Введение 17
1 Обзор литературы 21
1.1 Анализ состояния многокомпонентных процессов переработки
углеводородного сырья 21
1.1.1 Многокомпонентные процессы углубленной переработки
углеводородного сырья 21
1.2 Производство зимнего и арктического дизельного топлива 24
1.2.1 Современные требования качества к маркам зимнего и арктического
дизельного топлива 24
1.2.2 Современное состояние процессов производства дизельного топлива в
России 28
1.3 Процесс каталитической депарафинизации дизельных фракций 32
1.3.1 Катализаторы процесса каталитической депарафинизации 37
1.3.2 Активность и дезактивация катализаторов каталитической
депарафинизации 39
2 Объект и методы исследования 47
2.1 Объект исследования 47
2.2 Методы исследования 50
2.2.1 Математическая модель процесса каталитической депарафинизации 50
2.2.2 Методика пересчета фракционного состава сырья и продуктов
депарафинизации в углеводородный состав 59
3 Расчеты и аналитика 63
3.1 Повышение ресурсоэффективности установки каталитической депарафинизации 63
3.2 Оценка степени дезактивации катализатора депарафинизации 66
3.3 Прогнозирование температуры в реакторе депарафинизации в
зависимости от состава сырья и активности катализатора 69
3.4 Оптимизация температурного режима в реакторе депарафинизации 71
4 Результаты проведенного исследования 74
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 76
5.1 Предпроектный анализ 76
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 76
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 78
5.1.3 Диаграмма Исикавы 80
5.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 80
5.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 82
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом 86
5.3.1 План проекта 86
5.3.2 Бюджет научного исследования 86
5.3.3 Матрица ответственности 90
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 91
5.4.1 Оценка сравнительной эффективности исследования 91
6 Социальная ответственность 95
6.1 Производственная безопасность 95
6.1.1 Анализ вредных факторов, которые может создать объект
исследования 95
6.1.2 Анализ опасных факторов, которые может создать объект
исследования 101
6.1.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов 103
6.2 Экологическая безопасность 104
6.2.1 Анализ возможного влияния объекта исследования на окружающую
среду 104
6.2.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 105
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 106
6.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 106
6.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 108
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 111
6.4.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые нормы трудового законодательства 112
Заключение 113
Список публикаций 115
Список использованных источников 120
Приложение А 132
Приложение Б 134
Приложение В 135
Приложение Г 137
Приложение Д 138
Приложение Е 140
Приложение Ж 141
Приложение К 144
Объектом исследования является промышленная установка процесса
каталитической депарафинизации дизельных фракций.
Цель работы – совершенствование математической модели
каталитической депарафинизации с учетом факторов нестационарности
процесса.
В процессе исследования проводились расчеты на математической
модели.
В результате исследования получены оптимальные режимы установки.
Научная новизна полученных результатов выражена в новой схеме
превращений углеводородов, а также учете факторов нестационарности
исследуемого процесса.
Основные конструктивные, технологические и техникоэксплуатационные характеристики: технологические условия в реакторе.
Степень внедрения: оптимальные режимы используются ООО «ПО
«Киришинефтеоргсинтез».
Область применения: объекты нефтеперерабатывающей и
нефтехимической промышленности.
Экономическая эффективность/значимость работы заключается в
сохранении ресурса катализатора и ресурсоэффективности процесса.
В будущем планируется провести углубленное изучение дезактивации
активных центров катализатора с целью поиска метода регулирования
соотношения активных центров и увеличения срока службы катализатора.11
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки
Нормативные ссылки
В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты:
1. ГОСТ 7.0.5 – 2008. Система стандартов по информации,
библиотечному и издательскому делу. Библиографическая ссылка.
2. ГОСТ 7.1 – 2003. Система стандартов по информации, библиотечному
и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое
описание.
3. ГОСТ 7.9 – 95. Система стандартов по информации, библиотечному и
издательскому делу. Реферат и аннотация.
4. ГОСТ 8.417 – 2002. Государственная система обеспечения единства
измерений. Единицы величин.
Введение
В настоящее время большое количество нефтеперерабатывающих
производств обладают технологиями углубленной переработки нефтяного
сырья, включающими в себя вторичные процессы каталитической переработки.
Такие процессы характеризуются сложным и переменным составом сырьевых
фракций; комплексностью технологических схем, предполагающих
взаимосвязь различных стадий процесса; меняющимися условиями работы
аппаратов. Более того, такие процессы предполагают обязательное наличие
реакторных устройств, в которых протекает комплекс химических реакций на
поверхности катализатора, склонного к потере своей активности со временем.
Для каталитических процессов производства компонентов дизельного
топлива или автомобильных бензинов важную роль играют понятия
«оптимизация» и «долгосрочный прогноз». Такие технологии подразумевают
решение задач ресурсо- и энергоэффективности, а именно поддержание выхода
основных продуктов на достаточно высоком уровне, затрачивая при этом
минимальное количество ресурсов. Также следует учитывать требования к
продукции, регламентированные специальной документацией. Поэтому
прогнозирование каталитического процесса в долгосрочном периоде является
достаточно сложной задачей, заключающейся в одновременном учете всех
вышеперечисленных условий. Оптимизация таких сложных систем
представляется возможной с применением метода математического
моделирования, учитывающего все параметры процесса.
Актуальной проблемой на сегодняшний день остается производство
дизельного топлива с использованием каталитических процессов и повышение
ресурсоэффективности переработки дизельных фракций широкого состава. Как
правило, состав дизельной фракции гораздо шире и сложнее бензиновых
фракций, что вызывает большие сложности при моделировании реакционных
процессов.
Одним из лучших, экономически обоснованных процессов производства
низкозастывающих компонентов дизельного топлива в настоящий момент18
является каталитическая депарафинизация дизельных фракций.
Математическое моделирование данной технологии, основанное на
термодинамических и кинетических закономерностях реакционных процессов,
взаимной связи сопряженных процессов гидроочистки, депарафинизации,
стабилизации и ректификации, изучении явления дезактивации катализатора
позволяет выработать рекомендации по поддержанию оптимального выхода
продукта с требуемыми характеристиками, а также делать долгосрочный
прогноз работы катализатора в оптимальных условиях для продления срока его
службы.
Исследованиями процесса каталитической депарафинизации
занимаются следующие коллективы: научный коллектив кафедры химической
технологии топлива и химической кибернетики Томского политехнического
университета в сотрудничестве с ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез», г.
Кириши, ОАО «ВНИПИнефть», г. Москва, ОАО «ВНИИ НП», г. Москва,
УГНТУ, г. Уфа и др.
Основную сложность в исследовании данного процесса представляет
недостаточная изученность термодинамики и кинетики протекающих реакций
ввиду сложного углеводородного состава поступающих фракций,
технологических условий, отличающихся от нормальных, дезактивации
катализатора.
Цель работы заключается в совершенствовании математической
модели процесса каталитической гидродепарафинизации дизельного топлива, с
учетом факторов нестационарности протекающих химических процессов,
включающих в себя переменный состав дизельных фракций, непостоянство
технологических режимов реактора, а также дезактивацию катализатора.
Объектом исследования является промышленная установка
каталитической депарафинизации дизельных фракций.
Предметом исследования являются кинетические и
термодинамические закономерности протекания процесса
гидродепарафинизации с учетом дезактивации катализатора, а также влияние19
технологических параметров процесса на низкотемпературные свойства и
выход продукта, работу катализатора с помощью компьютерной
моделирующей системы процесса, разработанной на основе математической
модели рассматриваемого процесса.
Анализ литературы показал, что существующие на сегодняшний день
технологии производства зимнего и арктического дизельного топлива являются
не достаточно экономически эффективными и обоснованными. Часть этих
процессов не представляет возможности полного и безостаточного вовлечения
сырья, например, смешение дизельной фракции с керосиновой, уменьшение
температуры конца кипения фракции путем экстракции некоторых соединений.
Другая часть может оказаться слишком дорогостоящей в больших масштабах
производства, например применение депрессорных присадок. Поэтому процесс
каталитической депарафинизации, основанный на селективном превращении
неразветвленных алканов в изо-соединения, имеющие более низкие значения
температур застывания, помутнения и предельной фильтруемости, становится
все более широко используемым на нефтеперерабатывающих производствах.
Преимущество этого процесса перед конкурентной ему технологией
изомеризационной депарафинизации заключается в стоимости катализатора,
составляющую большую часть расходов производства. Такой процесс
позволяет получать марки зимнего и арктического дизельного топлива,
соответствующие требованиям ГОСТ и европейский стандартов по
низкотемпературным характеристикам и содержанию серы.
Основная проблема, возникающая при эксплуатации промышленных
установок данного процесса – это сложность оптимизации технологических
параметров ввиду нестационарности процесса. Реакции протекают в
динамическом режиме в неподвижном слое бифункционального катализатора.
Катализатор, как правило, со временем теряет свою активность из-за
протекания побочных реакций, ведущих к необратимому закоксовыванию
кислотных и металлических активных центров катализатора.
Математическая модель процесса каталитической
гидродепарафинизации, разработанная на основе термодинамических и
кинетических закономерностей основных и побочных процессов, протекающих114
на поверхности катализатора, а также учитывающая факторы нестационарности
процесса, такие как дезактивация катализатора, меняющийся состав сырья
установки, варьирующиеся технологические параметры, позволяет решить
одновременно несколько задач. Во-первых, оптимизировать технологические
режимы реактора с учетом состава сырья, с возможностью получения высокого
выхода дизельного топлива (до 86%) требуемого качества, низкого выхода
углеводородных газов (1-2%), а также минимизации количества кокса,
накопленного на поверхности катализатора. Во-вторых, модель позволяет
прогнозировать технологические условия в реакторе с целью получения
оптимальных параметров, которые помогут сохранить ресурс катализатора на
максимально продолжительный срок. В-третьих, применение модели для
расчетов взаимосвязанных аппаратов системы «реактор-колонна стабилизации»
делает возможным повышение энерго- и ресурсоэффективности этой системы с
целью избежать повышенной коррозии и продлить срок службы оборудования.
Разработанная математическая модель адекватна реальному процессу,
что было доказано путем сравнения экспериментальных и расчетных по модели
данных по составам сырья, ‒ максимальная погрешность расчетов составила 5
%, что не превышает погрешности хроматографического анализа. А,
следовательно, модель применима для оптимизации процесса в интервалах
допустимых промышленных параметров (расход сырья 280-325 м3/ч,
температура 345-375 оС) и прогнозирования выхода продуктов и активности
катализатора на долгосрочный период.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
