Научная статья на тему 'Исследование динамических свойств процесса окислительного пиролиза'

Исследование динамических свойств процесса окислительного пиролиза Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
386
63
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / МОДЕЛИРОВАНИЕ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПИРОЛИЗ / АЦЕТИЛЕН / ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС / РЕАКТОР ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ПИРОЛИЗА / CHEMICAL AND TECHNOLOGICAL SYSTEM / MODELING / MATHEMATICAL MODEL / OXIDATIVE PYROLYSIS / ACETYLENE / CHEMICAL AND TECHNOLOGICAL PROCESS / OXIDATIVE PYROLYSIS REACTOR

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Санаева Галина Николаевна, Пророков Анатолий Евгеньевич, Богатиков Валерий Николаевич

ЦЕЛЬ. Разработка математической модели и исследование динамических свойств процесса окислительного пиролиза природного газа. МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели были использованы математическое и имитационное моделирование. РЕЗУЛЬТАТЫ. Предложена математическая модель технологического процесса производства ацетилена окислительным пиролизом природного газа, включающая в себя уравнения материальных и тепловых балансов для процессов, протекающих в реакторе окислительного пиролиза. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Реализованная с использованием приложения Simulink пакета Matlab модель позволяет строить графики переходных процессов, протекающих в реакторе, и оценивать влияние различных факторов на содержание ацетилена в газе пиролиза на выходе из реактора. Адекватность полученной модели проверена с использованием статистических данных, полученных на действующем производстве ацетилена. Полученная модель может быть использована для синтеза системы управления процессом окислительного пиролиза.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Санаева Галина Николаевна, Пророков Анатолий Евгеньевич, Богатиков Валерий Николаевич

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

RESEARCH OF DYNAMIC PROPERTIES OF OXIDATIVE PYROLYSIS

The PURPOSE of the article is to develop a mathematical model and study dynamic properties of oxidative pyrolysis of natural gas. METHODS. The set purpose has been achieved through the use of mathematical and simulation modeling. RESULTS. A mathematical model of the technological process of acetylene production by the oxidative pyrolysis of natural gas has been proposed. It includes the equations of material and thermal balances for the processes taking place in the oxidative pyrolysis reactor. CONCLUSION. The model implemented with the use of MATLAB and Simulink allows to plot the graphs of reactor transients and evaluate the effect of various factors on the content of acetylene in the pyrolysis gas at the reactor outlet. The adequacy of the developed model is verified on the basis of statistical data obtained in the current production of acetylene. The developed model can be used to synthesize a monitoring system of the process of oxidative pyrolysis.

Текст научной работы на тему «Исследование динамических свойств процесса окислительного пиролиза»

Оригинальная статья / Original article УДК 681

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-67-77

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОЦЕССА ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ПИРОЛИЗА

_ л rt <J

© Г.Н. Санаева1, А.Е. Пророков2, В.Н. Богатиков3

1,2Новомосковский институт (филиал) Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева,

Российская Федерация, 301665, г. Новомосковск, ул. Дружбы, 8.

3Тверской государственный технический университет,

Российская Федерация, 170026, г. Тверь, набережная Афанасия Никитина, 22.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Разработка математической модели и исследование динамических свойств процесса окислительного пиролиза природного газа. МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели были использованы математическое и имитационное моделирование. РЕЗУЛЬТАТЫ. Предложена математическая модель технологического процесса производства ацетилена окислительным пиролизом природного газа, включающая в себя уравнения материальных и тепловых балансов для процессов, протекающих в реакторе окислительного пиролиза. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Реализованная с использованием приложения Simulink пакета Matlab модель позволяет строить графики переходных процессов, протекающих в реакторе, и оценивать влияние различных факторов на содержание ацетилена в газе пиролиза на выходе из реактора. Адекватность полученной модели проверена с использованием статистических данных, полученных на действующем производстве ацетилена. Полученная модель может быть использована для синтеза системы управления процессом окислительного пиролиза.

Ключевые слова: химико-технологическая система, моделирование, математическая модель, окислительный пиролиз, ацетилен, химико-технологический процесс, реактор окислительного пиролиза.

Формат цитирования: Санаева Г.Н., Пророков А.Е., Богатиков В.Н. Исследование динамических свойств процесса окислительного пиролиза // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 7. С. 67-77. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-67-77

RESEARCH OF DYNAMIC PROPERTIES OF OXIDATIVE PYROLYSIS G.N. Sanaeva, A.E. Prorokov, V.N. Bogatikov

Novomoskovsk Institute (branch) of Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, 8, Druzhby St., Novomoskovsk, 301665, Russian Federation. Tver State Technical University,

22, Naberezhnaya Afanasia Nikitina, Tver, 170026, Russian Federation.

ABSTRACT. The PURPOSE of the article is to develop a mathematical model and study dynamic properties of oxidative pyrolysis of natural gas. METHODS. The set purpose has been achieved through the use of mathematical and simulation modeling. RESULTS. A mathematical model of the technological process of acetylene production by the oxidative pyrolysis of natural gas has been proposed. It includes the equations of material and thermal balances for the processes taking place in the oxidative pyrolysis reactor. CONCLUSION. The model implemented with the use of MATLAB and Simulink allows to plot the graphs of reactor transients and evaluate the effect of various factors on the content of acetylene in the pyrolysis gas at the reactor outlet. The adequacy of the developed model is verified on the basis of statistical data obtained in the current production of acetylene. The developed model can be used to synthesize a monitoring system of the process of oxidative pyrolysis.

Санаева Галина Николаевна, старший преподаватель кафедры вычислительной техники и информационных технологий, e-mail: gn_san@ mail.ru

Galina N. Sanaeva, Senior Lecturer of the Department of Computer Engineering and Information Technologies, e-mail: gn_san@ mail.ru

2Пророков Анатолий Евгеньевич, кандидат технических наук, заведующий кафедрой вычислительной техники и информационных технологий, e-mail: [email protected]

Anatoly E. Prorokov, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Computer Engineering and Information Technologies, e-mail: aprorokov@ mail.ru

3Богатиков Валерий Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры информационных систем, e-mail: [email protected]

Valery N. Bogatikov, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Information Systems, e-mail: [email protected]

Keywords: chemical and technological system, modeling, mathematical model, oxidative pyrolysis, acetylene, chemical and technological process, oxidative pyrolysis reactor

For citation: Sanaeva G.N., Prorokov A.E., Bogatikov V.N. Research of dynamic properties of oxidative pyrolysis. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 7, pp. 67-77. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-35202017-7-67-77

Введение

Современные химические производства, как правило, характеризуются сложностью протекания технологических процессов, большим количеством случайных воздействий, неопределенностью свойств внутренних факторов, что затрудняет выполнение процедур диагностики состояния процесса и поиск причин возможных возникающих нарушений. Поэтому для химических производств решение задач определения состояний с целью обеспечения тех-

нологической безопасности в различных ситуациях, возникающих в технологическом цикле, является особенно актуальным. Это в значительной степени относится к производству ацетилена окислительным пиролизом природного газа, эффективность которого зависит от соблюдения требований к обеспечению безопасности и эффективности функционирования химико-технологических процессов.

Методы, резуль

Процесс окислительного пиролиза при производстве ацетилена основан на подаче в зону реакции регулируемого количества кислорода для сжигания части сырья. Выделяющееся тепло расходуется на нагрев сырья до температуры реакции и на эндотермическую реакцию расщепления углеводородов [1]. Благодаря непрерывности процесса окислительного пиролиза и более низким энергетическим затратам, этот метод является одним из наиболее энергоэффективных способов получения ацетилена из углеводородного сырья, так как наряду с ацетиленом образуется еще и синтез-газ (смесь водорода и оксида углерода), используемый при производстве метанола, спиртов и других продуктов органического синтеза.

В реакционной зоне реактора окислительного пиролиза наряду с реакциями распада и уплотнения исходных углеводородов идут и реакции окисления. В продуктах реакции, кроме ацетилена и водорода, содержатся значительные количества оксида углерода, диоксида углерода, а также воды в виде пирогенетической влаги. Кроме этого, протекает ряд вторичных реакций, приводящих к образованию этана, ряда ацетиленовых углеводородов (в том

и их обсуждение

числе диацетилена, винилацетилена, ме-тилацетилена), сажи и др. [2, 3].

Одной из основных особенностей рассматриваемого процесса является выделение большого количества тепла в малом реакционном объеме при частичном сжигании сырья [1, 4]. Это тепло должно быть быстро и равномерно распределено по всему объему зоны реакции для обеспечения равномерного протекания горения во всей реакционной зоне. С этой целью необходимо предварительное тщательное смешение сырья (природного газа и кислорода) и создание условий для недопущения предварительного воспламенения получаемой метано-кислородной смеси до ее попадания в зону реакции. Соотношение кислорода и углеводородного сырья обычно близко к нижнему пределу воспламенения. При этом конструкция реактора должна обеспечивать стабильность пламени и равномерное распределение его по сечению реактора [5].

На реактор окислительного пиролиза воздействует значительное количество как внутренних, так и внешних факторов, основными из которых являются: малое время пребывания реакционной смеси в зоне реакции, одновременное протекание

большого количества побочных реакций, продукты которых также вступают в дальнейшие взаимодействия, разложение получаемого ацетилена до сажи при температуре реакции. Ряд факторов влияет на процесс практически непредсказуемым образом: колебания состава природного газа, используемого как в качестве сырья для реакции, так и в качестве топлива, изменение во времени характеристик узлов реактора вследствие их возможного «закоксо-вывания» и др.

Технологический процесс, протекающий в реакторе окислительного пиролиза, состоит из трех этапов:

- перемешивание предварительно подогретых до 650Со исходных компонентов для процесса окислительного пиролиза (природный газ и кислород) в смесителе реактора;

- окислительный пиролиз в реакционной зоне при температуре около 1500Со;

- «закалка» продуктов реакции водой с целью недопущения разложения образовавшегося ацетилена, являющегося при температуре реакции неустойчивым соединением, на водород и углерод (сажу) и охлаждения полученного газа пиролиза до 60-80Со.

Физическими ограничениями каждого из перечисленных этапов являются [1, 4]:

- максимально допустимая температура распределительной решетки реактора окислительного пиролиза для предупреждения преждевременного воспламенения смеси или проскока пламени из реакционной камеры в смеситель:

rj-i ^ у max ^-ymax _

реш реш

концентрации кислорода и метана на выходе из реактора во избежание взрывоопасных концентраций, что обусловлено взры-воопасностью процесса:

Со < стх (ОТ = 0,8% (об));

Сн < ССНХ (ССНХ = 9%(об.)). - минимальный расход воды на «закалку» продуктов реакции:

/—rmin

GB3 ^ GB3

(С£П = 10 м/с) .

Материальные потоки подогревателя и реактора окислительного пиролиза представлены на рис. 1.

Количество ацетилена, получаемого окислительным пиролизом природного газа, зависит от температуры предварительного подогрева и степени перемешивания исходных компонентов для реакции, а также от соотношения их расходов [5-7]. В случае возникновения любых условий, не соответствующих регламентным, процесс окислительного пиролиза переводится «на свечу» - в реактор перестают подаваться исходные компоненты для реакции, продукты окислительного пиролиза сжигаются в факеле, а вся система продувается азотом для недопущения возникновения взрыво- и пожароопасных ситуаций, которые сопровождаются следующими неблагоприятными явлениями:

- нерациональный расход исходного сырья на получение продуктов реакции, отправляемых на сжигание; обеспечение сжигания «некондиционных» продуктов реакции; последующий запуск процесса окислительного пиролиза;

- выброс загрязняющих веществ в окружающую среду (дымовые газы; вода, загрязненная сажей) [6, 7].

В связи со всем вышеперечисленным необходима разработка подхода к исследованию процесса окислительного пиролиза, пригодного для анализа экспериментальных данных и получения необходимой информации о влиянии различных технологических факторов на выход и характеристики продуктов переработки, а также диагностики состояния рассматриваемого процесса [8]. Функционирование процесса окислительного пиролиза происходит в условиях неопределенности, обусловленной особенностями протекания процесса. Поэтому для реализации управления им необходимо провести исследование его динамических свойств, а именно -параметров, определяющих особенности его протекания при изменении условий его функционирования в случае воздействия каких-либо внутренних или внешних факторов, а также следует уделить внимание

возможности предсказания возникновения нарушений технологического режима, приводящих к предаварийным и аварийным ситуациям. В целях уменьшения числа ошибок в условиях современного производства следует использовать модельную оценку параметров технологических процессов, основанных на математически описанных закономерностях происходящих явлений. Для этих целей целесообразно использовать математическую модель, включающую в себя материальные и тепловые балансы для соответствующих этапов процесса окислительного пиролиза.

С учетом того, что перемешивание исходных компонентов для реакции происходит при одинаковой температуре, математическая модель смесителя представ-

ляется только уравнением материального баланса. При этом с учетом отсутствия химического взаимодействия потоков в смесителе в качестве модели операции перемешивания применяется модель идеального смешения, или модель с сосредоточенными параметрами, что является общепринятой моделью для объектов данного класса.

В момент времени ^ масса метано-кислородной смеси составляет:

М () = Км Рм , где М - масса метано-кислородной смеси в смесителе в момент времени I, кг;

о

Усм - объем смесителя, м , р - плотность

V/ О

метано-кислородной смеси, кг/м3

b

Рис. 1. Материальные потоки: а - подогревателя исходных компонентов; б - реактора окислительного пиролиза природного газа Fig. 1. Material flows of: а - primary component heater; b - natural gas oxidative pyrolysis reactor

a

В момент времени ^ + М) масса ме-тано-кислородной смеси составляет:

м ц+д/)=км- (рсм+Арсм),

где ММ - изменение массы метано-кислородной смеси в смесителе в момент времени М, кг;

Накопление составит: М (/ + М) - М Ц) = Ксм- АрСм. С учетом зависимости плотности смеси газов от плотности ее составляющих, плотность метано-кислородной смеси составит:

рсм = рСЩ ' ТСНЛ + рОг ' ТОг ,

где т^н, т'а - объемные доли метана и

кислорода в смеси, соответственно.

Таким образом, уравнение материального баланса смесителя с учетом того, что О = Ог„ + Оп , может быть записано

см СН4 О2 '

в следующем виде:

к.

dpoM dt

— GCH. ■ Pch. + go ■ po, - gl ■ p ,

где рсн , р - плотности метана и кисло-

о

рода, кг/м3; ОСД4, О2, ОСЛ - расходы метана и кислорода на реакцию и расход мета-но-кислородной смеси, соответственно, м3/с; Усм - объем смесителя, м3.

Математическая модель зоны реакции представлена уравнениями материальных балансов по компонентам соответствующих химических реакций [1]:

СН4 + О о СО + Н2О + Н2;

СН4 + 2-О о СО + 2-НО;

2-СН4 оС2Н2 + 3-Н;

С2Н2 о 2-С + Н2 и уравнением теплового баланса [5].

В соответствии с системой химических уравнений материального баланса для каждой из реакций уравнения примут вид, представленный в таблице, где С- концентрация соответствующих составляющих газа пиролиза на входе в зону реакции, %(об.); С/ - концентрация соответствующих составляющих газа пиролиза на выходе из зоны реакции, %(об.); к)- скорость к-й химической реакции по

компоненту /, моль/(м3-с); р,■ - плотность компонента /, кг/м3; Ур - объем реакционной зоны, м3; т,■ - молекулярный вес компонента /, кг/моль.

Уравнение теплового баланса зоны реакции определяется из соотношения:

Ур-с-^ = а + Q2 - Qз - Q4 - Q5,

где 01 - тепло, вносимое с подогретой исходной метано-кислородной смесью, Дж; 02 - тепло, выделяющееся при неполном сгорании метана, Дж; 0з - тепло, расходуемое на пиролиз, Дж; 04 - тепло, уносимое газом пиролиза, Дж; - потери тепла, Дж; с - теплоемкость газа пиролиза, Дж/(кг-К) [1].

С учетом того, что

- а=(тв - ты )• с-р, а=к-оСН4-тСН4,

05 составляют не более 10 % от общего количества теплоты [1], уравнение материального баланса может быть записано в следующем виде:

ср-

dTB

dt

■ —G -r +

3.

+(Т« - Гы )ср-£3 - д5,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где р - плотность газа пиролиза, кг/м3;

о

Осн4- расход метана, м3/с; тся - удельная

о

теплота сгорания метана, Дж/м3; Тх, Тых - температура газа пиролиза на входе и выходе реакционной зоны, К. При

этом ^ = цгв Е ; д - тепловой

эффект реакции 2-СН о С2Н2 + 3Н2 (ДН = -44 кДж/моль); г - концентрация основного компонента реакции (ацетилена), %(об.): Е - энергия активации для реакции 2 - СН о С2Н2 + 3 - Н2О, кДж/моль;

Н - универсальная газовая постоянная, кДж/(моль - К) [5].

Поскольку в зоне «закалки» не происходит химических превращений компонентов и присутствует только охлаждение газа пиролиза, полученного в результате протекания процесса горения в зоне реакции, математическая модель зоны «закалки» представляется только уравнениями теплового баланса [8]:

- для теплоносителя (газ пиролиза): лоемкость воды, Дж/(кг К); V - объем зоны

о

«закалки», м3; Овз - расход воды на «зао

калку», м3/с; k - коэффициент теплопере-

о

дачи, Вт/(м3 • К); F - поверхность теплопередачи, м2; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м3• К); Тгп, Твы - температура газа пиролиза на входе в зону «закалки» и выходе из реактора соответственно, К; Т"вх, ТЧЫ'х - температура воды на «закалку» на входе и выходе из реактора, соответственно, К. Рассмотрим таблицу.

7грвЫХ

с. p.v dJT^ = Grn-o• р-( Тгп - ТвЫ )-dt

-k• F• (ГГПХ -Тв3)-Grn -а• р;

ку»):

- для хладагента (вода на «закал-

сПЦЫ

ТГ ВЗ __~ ~ (грех грвЫХ\ .

СВ3 ' рВ3 ' V3 Г = GB3 ' СВ3 ' рВ3 ' (ТВ3 — ТВ3 ) + dt

+к^ F • (Т^ - Г™ ),

о

где рвз - плотность воды, кг/м3; свз - теп-

Уравнения материальных балансов для реакций окислительного пиролиза _Material balance equations for oxidative pyrolysis reactions_

Vp Рсм

—CH —cCH,

dit

= GCM ' рсм ' ^C ' (CcH CCH4 ) <cHA ' Vp

. I/ .1

Уравнение 1 / Equation 1:

снА+о — co+н2о+H

Vp-рм• ^• ^=Gm-рсм m°-(СОХ -СО2)- < -Vf"

ms-,.

Vp рсм

m dt

см

СО СО

p ^см 7

m dt

Vp рсм

mHO dCH,o

p Гсм J

m dt

см

mH 2 dCH m„. dt

m dC

рсм-mr-4t=^рсм-mr-(СН< - Сн> )+<o-Vp->

=0См-рсм• —C°- (ССО - ССО )+*C0 V

m

см

= Gc • рсм (СНХО - СНО )+<О>^ ,—н

m

, • V • i

• I/ . I

Vp •рсм

mCH dCCH

m dt

= Gc рсм--— -(CCH4 - CCH4 )-®£H4 'Vp ■'

Vp * рсм' ^ ^ = G™' рСМ * С - СО2 )-< -VP"

Уравнение 2/ Equation 2:

СН4 + 2 О2 -о- СО + 2 НО

m m

m m

m

рм • Шс° •dCco = • рм • Eço • (ССО - ССО ) + m

dt см

m dC m

vp • рсм-• -JH2L = GСм • рсм •• (сСНХО - Сно ) + <0 Vp-'

m dt

^^U dC и ^^U / \ /1 \

V^ рм • —t = Gc« • рм • •• ( Сн2 - Сн ) + <o-Vp->

p m„, dt m,.,. ' P

Уравнение 3/ Equation 3:

2 сн — сн + н

^p •рсм

Vp •рсм

Vp •рсм

mCH -CCH4

m dt

см

Gсм ' рсм ' ' (CCH CCHa ) <CJH4 ' Vp

. I/ .7

dt

= Gc„ рсм • -CHL-(Cc.fl2 - CC2H2 ) + <c2H2 Vp "

m dCH

m„. dt

Gcм- рсм- (CH2 - CH2 ) + < •VP"

Уравнение 4/ Equation 4:

сн — 2 С + н

m dt

см

m -Cc

p р см 1.

m„ dt

Gcu рсм

m

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

= GcM р^ ^ \CC - Cc ) + <H Vp m

m„ de,, — tt / \ ...

V р • н--— = G р • н •(СвХ -С ) + ®( ) •V

V p рсм ,, Gсм рсм ( Сн Сн ) + шн, V p — dt ™ v '

m m, m

с

m m

(cC2h2 - cc2h2 ) - <CH4 - Vp - mc

н ) 1 ^K^p-rn^

m

2 2

Рис. 2. Общая модель реактора окислительного пиролиза Fig. 2. General model of an oxidative pyrolysis reactor

Рис. 3. Модель материального баланса для уравнения СНА + О2 ^ СО + Н2О + Н2 Fig. 3. Material balance model for the equation СН + О ^ СО + НО + H

Рис. 4. Модель материального баланса уравнения CH. + О ^ CO + НО + Н,

для компонента СН4 в Matlab Fig. 4. Material balance model for the equation CHA + О ^ CO + Н2О + H2 for CH4 component in Matlab

Графики зависимости изменения концентраций основных компонентов, участвующих в реакциях получения ацети-

лена окислительным пиролизом природного газа, %(об.) представлены на рис. 5:

Рис. 5. Графики зависимости изменения концентраций основных компонентов окислительного пиролиза, %(об.); от времени, с Fig. 5. Diagrams of change in the concentrations of primary oxidative pyrolysis components, %(vol.);

depending on time, c

Модели тепловых балансов зоны реакции и зоны «закалки» представлены на рис. 6 и 7, соответственно, графики

изменения температур в каждой из зон приведены на рис. 8.

Рис. 6. Модель теплового баланса зоны реакции в Matlab Fig. 6. Model of reaction zone thermal balance in Matlab

Рис. 7. Модель теплового баланса зоны «закалки» в Matlab Fig. 7. Model of "hardening" zone thermal balance in Matlab

01002 0.004

a b

Рис. 8. Графики изменения температуры, 0С; от времени, с: а - в зоне реакции; b - в зоне «закалки» Fig. 8. Graphs of temperature change, 0С; depending on time, c: а - in the reaction zone;

b - in the "hardening" zone

Проверка адекватности модели проводилась по статистическим данным работы отделения пиролиза цеха ацетилена ОАО «Новомосковская акционерная компания «АЗОТ». Были исследованы статические режимы работы отделения пиролиза, действующего производства ацетилена и режимы, полученные с помощью данной модели. По результатам проведенной проверки погрешность не превысила 5%, из чего можно сделать вывод, что разработанная модель адекватна и может быть использована при решении задач управления процессом окислительного пиролиза.

Полученная модель позволяет для каждой конкретной ситуации проводить оценку смещения параметров, характери-

зующих процесс окислительного пиролиза в области стабилизации режимов его работы, что является особенно важным при его функционировании в условиях неопределенности. При этом основной задачей системы управления данным процессом является поддержание его в области стабильной работы, т.е. обеспечение нахождения значимых параметров процесса в центре области, обеспечивающей максимальный выход результирующего продукта (ацетилена) при соблюдении требований технологической безопасности, что будет способствовать реализации управления процессом окислительного пиролиза на основе полученных моделей.

Заключение

В современных условиях функционирования производства избежать ошибок при управлении можно на основе применения количественных оценок параметров технологических процессов, основанных на математическом описании закономерностей происходящих явлений. Поэтому необходимо применение моделей в системах управления технологическими процессами. В результате анализа данных, произведенных с помощью разработанной модели процесса окислительного пиролиза, выявлено, что на содержание ацетилена в газе пиролиза на выходе из реактора ос-

новное влияние оказывают температуры предварительного нагрева исходных компонентов перед реактором, а также соотношение их расходов. Полученная модель может быть использована в системе управления для моделирования процесса окислительного пиролиза.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ «Исследование рисков при управлении динамическими процессами в слабоструктурированных и плохо формализуемых средах», проект № 17-07-01368.

Библиографический список

1. Антонов В.Н., Лапидус А.С. Производство ацетилена. М.: Химия, 1970. 416 с.

2. Investigation of Gas-Phase Methane Oxidation by Reactor Pro_le Measurements and Microkinetic Modeling. Sardor Mavlyankariev aus Taschkent, zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften Dr. Ing. Usbekistan. Berlin. 2013. 166 р.

3. Young-Gil Cho, Kyong-Hoon Choi, Yong-Rok Kim, and Sung-Han Lee. Kinetic Investigation of Oxidative Methane Pyrolysis at High CH4/O2 Ratio in a Quartz Flow Microreactor below 1073 K // Bull. Korean Chem. Soc. 2008. Vol. 29. No. 8. Р. 1609-1612.

4. Харламов В.В., Алипов Н.Е., Коновалов И.И. Окислительный пиролиз метана до ацетилена. М.:

Химия, 1968. 88 с.

5. Гусейнова Ф.К., Караев Р.А., Романюк И.М. О моделировании реакторов окислительного пиролиза метана // Теоретические основы химической технологии. 1995. Т. 29. № 1. С. 31-39.

6. Родин С.Н., Сидельников С.И. Нечеткое экстремальное регулирование в производстве ацетилена // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005. № 8. С. 14-19.

7. Санаева Г.Н., Пророков А.Е., Богатиков В.Н. Построение дискретной модели процесса производства ацетилена окислительным пиролизом природного газа // Логистика и экономика ресурсо-энергосбережения в промышленности: сб. науч. тр. по материалам IX Междунар. науч.-практ. конф.

«ЛЭРЭП-9-15». (Смоленск, 2015). Саратов: Саратовский гос. техн. ун-т им. Гагарина Ю.А. 2015. С. 105-109.

8. Санаева Г.Н., Пророков А.Е., Богатиков В.Н. О возможности применения дискретных моделей к

диагностике состояния процесса получения ацетилена окислительным пиролизом природного газа // Энергетика, информатика, инновации - 2015 (г. Смоленск, 26-27 ноября 2015 г.). Смоленск, 2015. Ч. I. С. 225-228.

References

1. Antonov V.N., Lapidus A.S. Proizvodstvo acetilena [Acetylene Production]. Moscow, Khimiya Publ., 1970, 416 р. (In Russian)

2. Investigation of Gas-Phase Methane Oxidation by Reactor Pro_le Measurements and Microkinetic Modeling. Sardor Mavlyankariev aus Taschkent, zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften Dr. Ing. Usbekistan. Berlin, 2013, 166 р.

3. Young-Gil Cho, Kyong-Hoon Choi, Yong-Rok Kim, and Sung-Han Lee. Kinetic Investigation of Oxidative Methane Pyrolysis at High CH4/O2 Ratio in a Quartz Flow Microreactor below 1073 K. Bull. Korean Chem. Soc. 2008, vol. 29, no. 8, pp.1609-1612.

4. Kharlamov V.V., Alipov N.E., Konovalov I.I. Okislit-el'nyj piroliz metana do acetilena [Conversion of Methane into Acetylene by Oxidative Pyrolysis]. Moscow, Khimiya Publ., 1968, 88 р. (In Russian)

5. Guseynova F.K., Karaev R.A., Romanyuk I.M. O modelirovanii reaktorov okislitel'nogo piroliza metana [On Methane Oxidative Pyrolysis Reactor Modeling]. Teoreticheskie osnovy himicheskoj tehnologii [Theoretical Bases of Chemical Technology]. 1995, vol. 29, no. 1, рр. 31-39. (In Russian)

6. Rodin S.N., Sidel'nikov S.I. Nechjotkoe jekstrem-al'noe regulirovanie v proizvodstve acetilena [Fuzzy

Критерии авторства

Санаева Г.Н., Пророков А.Е., Богатиков В.Н. выявили, что на содержание ацетилена в газе пиролиза на выходе из реактора основное влияние оказывают температуры предварительного нагрева исходных компонентов перед реактором, а также соотношение их расходов. Авторы провели обобщение и написали рукопись. Санаева Г.Н., Пророков А.Е., Богатиков В.Н. имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила 26.06.2017 г.

Extreme Regulation in Acetylene Production]. Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol', diagnostika. [Instruments and Systems. Monitoring, Control and Diagnostics]. 2005, no. 8, рр. 14-19. (In Russian)

7. Sanaeva G.N., Prorokov A.E., Bogatikov V.N. Postroenie diskretnoj modeli processa proizvodstva acetilena okislitel'nym pirolizom prirodnogo gaza [перевод]. Logistika i jekonomika resurso-jenergosberezhenija v promyshlennosti: sbornik nauch-nyh trudov po materialam IH Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Construction of a discrete model of acetylene production by natural gas oxidative pyrolysis] «LJeRJeP-9-15». (Smolensk, 2015). Saratov: Saratovskij gosudarstvennyj tehnicheskij universitet imeni Gagarina Ju.A. 2015, рр. 105-109. (In Russian)

8. Sanaeva G.N., Prorokov A.E., Bogatikov V.N. O vozmozhnosti primenenija diskretnyh modelej k diag-nostike sostojanija processa poluchenija acetilena okislitel'nym pirolizom prirodnogo gaza [On the possibility of using discrete models to diagnose the state of acetylene production by the oxidative pyrolysis of natural gas] Jenergetika, informatika, innovacii-2015 [Power Engineering, Computer Science, Innovation-2015] (g. Smolensk, 26-27 nojabrja 2015 g.). Smolensk, 2015, part. I, рр. 225-228. (In Russian)

Authorship criteria

Sanaeva G.N., Prorokov A.E., Bogatikov V.N. have found out that the preheating temperatures of primary components before the reactor and the ratio of their consumption have the major influence on the acetylene content in the pyrolysis gas at the outlet from the reactor. The authors summarized the material and wrote the manuscript. Sanaeva G.N., Prorokov A.E., Bogatikov V.N. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

The article was received 26 June 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.