Помощь студентам в учебе
Прогнозирование работы промышленной установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами
|
Введение 15
1 Литературный обзор 17
1.1 Современные тенденции развития процесса алкилирования 18
1.1.1 Твердые кислоты 19
1.1.2 Сульфатированные оксиды 19
1.1.3 Цеолиты 20
1.1.4 Ионные жидкости 21
1.2 Технологии алкилирования 22
1.2.1 Жидкофазные катализаторы 22
1.2.1.1 Сернокислое алкилирование 23
1.2.1.2 Фтористоводородное алкилирование 28
1.2.1.3 Ионные жидкости 31
1.2.2 Твердофазные катализаторы 35
2 Характеристика объекта исследования 37
2.1 Механизм реакции алкилирования 37
2.2 Термодинамика процесса алкилирования 41
2.3 Характеристика сырья 44
3 Экспериментальная часть 46
3.1 Мониторинг работы промышленной установки алкилирования в период ее
стабильной работы 46
3.2 Анализ полученных алкилатов 55
3.3 Описание математической модели для проведения исследования 58
3.3.1 Верификация модели 63
3.3.2 Исследование влияния температуры 64
3.3.3 Влияние расхода сырья 69
3.3.4 Влияние расхода рециркулирующего изобутана 70
3.4 Прогнозирование работы промышленной установки сернокислотного
алкилирования изобутана олефинами 71
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 75
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 75
4.2 Анализ конкурентных технических решений 75
4.3 SWOT-анализ 77
4.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 81
4.5 Инициация проекта 82
4.6 Планирование управления научно-исследовательских работ 84
4.7 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 87
4.8 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 92
5 Социальная ответственность 98
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 98
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 98
5.2 Производственная безопасность 99
5.2.1 Анализ выявленных вредных факторов при разработке, изготовлении
и эксплуатации установки алкилирования 100
5.2.2 Расчет искусственного освещения 104
5.3 Экологическая безопасность 106
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 108
Заключение 110
Список литературы 112
Приложение А 117
Приложение Б 130
Приложение В 131
Приложение Г
1 Литературный обзор 17
1.1 Современные тенденции развития процесса алкилирования 18
1.1.1 Твердые кислоты 19
1.1.2 Сульфатированные оксиды 19
1.1.3 Цеолиты 20
1.1.4 Ионные жидкости 21
1.2 Технологии алкилирования 22
1.2.1 Жидкофазные катализаторы 22
1.2.1.1 Сернокислое алкилирование 23
1.2.1.2 Фтористоводородное алкилирование 28
1.2.1.3 Ионные жидкости 31
1.2.2 Твердофазные катализаторы 35
2 Характеристика объекта исследования 37
2.1 Механизм реакции алкилирования 37
2.2 Термодинамика процесса алкилирования 41
2.3 Характеристика сырья 44
3 Экспериментальная часть 46
3.1 Мониторинг работы промышленной установки алкилирования в период ее
стабильной работы 46
3.2 Анализ полученных алкилатов 55
3.3 Описание математической модели для проведения исследования 58
3.3.1 Верификация модели 63
3.3.2 Исследование влияния температуры 64
3.3.3 Влияние расхода сырья 69
3.3.4 Влияние расхода рециркулирующего изобутана 70
3.4 Прогнозирование работы промышленной установки сернокислотного
алкилирования изобутана олефинами 71
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 75
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 75
4.2 Анализ конкурентных технических решений 75
4.3 SWOT-анализ 77
4.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 81
4.5 Инициация проекта 82
4.6 Планирование управления научно-исследовательских работ 84
4.7 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 87
4.8 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 92
5 Социальная ответственность 98
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 98
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 98
5.2 Производственная безопасность 99
5.2.1 Анализ выявленных вредных факторов при разработке, изготовлении
и эксплуатации установки алкилирования 100
5.2.2 Расчет искусственного освещения 104
5.3 Экологическая безопасность 106
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 108
Заключение 110
Список литературы 112
Приложение А 117
Приложение Б 130
Приложение В 131
Приложение Г
Современные технологии алкилирования представлены широким классом различных промышленных процессов, которые, несмотря на все различия, имеют принципиальный общий механизм. Среди проблем, общих для всех процессов алкилирования (получение компонентов бензина, этилбензола, кумола, линейных алкилбензолов), можно отметить наличие сопутствующих побочных реакций, что приводит к снижению селективности процесса и ухудшению качества продукции. Реконструкция существующих заводов на современные твердые катализаторы часто экономически нецелесообразна в связи с большими затратами на реконструкцию производства [39-41]. Поэтому в настоящее время нефтехимическая и нефтеперерабатывающие заводы столкнулись с проблемой повышения эффективности производства алкилатов. Эта сложная многокритериальная задача может быть решена с помощью метода математического моделирования [38].
Свыше 35% потребляемой продукции, поставляемой от нефтегазовой промышленности, на Российском потребительском рынке приходится на долю товарных бензинов. Суровые экологические требования к топливам увеличивают спрос на бензины с высоким значением октанового числа, что, в свою очередь, увеличивает спрос на алкилат [42].
Объектом исследования является установка сернокислотного алкилирования, результатом работы которой является высокооктановое топливо, не содержащее углеводородов ароматического и нафтенового строения. Основным компонентом алкилата является высокоразветвлённый изомер С8 - 2,2,4-триметилпентан.
Для проведения исследований процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами и работы установки алкилирования использована математическая модель ТПУ, которая позволяет рассчитать выход и октановое число алкилата при различных технологических условиях процесса и переменном составе олефиновой и изобутановой фракций. Для проведения исследований необходимо выполнить следующие задачи:
1) Выполнить анализ данных промышленных и лабораторных испытаний проб сырья и продуктов установки алкилирования, технологических режимов работы основных аппаратов;
2) Выявить закономерности влияния технологических параметров процесса на качество получаемой продукции;
3) Выполнить прогнозные расчеты показателей процесса алкилирования с использованием математической модели и сделать рекомендации по повышению эффективности работы промышленной установки.
Целью работы является прогнозирование работы промышленной установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами с использованием разработанной в ТПУ математической модели.
Математическая модель процесса сернокислого алкилирования изобутана олефинами позволяет повысить эффективность управления процессом, снизить риски производства и увеличить экономические показатели
Свыше 35% потребляемой продукции, поставляемой от нефтегазовой промышленности, на Российском потребительском рынке приходится на долю товарных бензинов. Суровые экологические требования к топливам увеличивают спрос на бензины с высоким значением октанового числа, что, в свою очередь, увеличивает спрос на алкилат [42].
Объектом исследования является установка сернокислотного алкилирования, результатом работы которой является высокооктановое топливо, не содержащее углеводородов ароматического и нафтенового строения. Основным компонентом алкилата является высокоразветвлённый изомер С8 - 2,2,4-триметилпентан.
Для проведения исследований процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами и работы установки алкилирования использована математическая модель ТПУ, которая позволяет рассчитать выход и октановое число алкилата при различных технологических условиях процесса и переменном составе олефиновой и изобутановой фракций. Для проведения исследований необходимо выполнить следующие задачи:
1) Выполнить анализ данных промышленных и лабораторных испытаний проб сырья и продуктов установки алкилирования, технологических режимов работы основных аппаратов;
2) Выявить закономерности влияния технологических параметров процесса на качество получаемой продукции;
3) Выполнить прогнозные расчеты показателей процесса алкилирования с использованием математической модели и сделать рекомендации по повышению эффективности работы промышленной установки.
Целью работы является прогнозирование работы промышленной установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами с использованием разработанной в ТПУ математической модели.
Математическая модель процесса сернокислого алкилирования изобутана олефинами позволяет повысить эффективность управления процессом, снизить риски производства и увеличить экономические показатели
В данной работе было проведено прогнозирование работы промышленной установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами и подобраны технологические параметры для оптимальной работы установки, позволяющие увеличить выход готовой продукции нормированного качества.
Был проведен мониторинг технологических параметров блоков установки сернокислотного алкилирования в течение года ее бесперебойной работы с последующим анализом влияния данных параметров на качество и количество получаемого алкилата. На основе проведенного анализа были сделаны следующие выводы:
1) Чем выше соотношение расходов сырья к хладагенту, тем выше значение ОЧИ получаемого алкилата;
2) Чем выше соотношение расходов циркулирующего изобутана к сырью, тем выше значение ОЧИ получаемого алкилата.
В результате мониторинга бесперебойной работы установки алкилирования определены периоды, для которых значения ОЧИ алкилатов были максимальны или минимальны. В соответствии с выбранной датой были найдены технологические параметры установки сернокислотного алкилирования.
Было проведено исследование состава полученных алкилатов, на основе которого был сделан вывод о высокой зависимости значения ОЧИ алкилата от содержания в нем изооктанов.
Для оптимизации технологических параметров установки сернокислотного алкилирования была использована математическая модель процесса, разработанная на базе Национального исследовательского ТПУ. При проведении верификации модели погрешность между реальными значениями алкилата и вычисленными по модели составила не более 0,67 процента.
Для проведения прогнозирования были выбраны периоды работы установки с наименьшими значениями ОЧИ получившихся алкилатов. Были определены основные технологические параметры, в наибольшей степени влияющие на значение ОЧИ алкилата:
1) Расход ББФ на установку;
2) Расход циркулирующего изобутана.
Была проведена серия расчетов на математической модели с непрерывным контролем технологических параметров в нормах технологического режима. По итогам расчетов были найдены оптимальные условия работы установки с повышенным выходом алкилата нормированного качества.
Был рассчитан экономический эффект от перехода к оптимизированным по модели параметрам технологического режима. Для выбранных периодов работы установки все экономические эффекты оказались положительными и составили +87099, +76178 и +116517 руб./ч.
Был проведен мониторинг технологических параметров блоков установки сернокислотного алкилирования в течение года ее бесперебойной работы с последующим анализом влияния данных параметров на качество и количество получаемого алкилата. На основе проведенного анализа были сделаны следующие выводы:
1) Чем выше соотношение расходов сырья к хладагенту, тем выше значение ОЧИ получаемого алкилата;
2) Чем выше соотношение расходов циркулирующего изобутана к сырью, тем выше значение ОЧИ получаемого алкилата.
В результате мониторинга бесперебойной работы установки алкилирования определены периоды, для которых значения ОЧИ алкилатов были максимальны или минимальны. В соответствии с выбранной датой были найдены технологические параметры установки сернокислотного алкилирования.
Было проведено исследование состава полученных алкилатов, на основе которого был сделан вывод о высокой зависимости значения ОЧИ алкилата от содержания в нем изооктанов.
Для оптимизации технологических параметров установки сернокислотного алкилирования была использована математическая модель процесса, разработанная на базе Национального исследовательского ТПУ. При проведении верификации модели погрешность между реальными значениями алкилата и вычисленными по модели составила не более 0,67 процента.
Для проведения прогнозирования были выбраны периоды работы установки с наименьшими значениями ОЧИ получившихся алкилатов. Были определены основные технологические параметры, в наибольшей степени влияющие на значение ОЧИ алкилата:
1) Расход ББФ на установку;
2) Расход циркулирующего изобутана.
Была проведена серия расчетов на математической модели с непрерывным контролем технологических параметров в нормах технологического режима. По итогам расчетов были найдены оптимальные условия работы установки с повышенным выходом алкилата нормированного качества.
Был рассчитан экономический эффект от перехода к оптимизированным по модели параметрам технологического режима. Для выбранных периодов работы установки все экономические эффекты оказались положительными и составили +87099, +76178 и +116517 руб./ч.