Разработка системы моделирования технологии производства товарных бензинов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

Список сокращений и условных обозначений.

Введение.

1. Анализ современного состояния и основных направлений повышения эффективности производства автобензинов.

1.1. Современные способы совершенствования комплекса производства автобензинов и методы повышения их эффективности.

1.1.1. Основные направления совершенствования комплекса производства автобензинов.

1.1.2. Методы решения задач совершенствования комплекса производства автобензинов.

1.2. Опыт применения моделирующих систем в химии для повышения эффективности нефтехимической технологии.

1.3. Особенность моделирования химико-технологического комплекса производства автобензинов.

1.4. Постановка задачи исследования и цель работы.

2. Построение физико-химических моделей процессов изомеризации пентан-гексановой фракции и компаундирования товарных бензинов.

2.1. Выбор и обоснование механизма превращения углеводородов на платиносодержащих катализаторах.

2.2. Построение уравнений теплового и материального баланса превращения индивидуальных углеводородов на Р1;- катализаторах в процессе изомеризации.

2.3. Физико-химические основы метода компаундирования.

2.4. Компаундирование товарных бензинов.

2.5. Применение антидетонаторов в производстве бензинов.

2.6. Создание методики расчета октановых чисел бензиновых смесей.

2.6.1. Анализ методик расчета октановых чисел, основанных на покомпонентном и групповом углеводородном составе.

2.6.2. Анализ методик расчета октановых чисел бензинов по физико-химическим показателям.

2.6.3. Разработка методики расчета октановых чисел на основе взаимодействия углеводородных компонентов бензиновой фракции.

2.6.4. Расчет октановых чисел бензиновых фракций.

2.6.5. Расчет влияния высокооктановых добавок и присадок на повышение октанового числа бензиновой фракции.

3. Экспериментальная проверка разработанной физико-химической модели процесса изомеризации и методики расчета октановых чисел.

4. Практическое использование разработанных методик для повышения эффективности производства высокооктановых бензинов.

4.1. Построение компьютерной системы для моделирования процессов производства автомобильных бензинов, объединяющей производственную и технологическую стадию.

4.2. Совершенствование технологических схем производства бензинов.

4.3. Оптимальное распределение технологических потоков при производстве бензинов.

4.4. Повышение технико-экономических показателей производства высокооктановых бензинов.

Выводы.

Автомобильный транспорт является основным потребителем нефтяных топлив и, по всей вероятности, это положение в ближайшее время не изменится. Около 25% нефти, добываемой в мире, превращается в бензин, являющийся основным видом топлива для автомобильного транспорта [1].

Развитие производства бензинов сегодня связано с улучшением его детонационной стойкости, оцениваемой октановым числом [2].

Для повышения эффективности производства бензинов необходимо решение следующих основных задач: выбор эффективного катализатора риформинга, отвечающего не только современным требованиям по параметрам работы, но и соответствующий условиям и особенностям реального производства; повышение качества продукта за счет увеличения селективности и стабильности катализатора риформинга при эксплуатации, за счет совершенствования технологических режимов работы установок; введение в эксплуатацию новых процессов, направленных на улучшение показателей бензиновой фракции; совершенствование компонентного состава производимого бензина, отвечающего современным экологическим требованиям.

Для решения этих задач традиционно использовались экспериментальные методы. Однако межрегенерационный цикл катализатора длится 0,5 - 1,5 лет, поэтому на отработку оптимального режима уходит много времени, за которое появляется новая модификация катализатора.

Компьютерные методы исследования основаны на обобщении опыта действующих промышленных установок и создании прогнозирующих систем. Естественно, что наибольшей надежностью обладают модели, 5 выведенные на основе механизма и кинетики превращения углеводородов на поверхности катализатора. На практике, к сожалению, очень часто используются формализованные математические модели, выполненные на основе статистической обработки фактической информации, которые не могут быть применены для прогнозирования промышленного процесса в динамике.

В настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности как никогда сильны тенденции сокращения производственных издержек. В большинстве случаев многие проблемы, возникающие при эксплуатации и проектировании химико-технологических систем, можно решить, используя достижения компьютерной технологии в области моделирования, опирающиеся на проверенные опытом научные концепции.

Высокий динамизм современного рынка привел к расширению требований к функциям и задачам, выполняемым компьютерными системами в нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях, которые предполагают: своевременное предоставление в удобном виде информации, необходимой для принятия правильных решений и эффективного выполнения основных видов деятельности; гибкость и адаптируемость к изменению условий работы установок.

выводы

1) Обоснована схема превращения углеводородов на платиносодержащих катализаторах в процессе изомеризации. Определены кинетические параметры для основных типов катализаторов в процессе изомеризации путем решения обратной кинетической задачи.

2) Разработана методика расчета октановых чисел по моторному и исследовательскому методам, учитывающая интенсивность межмолекулярного взаимодействия углеводородов в смеси. Методика апробирована на ряде нефтеперерабатывающих заводов (Ачинском, Омском, Ангарском НПЗ). Средняя ошибка предложенной методики составляет менее 0,5 пункта октанового числа по моторному и исследовательскому методу.

3) Впервые выполнено комплексное моделирование технологической и производственной стадий получения товарных бензинов с использованием разработанной компьютерной системы, что позволило перейти к решению следующих задач: анализу предлагаемых к реализации вариантов строительства установки изомеризации фирм «ЮОП» и «Зюд-Хеми». На примере Ачинского НПЗ показано, что для всех видов сырья технология низкотемпературной изомеризации фирмы «ЮОП» дает больший выход изокомпонентов; моделированию смешения бензиновых потоков для оптимальной компоновки товарных бензинов. Использование системы позволило сбалансировать комплексный состав товарных бензинов;

1. Усакова H.A., Емельянов В.Е., Демина J1.B. Тенденции в области производства автомобильных бензинов // Химия и технология топлива и масел — 1999. — № 1 . — С. 32-38.

2. Данилов A.M. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топ-лив. — М.: Химия, 1996. — 232 с.

3. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти.-М.: Химия, 1976.-312 с.

4. Сулимов А.Д. Каталитический риформинг бензинов. М.: Химия, 1973. -303 с.

5. Гуляев В.А., Ластовкин Г.А., Ротнер Е.М. и др. Промышленные установки каталитического риформинга. — Л: Химия, 1984. 232 с.

6. Маслянский Г.Н., Шапиро Р.Н. Каталитический риформинг бензинов. -Л.:: Химия, 1985.-224 с.

7. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Химия, 1985.-448 с.

8. Кравцов A.B., Новиков A.A. Компьютерный анализ технологических процессов. Новосибирск: Наука. Сиб. Предприятие РАН, 1998. - 216 с.

9. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. М.: Химия, 1995. - 346 с.

10. Ю.Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств//М., Высшая школа, 1991. с.400.

11. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Перов В.Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Химия, 1979.-314 с.

12. Кравцов A.B., Иванчина Э.Д. Интеллектуальные системы в химической технологии инженерном образовании: Нефтехимические процессы на Pt -катализаторах. -Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. -200 с.

13. B.C. McGreavy, M.L. Lu, X.Z. Wang and E.K.T. Kam. Characterization of the behavior and product distribution in fluid catalytic cracking using neural networks. // Chemical Engineering Science. 1994. - Vol. 49. № 24A.

14. Саутин C.H., Пунин A.E. Мир компьютеров и химическая технология. Л: Химия, 1991.-144 с.

15. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств//М., Высшая школа, 1991. с.400.

16. Кафаров В.В., Гордеев Л.С. Глебов М.Б. Моделирование разделения азеотропных смесей в мембранно-ректификационных комплексах// Теор. основы хим. технологии, 1995. -т.29, №2. с.205-212.

17. Жоров Ю.М., Гуреев A.A., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. -М.: Химия, 1981. -219 с.

18. Smith P.B. // Chem. Eng. Prog. 1959. - Vol.55, №6/ - P. 73-76.

19. Крейн Дж. и др. Труды 4-го Международного нефтяного конгресса. М: Гостоптехиздат, 1961. - Т.З. - с.34

20. Сеньков Г.М., Козлов Н.С. Промышленные катализаторы риформинга. -Минск: Наука и техника, 1986. 264 с.

21. Дженнинс Дж.Х., Стефенс Т.У. Кинетика процесса каталитического риформинга // Нефть, газ и химия за рубежом. 1990. - №11. - с. 121-126.

22. Яблонский Г.С., Быков В.И., Горбань А.Н. Кинетические модели каталитических реакций. Новосибирск: Наука, 1983, 253 с.

23. Скипин Ю.А. и др. Риформирование фракции 85-180 °С при различном распределении температур на входе в реакторы промышленных136установок. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1995. - с. 3-8. - (Сер. Нефтепереработка и нефтехимия. Вып. 3).

24. Жоров Ю.М. Изомеризация углеводородов. Химия и технология. М.: Химия, 1983.

25. Ч. Томас. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы. -М.: Химия, 1973.

26. Гейтс В., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. М., 1981.-398 с.

27. Кузнецов A.A. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Л.: Химия, 1974, 344 с.

28. Васильев А.Н., Галич П.Н. Изомеризация н-парафиновых углеводородов на цеолитсодержащих катализаторах. Химия и технология топлив и масел; 1996, №4; с. 44-50.

29. Бурсиан Н.Р. Технология изомеризации парафиновых углеводородов. Л.: Химия, 1985.32.3абрянский Е.И., Зарубин А.П. Детонационная стойкость и воспламеняемость моторных топлив. -М.: Химия, 1965. -220 с.

30. Семенов H.H. Цепные реакции. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Наука, 1986. -535 с.

31. Методика расчета октановых чисел прямогонных бензинов по данным газожидкостной хроматографии. — Киев.: ВНИИКНефтехим, 1977. 14 с.

32. Киселев Б.Д., Горелова Н.Л. Расчет октановых чисел прямогонных бензинов. // Нефтепереработка и нефтехимия, 1982. -№ 3. -с. 10-12.

33. Жоров Ю.М., Панченков Г.М. и др. Использование математического описания платформинга для разработки технологической схемы процесса. // Химия и технология топлив и масел, 1980. -№ 7. -с. 7-11.

34. Данилов A.M. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. -М.: Химия, 1996. -214 с.

35. Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. -М.: Химия, 1979. -224 е., ил.

36. Данилов A.M. Классификация присадок и добавок к топливам. // Нефтепереработка и нефтехимия, 1997. № 6. -с. 11-14.

37. Бодров А.П. Математическое описание неаддитивных показателей качества смеси нефтепродуктов.// Автоматизация и КИП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, 1975. -№3, с. 12-15.

38. Левин И. А., Попов A.A., Энглин Б А. Определение октановых чисел бензинов прямой перегонки по их физико-химическим показателям. // Нефтепереработка и нефтехимия, 1985. №5. С. 10-12.

39. Гаврилов Б.Г. Химизм предпламенных процессов в двигателях. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1970.-182 с.

40. Прокофьев К.В., Котов C.B., Федотов Ю.И. Экологически безопасные высокооктановые компоненты автомобильных бензинов. // Химия и технология топлив и масел, 1998. № 1.-е. 3-6.

41. Левин И.А. Расчет показателей качества товарных бензинов, получаемых путем смешения/ В НТС: Совершенствование систем планирования и управления в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1981. с. 142-150.

42. Карапетьянц М.Х. Методы сравнительного расчета физико-химических свойств. -М.: Наука, 1965. 402 с.

43. Овсянников Л.Ф., Плешкова O.E., Чижов В.Б. Расчет октановых чисел катализата риформинга по содержанию сульфируемых и плотности.// Нефтепереработка и нефтехимия, 1985. №8. с. 8-10.

44. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учеб. для хим-технол. спец. вузов. / Под ред. А.Г. Стромберга. 2-е изд., перераб. и доп. -М: Высш. шк., 1988. - 592 с.

45. Химия нефти /под ред. Слюняева З.И.- JI: Химия, 1984,360 с.

46. Слюняев З.И. Нефтяные дисперсные системы. М.: Химия, 1990. 224 с.

47. Осипов О. А., Минкин В. И., Горновский JI. Д. Справочник по дипольным моментам. -М.: Высшая школа, 1971. 416 с.

48. Петров A.A., Бальян Х.В., Трощенко А. Т. Органическая химия. -М.: Высшая школа, 1981. -592 с.

49. Гуреев A.A. Применение автомобильных бензинов. -М.: Химия, 1972. -368 с.

50. Несмеянов А.Н. Ферроцен и родственные соединения. Избранные труды. 1969-1979. М.: Высшая школа, 1971. - 416 с.

51. Демьяненко Е.А., Бирюков Ф.И., Карибов А.К. и др. Топливная композиция для двигателей с искровым зажиганием. // Пат. 2019559. Россия, МКИ С. 10. L 1/18. № 92001874/04, Заявл. 22.10.92. Опубл. 15.09.94. Бюл. № 17.

52. Демьяненко Е.А., Матвеев В.Д., Стаценко И.В., Твердохлебов В.П., Федоров В.А. Растворимость ферроценилдиметилкарбинола и ферроцена в бензинах различных марок и в их компонентах. // Нефтехимия, 1994. Т.34. -№ 6. с. 557-561.

53. Гуреев A.A., Коротков И.В., Левинсон Г.И., Баранова Г.Н. Применение эфиров в качестве высокооктановых компонентов бензинов. // Химия и технология топлив и масел, 1983. -№6. -с. 6-8.

54. Сарманаев P.C., Валитов Р.Б., Усманов P.M. Влияние углеводородного состава бензинов на их октановое число. // Химия и технология топлив и масел, 1980. -№ 2. -с. 31-33.

55. Белкин В.И., Волков В.В., Рудик B.C. и др. Опыт эксплуатации систем компаундирования бензинов на нефтеперерабатывающих предприятиях. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1982. -74 с.

56. Несмеянов А.Н. Ферроцен и родственные соединения. Избранные труды. 1969 1979. -М.: Наука, 1982. - 439 с.

57. Осипов О. А., Минкин В. И., Горновский J1. Д. Справочник по дипольным моментам. -М.: Высшая школа, 1971. 416 с.

58. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е перераб./ Под ред. A.A. Равделя и A.M. Понамаревой. JL: Химия, 1983. - 232 е., ил.

59. Шах А.Д., Погостин С.З., Альман П.А. Организация планирование и управление предприятием химической промышленности. М.: Высшая школа, 1982.-432 с.

60. Справочник нефтепереработчика. / под. ред. Г.А. Ластовкина. Л.: Химия, 1986.

61. Жоров Ю.М. Изомеризация углеводородов. Химия и технология. -М.: Химия, 1983.

62. Ушева Н.В., Гетманцев C.B. Моделирование кинетики изомеризации н-пентана/ метод, пособие. Томск, 1988.

63. Материалы технической конференции фирмы UOP по нефтепереработке. / 14-15 мая 1997; Москва.

64. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. и др. Перспективные технологии производства бензинов с улучшенными экологическими характеристиками.-М. 1995; 52 с.

65. Материалы семинара компании SUD-CHEMIE AG; февраль 1998.

66. Васильев А.Н.,Галич П.Н. Изомеризация н парафиновых углеводородов на цеолитсодержащих катализаторах. "Химия и технология топлив и масел"; 1996,№4;с.44 - 50.

67. Гуреев A.A., Жоров Ю.М. Производство высокооктановых бензинов; М. 1981; 224с.

68. Скипин Ю.А., Щербаков JI.B., Марышев В.Б. и др. Углубление переработки бензиновой фракции на промышленной установке риформинга // ХТТМ. 1989. - №6. - с.6.

69. Шипикин В.В., Бортов В.Ю., Толкачева И.И. Комбинированный процесс получения высокооктановых бензинов //ХТТМ. 1987. - №12. - с.З.

70. Кравцов A.B., Иванчина Э.Д., Корниенко A.B. Управление производительностью катализатора для рациональной переработки углеводородного сырья. Сборник материалов «Третьей международной конференции по химии нефти». Томск, 1997.

71. Kravtsov A.V., Ivanchina E.D., Kornienko A.V. Computer modeling for analysis of complex reaction kinetics. React. Kinet.Catal.Lett. - Vol.61. -№1. 1997.-c. 161-166.

72. Кравцов A.B., Иванчина Э.Д., Корниенко A.B., Сгибнев A.B. Информатика в химии и химической технологии: Учебное пособие. Часть2. Томск: Издательство ТГТУ, 1997. - 100 с.

73. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Корниенко А.В., Кузьменко Е.А. Информатика в химии и химической технологии: Учебное пособие. -Томск: Издательство ТПУ, 1996. 80 с.

74. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Корниенко А.В. Новые информационные технологии подготовки специалистов для нефтехимических производств. Тезисы докладов «International Conference Novosibirsk on Chemical Reactors». Новосибирск , 1996.

75. Результаты расчета октановых чисел

76. Дата Октановое число, ИМ Октановое число, ММ