Научная статья на тему 'Оптимизация состава углеводородного сырья в процессе изомеризации пентан-гексановой фракции с использованием комплексной математической модели Hysys – izomer'

Оптимизация состава углеводородного сырья в процессе изомеризации пентан-гексановой фракции с использованием комплексной математической модели Hysys – izomer Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
978
243
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / КОЛОННА РЕКТИФИКАЦИИ / РЕАКТОР / ISOMERIZATION / TECHNOLOGICAL REGIMES / SIMULATION / DISTILLATION COLUMN / REACTOR

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Иванчина Эмилия Дмитриевна, Чеканцев Никита Витальевич, Чузлов Вячеслав Алексеевич, Смольянова Юлия Аркадьевна

В статье изложен способ оптимизации состава сырья процесса изомеризации пентан–гексановой фракции регулированием режимных параметров работы реакторов и колонн разделения с использованием комплексной математической модели HYSYS – IZOMER. Подбор оптимальных технологических условий сопряженных процессов каталитического превращения углеводородов и ректификации позволит снизить содержание гептановых углеводородов и, тем самым, продлить срок службы катализатора СИ-2 на промышленной установки Л-35–11/300. Данный вывод подтверждается представленными результатами моделирования различных режимов работы реактора изомеризации и колонны. Оптимизация состава сырья позволяет проводить процесс изомеризации эффективнее за счет снижения содержания компонентов С7+.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Иванчина Эмилия Дмитриевна, Чеканцев Никита Витальевич, Чузлов Вячеслав Алексеевич, Смольянова Юлия Аркадьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The article introduces the method of material composition optimization of pentane-hexane fraction isomerization by regulating the operating parameters of the reactors and separation columns operation using the complex mathematical model HYSYS – IZOMER. The selection of optimal technological conditions of conjugated processes of hydrocarbon catalytic transformation and distillation allows decreasing the content of heptane hydrocarbons and so extending the life cycle of the catalyst SI-2 at the industrial plant L-35-11/300. This conclusion is proved by the results of modeling different operation modes of isomerization reactor and the column. The raw material composition optimization allows carrying out the process due to the decrease of С7+ content.

Текст научной работы на тему «Оптимизация состава углеводородного сырья в процессе изомеризации пентан-гексановой фракции с использованием комплексной математической модели Hysys – izomer»

УДК 66.011

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В ПРОЦЕССЕ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПЕНТАН-ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ HYSYS - IZOMER

Э.Д. Иванчина, Н.В. Чеканцев, В.А. Чузлов, Ю.А. Смольянова

Томский политехнический университет E-mail: ied@zmail.ru

В статье изложен способ оптимизации состава сырья процесса изомеризации пентан - гексановой фракции регулированием режимных параметров работы реакторов и колонн разделения с использованием комплексной математической модели HYSYS -IZOMER. Подбор оптимальных технологических условий сопряженных процессов каталитического превращения углеводородов и ректификации позволит снизить содержание гептановых углеводородов и, тем самым, продлить срок службы катализатора СИ-2 на промышленной установки Л-35-11/300. Данный вывод подтверждается представленными результатами моделирования различных режимов работы реактора изомеризации и колонны. Оптимизация состава сырья позволяет проводить процесс изомеризации эффективнее за счет снижения содержания компонентов С7+.

Ключевые слова:

Изомеризация, технологические режимы, моделирование, колонна ректификации, реактор.

Key words:

Isomerization, technological regimes, simulation, distillation column, reactor.

Цель работы: оптимизация состава углеводородного сырья в процессе изомеризации пентан-гексановой фракции с использованием комплексной математической модели HYSYS - IZOMER.

Переход России на выпуск высококачественных моторных топлив: стандартов ЕВРО-3, ЕВРО-4 и ЕВРО-5 с низким содержанием ароматических углеводородов повысил спрос на изомеризаты. Это привело к необходимости совершенствования технологии эксплуатации действующих установок изомеризации. Одной из основных задач, возникающих при этом, является обеспечение длительного срока службы платиносодержащего катализатора и повышения тем самым энерго- и ресурсоэффек-тивности процесса изомеризации пентан-гексано-вой фракции. Принципиально важно решать подобные задачи с учетом сопряженности ректификационных и реакционных процессов, а также взаимного влияния режимов работы колонн и реакторов. Проведение экспериментальных исследований на промышленных установках на уровне, обеспечивающем достоверность исследований, является трудоемким и затратным. Эту многофакторную задачу оптимизации работы реакторного и колонного оборудования наиболее эффективно возможно решить с использованием математических моделей, построенных на физико-химической основе.

Компьютерная моделирующая система КО-MER, представляющая собой программно реализованную математическую модель реакторного блока процесса изомеризации на катализаторе СИ-2, позволяет рассчитывать углеводородный состав и октановое число изомеризата [1-3].

Исходными данными для расчетов являются:

• состав и расходы сырья и водородсодержащего

газа;

• температуры по реакторам;

• давление в реакторах.

Для обоснования достоверности исследований выполнена проверка на адекватность математической модели реальному процессу по экспериментальным данным с установки Л-35-11/300 ООО «КИНЕФ». Результаты расчета, приведенные на рис. 1, показывают незначительное отклонение, сопоставимое с погрешностью хроматографического метода анализа, рассчитанных значений октанового числа от экспериментальных. Это подтверждает возможность проведения исследований по совершенствованию процесса изомеризации с использованием компьютерной моделирующей системы IZOMER.

81,4 81,2 81,0 80,8 з 80,6 О 80,4 80,2 80,0 79,8 79,6

06.02.11 26.02.11 18.03.11 07.04.11 27.04.11 17.05.11 06.06.11 26.06.11 16.07.11 Дата отбора

Рис. 1. Сравнение рассчитанных с использованием модели и экспериментальных значений октанового числа изомеризата, определенное по исследовательскому методу (ОЧИ): 1 - расчет на модели, 2 - эксперимент

От температуры, давления и углеводородного состава перерабатываемого сырья зависит основной показатель процесса - октановое число. Состав сырья поступающего на установку может существенно изменяется. Нарис. 2 показано влияние состава сырья на октановое число изомериза-та, определенное по исследовательскому методу. Расчеты проводили при заданном технологическом режиме:

Расход сырья - 90 м3/ч.

Температура на входе в первый реактор Давление - 3,1 МПа.

1З8 °С.

Дата отбора

Рис. 2. Влияние состава сырья на октановое число изомеризата

Как видно из графика октановое число изомеризата в зависимости от состава сырья изменяется в пределах 1...2 пунктов. Движущей силой процесса изомеризации является разность концентраций алканов нормального и изостроения имеющих разную температуру кипения. Так значения энергии Гиббса при температуре 20 °С в реакции изомеризации н-пентана составляет -3,72 кДж/моль [3]. Термодинамические расчеты показали, что процесс изомеризации является равновесным. Условия равновесия протекания реакции изомеризации, которое зависит от времени контакта и температуры, определяет выход целевого продукта - изоалканов. Поддержание интегральной константы равновесия протекания реакций на постоянном уровне при изменении углеводородного состава перерабатываемого сырья определяющим образом влияет на селективность превращения углеводородов.

Колебания состава сырья на установке Л-35-11/300 обусловлены, в первую очередь, различными источниками сырья. Сырье процесса поступает с установок: АТ-6, АВТ-6, аВт-2, АТ-1 и ГФУ. Состав сырья процесса изомеризации (фр. н. к. 62 °С), полученного при вторичной перегонке бензинов, зависит от состава бензиновой фракции н. к. 105 °С и режима работы колонны. Технологическая схема представлена на рис. 3.

Фр. 62-105 “С

Рис. 3. Технологическая схема реакторного блока процесса изомеризации

В колонне К-1 фракция н. к. 105 °С разделяется на фракции н. к. 62 °С (верхний продукт) и 62...105 °С (нижний продукт). В дальнейшем фракция н. к. 62 °С отправляется на гидроочистку, затем при температуре около 130 °С в смеси с водородсодержащим газом поступает в первый реактор изомеризации.

Комбинированная математическая модель процесса ректификации бензиновой фракции н. к. 105 °С и изомеризации фракции н.к. 62 °С представлена интегрированным с HYSYS модулем.

Моделирование процесса ректификации проводится в программном пакете HYSYS. Связь между двумя системами осуществляется при помощи текстового файла, содержащего данные о составе и свойствах сырья изомеризации (фр. н. к. 62 °С). Файл данных формируется автоматически средствами HYSYS. Затем этот файл считывается компьютерной системой IZOMER, которая производит расчет реакторного блока изомеризации. В выходном файле IZOMER содержится состав и октановое число продукта. Блок-схема комплексной модели представлена на рис. 4.

Одним из важных показателей качества сырья процесса изомеризации является содержание углеводородов С7+. Повышенное содержание этих углеводородов приводит к протеканию экзотермических реакций гидрокрекинга и дезактивации катализатора. Выполненные расчеты на модели показали, что тепловой режим ребойлера колонны К-1 в значительной степени влияет на концентрацию углеводородов С7+ в сырье изомеризации (фр. н. к. 62 °С). На рис. 5 представлена зависимость концентрации углеводородов С7+ в сырье изомеризации от температуры низа К-1 при различных составах фракции н. к. 105 °С.

Температура, °С

11,99

Содержание С7+ в фр. н. к. 105 °С, мае.

Рис.

5. Содержание С7+ в сырье изомеризации в зависимости от тепловой нагрузки на ребойлер колонны К-1

Рис. 4. Блок-схема комплексной модели процесса изомеризации

Повышение температуры низа колонны К-1 приводит к нежелательному увеличению содержания тяжелых углеводородов в сырье изомеризации. Таким образом, с использованием комплексной математической модели можно подобрать оптимальный режим работы колонн вторичной ректификации бензинов с минимальным содержанием углеводородов С7+ в сырье изомеризации.

Выводы:

1. Разработанная комплексная математическая модель позволила повысить ресурсоэффектив-

ность процесса изомеризации за счет оптимизации значений технологических параметров в сырьевой колонне К-1 с учетом требований для катализатора СИ-2 к содержанию компонентов С7+.

2. Выполненные исследования показали, что изменение содержания С7+ в фр. н.к. 105 °С в интервалах 9,23 - 11,99 приводит к повышению содержания гептанов в сырье изомеризации от 0,2 до 0,8 мас. % в зависимость от тепловой нагрузки на ребойлер.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Литвак Е.И., Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Чеканцев Н.В. Исследование влияния структуры химико-технологической системы на эффективность изомеризации пентан-гексановой фракции с использованием математической модели процесса // Известия Томского политехнического университета. -2010.- Т. 316. - №3. - С. 63-68.

2. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Костенко А.В., Чеканцев Н.В., Гынгазова М.С. Учет реакционной способности углеводородов и потенциала катализатора в инновационных технологиях мониторинга промышленных процессов риформинга и изомери-

зации бензинов // Нефтепереработка и нефтехимия. Научнотехнические достижения и передовой опыт. - 2008. - № 10. -С. 27-31.

3. Чеканцев Н.В., Кравцов А.В., Дуброва ТВ. Формализованный механизм превращений углеводородов пентан-гексановой фракции на поверхности бифункциональных Р1-катализато-ров изомеризации //Известия Томского политехнического университета. - 2008. - т. 312. - № 3. - С. 34-37.

Поступила 25.06.2012 г.

УДК 66.011

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРНЫХ БЕНЗИНОВ НА ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ОМСКИЙ НПЗ»

М.В. Киргина, М.В. Короленко, Э.Д. Иванчина, Н.В. Чеканцев

Томский политехнический университет E-mail: iceflame@sibmail.com

Представлены возможные варианты оптимизации сиспользованием компьютерной моделирующей системы «Compounding», процесса компаундирования высокооктановых бензинов на предприятии «Газпромнефть-ОНПз». В основу оптимизации положена математическая модель расчета детонационной стойкости бензинов сучетом межмолекулярных взаимодействий компонентов смеси.

Ключевые слова:

Компаундирование, математическое моделирование, оптимизация, многокомпонентные смеси.

Key words:

Compounding, mathematic modeling, optimization, multi component mixtures.

Введение

Процесс производства высокооктановых бензинов вовлекает в себя большое число различных компонентов, что в условиях изменяющегося состава сырья и экологических требований к товарной продукции делает данный процесс крайне сложным для оптимизации. Целью данной работы является оптимизация процесса производства товарных бензинов на предприятии ОАО «ГАЗ-ПРОМНЕФТЬ-Омский НПЗ» по таким параметрам, как расход и углеводородный состав вовлекаемых в процесс компаундирование потоков. Также в ходе оптимизации выработаны рецептуры смешения товарных бензинов с применением ки-

слородсодержащих добавок и антидетонационных присадок для различных марок бензина, позволяющих повысить ресурсоэффективность процесса за счет экономии дорогостоящих и высокооктановых компонентов.

Производство экологически чистых товарных бензинов

В 2008 г постановлением Правительства Российской Федерации был утвержден технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Требования, устанавливаемые

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.