределения в этой точке. Фактическая программа машинного расчета, конечно, может иметь другой порядок операций.