Система моделирования процессов производства бензинов на основе учета реакционной способности углеводородов сырьевых потоков и активности катализатора

• Автор: Киргина, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Оптимизация процесса производства товарных бензинов
1.1 Современное состояние рынка производства товарных бензинов
1.2 Методы расчета октановых чисел
1.2.1 Методики расчета октановых чисел, основанные на учете 12 покомпонентного и групповогоуглеводородного состава
1.2.2 Методики расчета октановых чисел бензинов на основе 15 физико-химических показателей
1.3 Постановка задачи исследования
2 Разработка комплексной моделирующей системы для оптимизации
процесса производства товарных бензинов
2.1 Блок обработки данных хроматографического анализа
2.2 Блок моделирования процесса изомеризации
2.3 Блок моделирования процесса каталитического риформинга
2.4 Блок разработки рецептур компаундирования бензинов
2.5 Порядок проведения расчетов с использованием комплексной
можделиругощей системы
3 Разработка методики расчета детонационной стойкости
индивидуальных углеводородов с применением методов квантовой химии
3.1 Разработка методики расчета октановых чисел индивидуальных
углеводородов
3.2 Расчет энтальпии молекулы с помощью компьютерной
программы Gaussian
3.3 Расчёт энергии диссоциации молекул некоторых углеводородов
бензиновой смеси
3.3.1 Расчёт значений энергии диссоциации молекул
н-парафинов
3.3.2 Расчёт значений энергии диссоциации молекул
изопарафинов
3.3.2.1 Расчёт значений энергии диссоциации для
монозамещенных изопарафинов (2-метилалканы)
3.3.2.2 Расчёт значений энергии диссоциации для
монозамещенных изопарафинов (3-метилалканы)

3.3.2.3 Расчёт значений энергии диссоциации для
дизамещенных изопарафинов
(2,2-диметилалканы)
3.3.2.4 Расчёт значений энергии диссоциации для
дизамещенных изопарафинов
(2,4-диметилалканы)
3.3.3 Расчёт значений энергии диссоциации молекул нафтенов
3.3.4 Расчёт значений энергии диссоциации молекул
ароматических углеводородов
3.3 Уравнения для определения октановых чисел индивидуальных 78 углеводородов
4 Практические результаты и внедрение
4.1 Расчет детонационных характеристик и физико-химических
свойств компонентов товарных бензинов
4.1.1 Расчет детонационных характеристик и физико-
химических свойств продуктов каталитического риформинга бензинов
4.1.2 Расчет детонационных характеристик и физико-
химических свойств продуктов изомеризации пентан-гексановой фракции
4.2 Разработка рецептур смешения бензинов с учетом изменения
состава сырья
4.2.1 Влияние состава продуктов процесса каталитического
риформинга бензинов со стационарным слоем катализатора на рецептуру смешения бензина
4.2.2 Влияние состава сырья процесса каталитического
риформинга бензинов с движущимся слоем катализатора
на рецептуру смешения бензина
4.2.3 Влияние состава сырья процесса изомеризации пентан-
гексановой фракции на рецептуру смешения бензина
4.3 Разработка рецептур смешения бензинов с учетом изменения 109 активности катализатора
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ВВЕДЕНИЕ
Объемы производства автомобильных бензинов растут с каждым годом, однако качество выпускаемых в России моторных топлив существенным образом отстает от мирового. Обеспечение рынка высококачественными моторными топливами при снижении издержек на производство является основной задачей, стоящей перед любым нефтеперерабатывающим предприятием.
Вместе с тем, процесс промышленного производства высокооктановых бензинов является сложной, многоступенчатой технологией. Оптимизировать и прогнозировать режимы работы аппаратов переработки сложных по составу углеводородных смесей возможно только на основе комплексной математической модели, учитывающей реакционную способность углеводородов широкой бензиновой фракции в процессах риформинга, изомеризации и компаундирования.
Ранее, на кафедре Химической технологии топлива и химической кибернетики Национального исследовательского Томского политехнического университета была разработана моделирующая система, позволяющая рассчитывать октановые числа бензинов на основе учета межмолекулярных взаимодействий между углеводородами бензиновой смеси, а также такие характеристики как плотность, вязкость, давление насыщенных паров, содержание бензола и ароматических углеводородов. Дальнейшие исследования показали, что для оптимизации процесса приготовления бензинов необходимо учитывать влияние состава перерабатываемого сырья и активности катализаторов, применяемых на стадиях получения бензиновых компонентов на октановое число смесевого бензина.
Детонационная стойкость, численным эквивалентом которой является октановое число, является основным эксплуатационным свойством бензинов. Существующие математические методы расчета детонационной стойкости бензинов основаны на покомпонентном и групповом углеводородном составе топливной смеси. Учитывая многокомпонентность бензинов, прогнозирование октановых чисел индивидуальных углеводородов является затруднительным.

используется в уравнении (2.1) вместо параметра Л Величина дС, / дг показывает изменение концентрации /-го компонента в процессе дезактивации катализатора по причине старения.
Данная модель учитывает дезактивацию катализатора. Активность катализатора может быть определена как отношение константы скорости в некоторый момент времени к константе скорости в начальный момент времени, когда на установку был загружен свежий катализатор:
где к]нач - константа скорости /-ой реакции в начальный момент времени; А/, - константа скорости в некоторый момент времени.
2.3 Блок моделирования процесса каталитического риформинга
Процесс каталитического риформинга бензинов с точки зрения моделирования более сложен. Если в процессе изомеризации сырьем является довольно узкая бензиновая фракция, то в процессе каталитического риформинга в качестве сырья используется фракция, состоящая из нескольких сотен углеводородов с количеством углерода в цепи от 5 до 12, при этом каждый из компонентов принимает участие в различных реакциях: дегидрирование, изомеризация, дегидроциклизация, гидрогенолиз и гидродеалкилирование [48-50].
Состав сырья и продуктов процесса каталитического риформинга, полученные с промышленной установки представлены в табл. 2.7.