Помощь студентам в учебе
Исследование кинетики превращения веществ в процессе гидроочистки дизельного топлива
|
Введение 16
1 Общая характеристика процесса гидроочистки дизельного топлива 19
1.1 Химизм процесса 21
1.2 Технологическая схема установки гидроочистки дизельного топлива 25
1.3 Катализаторы, использующиеся в процессе гидроочистки дизельных
фракций 30
1.3.1 Влияние метода приготовления катализатора на его активность 31
1.3.2 Исследование активности и свойств катализаторов гидроочистки на основе
фосфидов переходных металлов 34
1.3.3 Зависимость активности катализаторов гидроочистки дизельного топлива
от содержания углерода 36
1.3.4 Зависимость активности катализаторов гидроочистки дизельного топлива
от соотношения Со/Мо в СоМо/ Al2O3 катализаторах гидроочистки 39
1.3.5 Влияние добавления гетерополисоединений (ГРКв) типа Андерсона на
активность катализаторов гидроочистки 40
1.4 Новый подход к глубокой десульфуризации дизельного топлива 42
1.5 Стандарты, регулирующие качество дизельного топлива 44
1.6 Ограничения по содержанию серы в Российской Федерации 47
2 Объект и методы исследования 50
2.1 Характеристика объекта исследования 50
2.2 Каталитическая гидроочистка дизельного топлива 52
2.2.1 Описание технологической схемы каталитической установки для
исследования процессов в условиях повышенных давлений 52
2.2.2 Проведение процесса гидроочистки дизельного топлива 54
2.3 Физико-химические методы исследования 55
2.3.1 Определение общего содержания серы методом энергодисперсионной
рентгенофлуоресцентной спектрометрии 55
2.3.2 Разделение углеводородных продуктов гидроочистки жидкостноадсорбционной хроматографией 56
2.3.3 Анализ продуктов методом газо-жидкостной хроматографии 59
2.3.4 Определение структурно-группового состава дизельной фракции 59
2.4 Кинетическая модель процесса десульфирования дизельного топлива 60
2.4.1 Изменение содержания серы и сероорганических соединений в процессе
гидроочистки дизельного топлива 60
2.4.2 Кинетическая модель превращения сероорганических соединений 64
3. Финансовый менеджмент и ресурсоэффективность 71
3.1 Введение 71
3.2 Предпроектный анализ 71
3.2.1 Потенциальные потребители результатов исследования 71
3.2.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 72
3.2.2 SWOT-анализ 74
3.2.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 79
3.2.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования ... 80
3.3 Инициация проекта 81
3.3.1 Организационная структура проекта 82
3.3.2 Ограничения и допущения проекта 82
3.4 Планирование управления научно-техническим проектом 83
3.4.1. Иерархическая структура работ проекта 83
3.4.2. Контрольные события проекта 84
3.4.3. План проекта 85
3.6.1. Матрица ответственности 93
3.6.2 План управления коммуникациями проекта 94
3.6.3 Реестр рисков проекта 95
3.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 96
3.7.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 96
3.7.2 Оценка сравнительной эффективности исследования 102
4 Социальная ответственность 106
4.1 Введение 106
4.2 Анализ опасных и вредных факторов 107
4.2.1 Вредные вещества 107
4.2.2 Освещение 110
4.2.3 Уровень шума 111
4.2.4 Микроклимат помещений 112
4.3 Анализ опасных факторов производственной среды 113
4.3.1 Термические опасности 113
4.3.2 Электробезопасность 114
4.3.3 Пожаровзрывоопасность 115
4.4 Охрана окружающей среды 116
4.4.1 Анализ воздействия выбросов лаборатории на атмосферу 116
4.4.2 Анализ воздействия сбросов лаборатории на гидросферу 117
4.5 Защита в чрезвычайных ситуациях 117
4.6 Правовое обеспечение 120
Заключение 121
Список публикаций 123
Список используемых источников 124
Приложение А 129
Приложение Б 146
1 Общая характеристика процесса гидроочистки дизельного топлива 19
1.1 Химизм процесса 21
1.2 Технологическая схема установки гидроочистки дизельного топлива 25
1.3 Катализаторы, использующиеся в процессе гидроочистки дизельных
фракций 30
1.3.1 Влияние метода приготовления катализатора на его активность 31
1.3.2 Исследование активности и свойств катализаторов гидроочистки на основе
фосфидов переходных металлов 34
1.3.3 Зависимость активности катализаторов гидроочистки дизельного топлива
от содержания углерода 36
1.3.4 Зависимость активности катализаторов гидроочистки дизельного топлива
от соотношения Со/Мо в СоМо/ Al2O3 катализаторах гидроочистки 39
1.3.5 Влияние добавления гетерополисоединений (ГРКв) типа Андерсона на
активность катализаторов гидроочистки 40
1.4 Новый подход к глубокой десульфуризации дизельного топлива 42
1.5 Стандарты, регулирующие качество дизельного топлива 44
1.6 Ограничения по содержанию серы в Российской Федерации 47
2 Объект и методы исследования 50
2.1 Характеристика объекта исследования 50
2.2 Каталитическая гидроочистка дизельного топлива 52
2.2.1 Описание технологической схемы каталитической установки для
исследования процессов в условиях повышенных давлений 52
2.2.2 Проведение процесса гидроочистки дизельного топлива 54
2.3 Физико-химические методы исследования 55
2.3.1 Определение общего содержания серы методом энергодисперсионной
рентгенофлуоресцентной спектрометрии 55
2.3.2 Разделение углеводородных продуктов гидроочистки жидкостноадсорбционной хроматографией 56
2.3.3 Анализ продуктов методом газо-жидкостной хроматографии 59
2.3.4 Определение структурно-группового состава дизельной фракции 59
2.4 Кинетическая модель процесса десульфирования дизельного топлива 60
2.4.1 Изменение содержания серы и сероорганических соединений в процессе
гидроочистки дизельного топлива 60
2.4.2 Кинетическая модель превращения сероорганических соединений 64
3. Финансовый менеджмент и ресурсоэффективность 71
3.1 Введение 71
3.2 Предпроектный анализ 71
3.2.1 Потенциальные потребители результатов исследования 71
3.2.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 72
3.2.2 SWOT-анализ 74
3.2.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 79
3.2.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования ... 80
3.3 Инициация проекта 81
3.3.1 Организационная структура проекта 82
3.3.2 Ограничения и допущения проекта 82
3.4 Планирование управления научно-техническим проектом 83
3.4.1. Иерархическая структура работ проекта 83
3.4.2. Контрольные события проекта 84
3.4.3. План проекта 85
3.6.1. Матрица ответственности 93
3.6.2 План управления коммуникациями проекта 94
3.6.3 Реестр рисков проекта 95
3.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 96
3.7.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 96
3.7.2 Оценка сравнительной эффективности исследования 102
4 Социальная ответственность 106
4.1 Введение 106
4.2 Анализ опасных и вредных факторов 107
4.2.1 Вредные вещества 107
4.2.2 Освещение 110
4.2.3 Уровень шума 111
4.2.4 Микроклимат помещений 112
4.3 Анализ опасных факторов производственной среды 113
4.3.1 Термические опасности 113
4.3.2 Электробезопасность 114
4.3.3 Пожаровзрывоопасность 115
4.4 Охрана окружающей среды 116
4.4.1 Анализ воздействия выбросов лаборатории на атмосферу 116
4.4.2 Анализ воздействия сбросов лаборатории на гидросферу 117
4.5 Защита в чрезвычайных ситуациях 117
4.6 Правовое обеспечение 120
Заключение 121
Список публикаций 123
Список используемых источников 124
Приложение А 129
Приложение Б 146
Гидроочистка - процесс химического превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и температуре с использованием катализатора. Данный процесс в общем смысле относится к гидрогенизационным процессам в нефтехимической технологии. Нефтяные фракции подвергаются гидроочистке с целью снижения содержания сернистых соединений в нефтепродуктах, включающих товарные бензины и дизельное топливо. Побочным эффектом данного процесса является насыщение непредельных углеводородов, снижение содержания смол, кислородсодержащих соединений, а также гидрокрекинг молекул углеводородов. Гидроочистка - один из наиболее распространённых процессов нефтепереработки и применяется практически на любом нефтеперерабатывающем заводе. Основные фракции нефти, подвергаемые процессу гидроочистки, включают:
- бензиновые фракции (прямогонные фракции и фракции каталитического крекинга);
- керосиновые фракции;
- вакуумный газойль;
- дизельное топливо различных марок.
В настоящее время гидрогенизационные процессы занимают ведущее положение среди вторичных процессов переработки нефтяного сырья, что продиктовано рядом обстоятельств, куда входят:
- непрерывное увеличение в общем мировом балансе нефтепереработки сернистых и выскосернистых нефтей;
- совершенствование и ужесточение регулирующих нормативов и международных стандартов, способствующих охране природы и обеспечивающих более высокое качество товарных нефтепродуктов;
- развивающаяся тенденция использования высокоактивных и высокоселективных катализаторов в каталитических процессах нефтепереработки, что требует наличия предварительного гидрооблагораживания сырья с целью удаления каталитических ядов, одним из которых являются сернистые соединения. Такими процессами, например, являются каталитический крекинг и каталитический риформинг. В данных процессах используются высокочувствительные к ядам дорогостоящие катализаторы, включая платиновые;
- необходимость углубления переработки нефти с целью увеличения выхода полезного продукта в связи с ограниченными запасами нефти на Земле.
Гидроочистка является объектом дискуссий во многих научно-технических изданиях, связанных с химической промышленностью. Многие исследователи проявляют повышенный интерес к разработке более совершенных и дешевых методов очистки топлив от серы, например, с помощью окислительных реакций [1].
Цель данной работы: Изучение структурно группового состава дизельной фракции до и после процесса гидроочистки с целью нахождения кинетических параметров протекающих химических реакций.
Задачи исследования:
1. Проведение процесса гидроочистки дизельного топлива на промышленном катализаторе;
2. Разделение углеводородных продуктов гидроочистки жидкостно-адсорбционной хроматографией;
3. Анализ продуктов методом газо-жидкостной хроматографии;
4. Формирование схемы превращения серосодержащих соединений дизельной фракции нефти;
5. Написание кинетической модели и нахождение кинетических параметров протекающих химических реакций.
Методы исследования: При выполнении работы использовались физико-химические методы исследования, в частности, метод жидкостно-адсорбционной колоночной хроматографии (ЖАХ) и газожидкостной хроматографии
(ГЖХ). Определение серы проводили методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
Научная новизна работы: Проведен расчет констант скоростей превращения бензо- и дибензотиофеновых углеводородов на промышленном катализаторе ГКД-202, используемом на НПЗ ООО «КИНЕФ».
Практическая значимость результатов: Полученные результаты могут быть использованы для подбора температурной зависимости с целью достижения требуемой степени очистки, а также для написания математической модели реактора процесса гидроочистки на данном типе катализатора.
- бензиновые фракции (прямогонные фракции и фракции каталитического крекинга);
- керосиновые фракции;
- вакуумный газойль;
- дизельное топливо различных марок.
В настоящее время гидрогенизационные процессы занимают ведущее положение среди вторичных процессов переработки нефтяного сырья, что продиктовано рядом обстоятельств, куда входят:
- непрерывное увеличение в общем мировом балансе нефтепереработки сернистых и выскосернистых нефтей;
- совершенствование и ужесточение регулирующих нормативов и международных стандартов, способствующих охране природы и обеспечивающих более высокое качество товарных нефтепродуктов;
- развивающаяся тенденция использования высокоактивных и высокоселективных катализаторов в каталитических процессах нефтепереработки, что требует наличия предварительного гидрооблагораживания сырья с целью удаления каталитических ядов, одним из которых являются сернистые соединения. Такими процессами, например, являются каталитический крекинг и каталитический риформинг. В данных процессах используются высокочувствительные к ядам дорогостоящие катализаторы, включая платиновые;
- необходимость углубления переработки нефти с целью увеличения выхода полезного продукта в связи с ограниченными запасами нефти на Земле.
Гидроочистка является объектом дискуссий во многих научно-технических изданиях, связанных с химической промышленностью. Многие исследователи проявляют повышенный интерес к разработке более совершенных и дешевых методов очистки топлив от серы, например, с помощью окислительных реакций [1].
Цель данной работы: Изучение структурно группового состава дизельной фракции до и после процесса гидроочистки с целью нахождения кинетических параметров протекающих химических реакций.
Задачи исследования:
1. Проведение процесса гидроочистки дизельного топлива на промышленном катализаторе;
2. Разделение углеводородных продуктов гидроочистки жидкостно-адсорбционной хроматографией;
3. Анализ продуктов методом газо-жидкостной хроматографии;
4. Формирование схемы превращения серосодержащих соединений дизельной фракции нефти;
5. Написание кинетической модели и нахождение кинетических параметров протекающих химических реакций.
Методы исследования: При выполнении работы использовались физико-химические методы исследования, в частности, метод жидкостно-адсорбционной колоночной хроматографии (ЖАХ) и газожидкостной хроматографии
(ГЖХ). Определение серы проводили методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
Научная новизна работы: Проведен расчет констант скоростей превращения бензо- и дибензотиофеновых углеводородов на промышленном катализаторе ГКД-202, используемом на НПЗ ООО «КИНЕФ».
Практическая значимость результатов: Полученные результаты могут быть использованы для подбора температурной зависимости с целью достижения требуемой степени очистки, а также для написания математической модели реактора процесса гидроочистки на данном типе катализатора.
В результате проделанной работы было проведено исследование реакций десульфирования при гидроочистке дизельного топлива на промышленном катализаторе ГКД-202. Анализ продуктов гидроочистки показал, что катализатор проявляет достаточно высокую степень обессеривания катализатор ГКД-202 (93,3%). Высокая активность катализатора обусловлена наличием в нем таких компонентов как оксид кобальта и оксид натрия.
Определение группового состава исходной и гидроочищенной дизельной фракции и исследование изменения активности промышленного катализатора ГКД - 202 при изменении температуры гидрообессеривания, показали, что увеличение температуры процесса гидроочистки приводит к росту активности катализатора. Также полученные данные подтверждают, что химическая активность увеличивается в ряду: ДБТ, БТ, сульфиды. При этом с увеличением количества и размеров алкильных заместителей степень удаления сероароматических соединений снижается.
В работе описана кинетическая модель превращения сероорганических соединений, идентифицированных с помощью метода газо-жидкостной хроматографии. Модель представляет собой систему дифференциальных уравнений скоростей расходования индивидуальных сернистых соединений.
С помощью программы «HDS RKP» были рассчитаны константы скорости превращения серосодержащих соединений, значения которых подтвердили, что что наиболее реакционно способными к гидрированию из индентифициро- ванных групп серосодержащих соединений являются сульфиды, менее активно вступают в реакции гидрирования бензотиофены и дибензотиофены, причем триметилдибензотиофены, диметилбензотиофены и бензотиофены с четырьмя метильными радикалами наиболее трудно подвергаются гидрогенизации.
Полученные значения величин констант скоростей превращения индивидуальных серосодержащих соединений и их температурные зависимости могут быть использованы для прогнозирования остаточного содержания серы в очищаемом сырье на данном типе катализатора.
Определение группового состава исходной и гидроочищенной дизельной фракции и исследование изменения активности промышленного катализатора ГКД - 202 при изменении температуры гидрообессеривания, показали, что увеличение температуры процесса гидроочистки приводит к росту активности катализатора. Также полученные данные подтверждают, что химическая активность увеличивается в ряду: ДБТ, БТ, сульфиды. При этом с увеличением количества и размеров алкильных заместителей степень удаления сероароматических соединений снижается.
В работе описана кинетическая модель превращения сероорганических соединений, идентифицированных с помощью метода газо-жидкостной хроматографии. Модель представляет собой систему дифференциальных уравнений скоростей расходования индивидуальных сернистых соединений.
С помощью программы «HDS RKP» были рассчитаны константы скорости превращения серосодержащих соединений, значения которых подтвердили, что что наиболее реакционно способными к гидрированию из индентифициро- ванных групп серосодержащих соединений являются сульфиды, менее активно вступают в реакции гидрирования бензотиофены и дибензотиофены, причем триметилдибензотиофены, диметилбензотиофены и бензотиофены с четырьмя метильными радикалами наиболее трудно подвергаются гидрогенизации.
Полученные значения величин констант скоростей превращения индивидуальных серосодержащих соединений и их температурные зависимости могут быть использованы для прогнозирования остаточного содержания серы в очищаемом сырье на данном типе катализатора.