Введение 9
1 Модели реакторов со стационарным слоем катализатора в ^
программном пакете COMSOL
1.1 Трехмерная модель реактора со стационарным слоем катализатора 11
1.1.1 Уравнения макромасштаба 12
1.1.2 Уравнения для микромасштаба 13
1.2 Модель реактора парового риформинга 17
1.3 Модель реактора с отложением углерода при гетерогенном
катализе 21
2 Исходные данные для модели реакционной зоны реактора гидроочистки
2.1 Построение геометрической модели реакционной зоны, ^д
параметры катализатора 29
2.2 Кинетические параметры 31
2.3 Расчет состава газосырьевой смеси 32
2.4 Расчет коэффициентов диффузии 34
2.5 Расчет линейной скорости ввода газосырьевой смеси 36
2.6 Расчет энтальпии, оценка вероятности протекания реакций 36
3 Результаты построения модели 40
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 46
/Т
4.1 Предпроектный анализ 46
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 46
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ^
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 47
4.1.3 SWOT - анализ 49
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 50
4.2 Инициализация проекта 51
4.3 Планирование управления научно - техническим проектом 53
4.3.1 План проекта 53
4.3.2 Бюджет научного исследования 54
4.3.3 Организационная структура проекта 56
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, ^ бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 57
4.4.1 Динамические методы экономической оценки инвестиций 57
4.4.2 Чистая текущая стоимость
4.4.3 Внутренняя ставка доходности
4.4.4 Индекс доходности инвестиций
4.4.5 Оценка сравнительной эффективности исследования
4.4.6 Оценка сравнительной эффективности исследования 5 Социальная ответственность
5.1 Производственная безопасность
5.1.1 Краткая характеристика установки гидроочистки дизельных и керосиновых фракций
5.1.2 Анализ вредных физико-химических факторов
5.1.3 Средства коллективной и индивидуальной защиты работающих от воздействия опасных и вредных производственных
5.2 Анализ выявленных опасных факторов
5.2.1 Механические опасности
5.2.2 Термические опасности
5.2.3 Электробезопасность
5.2.4 Пожаровзрывобезопасность
5.3 Экологическая безопасность
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях
5.5 Специальные правовые нормы трудового законодательства Заключение
Список использованных источников Приложение А
Необходимость низких концентраций серы в товарном дизельном топливе обусловлена экологическими требованиями - при сгорании сераорганические соединения образуют оксиды серы, которые при взаимодействии с атмосферной влагой образуют кислотные осадки. Также, согласно последним исследованиям [1, 2], сераорганические соединения оказывают отрицательное воздействие на смазывающую способность дизельных топлив.
Для изучения процесса обессеривания в программном пакете COMSOL, была построена модель десульфиризации тиантрена, и производных дибензотиофена. Данный программный пакет разработан специально для моделирования комплексных физико-химических процессов, в том числе и химических реакторов.
Актуальность работы: разработанная модель позволяет изучить процесс десульфуризации тиантрена и производных дибензотиофена в процессе гидроочистки.
Цель работы - построение модели процесса превращения сераорганических соединений при гидроочистке дизельной фракции в программе Comsol.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Изучение примеров построения в программном пакете COMSOL моделей реакторов со стационарным слоем катализатора;
2. Определение геометрических размеров реакционной зоны и создание ее геометрической модели;
3. Определение интерфейсов физик, используемых для построения модели;
4. Поиск или расчет необходимых для модели физико-химических
параметров: энергий активаций, предэкспоненциальных множителей,
коэффициентов диффузии веществ, параметров катализатора и пр.
Научная новизна: установлено, что при заданных параметрах модели (размерах реакционной зоны, кинетических параметрах, параметрах катализатора, коэффициентах диффузии) изученные сераорганические соединения имеют одинаковый характер зависимости распределения средних концентраций от времени по длине реактора и в гранулах. Средняя концентрация сераорганических соединений в гранулах составляет порядок 10-9 моль/м3. Максимальная концентрация исходных сераорганических соединений на выходе из реактора достигается к 40-ой секунде от начала процесса. Максимальная концентрация продуктов десульфиризации достигается примерно к 250 с. Степень превращения метилдибензотиофена составляет 44,4%, диметилдибензотиофена - 44,8 %, триметилдибензотиофена - 46,5 %, тиантрена - 44,9%.
Практическая значимость: подогнанная модель под существующий реактор при учете большего количества реакций позволит построить точный прогноз по изменению состава получаемого продукта при изменении параметров технологических параметров или состава сырья.
В результате исследования были построены трехмерные модели распределения концентраций веществ в реакционной зоне реактора гидроочистки. Для построения трехмерных моделей программный пакет Comsol позволяет использовать как изоповерхности концентраций, так и поверхности концентраций.
Концентрации сераорганических соединений быстро уменьшается при входе в реакционную зону.
Изученные сераорганические соединения имеют одинаковый характер зависимости распределения средних концентраций от времени по длине реактора и в гранулах. Средняя концентрация сераорганических соединений в гранулах составляет порядок 10-9 моль/м3.
Для водорода и сероводорода средние концентрации в слое катализатора и гранулах почти совпадают. Наблюдается небольшое запаздывание средней концентрации в гранулах от средней концентрации в слое катализатора.
Максимальная концентрация исходных сераорганических соединений на выходе из реактора достигается к 40-ой секунде от начала процесса. Максимальная концентрация продуктов десульфиризации достигается примерно к 250 с.
Степень превращения метилдибензотиофена составляет 44,4%, диметилдибензотиофена - 44,8 %, триметилдибензотиофена - 46,5 %, тиантрена - 44,9%.
