Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Белинская Н.С. 1 Силко Г.Ю. 1 Иванчина Э.Д. 1 Ивашкина Е.Н. 1 Францина Е.В. 1 Фалеев С.А. 2

---

1 ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

2 ООО «КИНЕФ»

Разработана математическая модель процесса гидродепарафинизации дизельных топлив. При разработке модели был проведен термодинамический анализ химических реакций в ходе процесса, составлена схема превращений углеводородов и кинетическая модель. Путем решения обратной кинетической задачи с использованием экспериментальных данных с установки гидродепарафинизации оценены константы скорости реакций, протекающих в ходе процесса. Для расчета покомпонентного состава бензиновой фракции в модель введены относительные константы скорости образования индивидуальных веществ. Разработанная модель позволяет рассчитывать общий состав продуктов установки и покомпонентный состав стабильного бензина, что позволит применять ее для расчета и прогнозирования состава бензиновой фракции и увеличения ресурсоэффективности установки каталитического риформинга. С использованием ранее разработанной математической модели процесса каталитического риформинга бензинов проведено исследование и оценка влияния замены сырья в процессе риформинга на стабильный бензин – продукт установки гидродепарафинизации дизельных топлив. Исследование показало, что вовлечение в переработку в процессе риформинга бензина с установки гидродепарафинизации положительно сказывается на выходе и качестве получаемого катализата. При этом ресурсоэффективность установки риформинга повысится на 20 % за счет расширения сырьевого парка.

Статья в формате PDF

433 KB

гидродепарафинизация

каталитический риформинг

математическое моделирование

реакционная способность

изменение энергии Гиббса

константа скорости

1. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Костенко А.В., Шарова Е.С., Фалеев С.А. // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2008. – № 11. – С. 18–23.

2. Белинская Н.С., Силко Г.Ю., Францина Е.В., Ивашкина Е.Н., Иванчина Э.Д. // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 322. – № 3. – С. 129–133.

3. О производстве топлив европейского качества на НПЗ России / Д.М. Данилов, В.А. Хавкин, В.Е. Емельянов, Т.Н. Митусова // Бурение и нефть – 2009. – № 5. – С. 30–33.

4. Белинская Н.С., Францина Е.В. Кинетическая модель процесса депарафинизации дизельных топлив и ее компьютерная реализация // Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов X Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии». Томск, 13–16 ноября 2012 г. – Томск: Изд-ва ТПУ. – С. 69–71

5. Интеллектуализация нефтеперерабатывающих процессов с использованием компьютерных моделирующих систем / Э.Д. Иванчина, М.В. Киргина, С.А. Фалеев и др. // Известия Томского политехнического университета. – 2011 – Т. 319 – № 5 – C. 80–86

Наиболее сложными проблемами при стремлении соответствовать современным требованиям к качеству моторных топлив являются обеспечение октанового числа автомобильных бензинов и выработка малосернистых и ультрамалосернистых дизельных дистиллятов [3]. Одной из современных технологий производства высококачественных малосернистых дизельных топлив является технология, реализованная на установке гидродепарафинизации дизельных фракций. Установка гидродепарафинизации позволяет вовлекать в переработку дизельных фракций атмосферный газойль за счет облегчения его углеводородного состава и депарафинизации, а также облагораживать бензин висбрекинга [4]. Получаемая на установке гидродепарафинизации бензиновая фракция имеет высокое содержание и-алканов, но обладает низким октановым числом. Для повышения октанового числа этой фракции возможно вовлечение ее в переработку на установке риформинга, что позволит повысить качество бензина и эффективность процесса риформинга путем расширения сырьевого парка.

Целью данной работы является разработка математической модели процесса гидродепарафинизации для оптимизации и прогнозирования состава получаемой в данном процессе бензиновой фракции и оценка целесообразности использования стабильного бензина с установки гидродепарафинизации дизельных топлив как сырья на установке каталитического риформинга.

Материал и методы исследования

Схема основных потоков установки гидродепарафинизации смеси атмосферного газойля и бензина висбрекинга Л-24-10/2000 показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема основных потоков установки Л-24-10/2000

На рис. 3: Р-1 и Р-2 – реакторы гидроочистки, Р-3 – реактор гидродепарафинизации.

Суть процесса заключается в гидрировании сернистых, азот- и кислородсодержащих соединений, полиароматических углеводородов и гидродепарафинизации углеводородов С10 + с целью улучшения низкотемпературных свойств продуктов.

Глубокое обессеривание и депарафинизация сырья обеспечивается при повышенном давлении (9,0 МПа) и за счет применения современных катализаторов фирм Axens и Sud-Chemie [4]. Основные параметры технологического режима представлены в табл. 1.

Первоначальным этапом разработки математической модели сложного многокомпонентного процесса нефтепереработки является анализ химических превращений углеводородов в реакторах. Далее проводится термодинамический анализ данных превращений с целью выявления термодинамической вероятности протекания реакций в условиях технологического процесса. По результатам термодинамического анализа составляется формализованная схема превращений углеводородов в ходе процесса и на ее основе кинетическая модель процесса. Результаты реализации указанных этапов математического моделирования процесса гидродепарафинизации дизельных топлив представлены в источнике [2].

С использованием разработанной кинетической модели процесса гидродепарафинизации дизельных топлив путем решения обратной кинетической задачи были определены константы скорости химических реакций процесса гидродепарафинизации. Исходные данные для расчетов представлены в табл. 2.

Таблица 1

Основные параметры технологического режима процесса гидродепарафинизации

Таблица 2

Исходные данные для подбора констант скоростей

Результаты оценки констант скоростей химических реакций процесса гидродепарафинизации представлены в табл. 3.

В табл. 3 приняты следующие обозначения: kпр – константа скорости прямой реакции, kоб – константа скорости обратной реакции.

Таблица 3

Константы скоростей химических реакций процесса гидродепарафинизации

Результаты расчета на модели концентраций групп компонентов в продукте представлены в табл. 4.

Для расчета концентрации индивидуальных компонентов были введены относительные константы скорости их образования в зависимости от реакционной способности в реакциях процесса гидродепарафинизации, которая определялась изменением энергии Гиббса в соответствующих реакциях. На рис. 2, 3 показана зависимость изменения энергии Гиббса в ходе реакции гидрокрекинга н-алканов С10–С17 и констант скоростей реакций от числа атомов в молекуле н-алкана соответственно.

Таблица 4

Результаты расчета с применением математической модели процесса гидродепарафинизации

Результаты исследования и их обсуждение

Для проведения исследований влияния замены сырья на установке каталитического риформинга применялась разработанная математическая модель данного процесса [1, 6].

Исходные данные для проведения исследований с использованием математической модели процесса риформинга представлены в табл. 5.

По результатам расчета на математической модели процесса риформинга были получены следующие данные (табл. 6)

Рис. 2. Зависимость изменения энергии Гиббса в реакции гидрокрекинга от числа атомов в молекуле н-алкана

Рис. 3. Зависимость константы скорости в реакции гидрокрекингаот числа атомов в молекуле н-алкана

Таблица 5

Технологические параметры для расчета на модели

Данные, представленные в табл. 6, подтверждают, что замена сырья на установке каталитического риформинга благоприятно скажется на выработке и основных показателях качества выпускаемой продукции, а именно выход риформата составит 82,71 октанотонны; октановое число составит 97,6. При этом ресурсоэффективность установки повышается на 20 % за счет увеличения нагрузки по сырью.

Заключение

Разработанная математическая модель процесса гидродепарафинизации дизельных топлив может применяться для расчетов и прогнозирования состава получаемой бензиновой фракции и повышения ресурсоэффективности установки каталитического риформинга бензинов. Выполненные исследования показали, что вовлечение бензина с установки гидродепарафинизации в сырьевой поток установки каталитического риформинга Л-35-11/600 положительно сказывается на выходе высокооктанового катализата, а именно выход риформата составит 82,71 октанотонны; октановое число составит 97,6. При этом ресурсоэффективность установки повышается на 20 % за счет увеличения нагрузки по сырью.

Таблица 6

Результаты расчета на модели

Рецензенты:

Косинцев В.И., д.т.н., профессор-консультант кафедры общей химической технологии Института природных ресурсов, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск;

Коробочкин В.В., д.т.н., профессор, зав. кафедрой общей химической технологии Института природных ресурсов, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.

Работа поступила в редакцию 01.07.2013.

Библиографическая ссылка