CC BY
152
УДК 665.64:004.94
Д. А. Рындин (магистрант), О. Ю. Белоусова (к.т.н., доц.), Р. Ш. Япаев (к.т.н., доц.)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИОБРЕТЕНИЯ И ПОДБОРА КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ УСТАНОВКИ «ГИДРОКРЕКИНГ» С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ ОПТИМИЗАЦИОННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ASPEN PIMS
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1, тел. (347) 2420712, e-mail: rustem_yapaev@mail.ru
D. А. Ryndin, O. Yu. Belousova, R. Sh. Yapaev
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF ACQUISITION AND SELECTION OF CATALYSTS TO INSTALL «HYDROCRACKING» USING OPTIMIZATION PLANNING
ASPEN PIMS
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2420712, e-mail: rustem_yapaev@mail.ru
Представлены результаты приобретения и подбора катализаторов для установки «Гидрокрекинг» с помощью математических вычислений в программе оптимизационного планирования Aspen PIMS. Данная модель позволяет подбирать наиболее выгодные катализаторы, при работе которых на гидрокрекинге достигнута максимальная выработка компонентов дизельного топлива и бензина. По результатам расчетов критерием выбора лучшего предложения участников, предлагающих катализаторы, является максимальная прибыль за одинаковый период времени (отклонение между выручкой от реализации товарной продукции и полной себестоимостью товарной продукции).
Ключевые слова: гидрокрекинг; катализаторы; программа оптимизации.
В нефтепереработке большее значение имеют вторичные процессы, такие как гидрокрекинг и гидроочистка, направленные на углубление переработки нефти. Важную роль в проведении вторичных процессов гидрокрекинга, гидроочистки играют катализаторы. Загрузка катализаторов на гидрокрекинг производится на срок межремонтного периода работы установки, который составляет 48 месяцев.
Правильный выбор ассортимента катализаторов с гарантированным сроком службы напрямую влияет на получение высококачественных нефтепродуктов. На сегодняшний день фактором, определяющим продолжитель-
Дата поступления 18.01.16
The article presents the results of a study of acquisition and selection of catalysts to install «Hydrocracking» with the help of mathematical calculations in the optimization program planning Aspen PIMS. This model allows you to select the most favorable catalysts, which are at work in the hydrocracking reached the maximum production of components of diesel fuel and gasoline. According to the results of calculations criterion to select the best proposals of the participants, offering catalysts is the maximum profit for the same period of time (the deviation between the proceeds from the sale of marketable products and the total cost of marketable products).
Key words: catalysts; hydrocracking; optimization program.
ность цикла работы катализатора в реакторах установки гидрокрекинга, является рост перепада давления на слоях катализатора (максимально допустимая величина 8.0 кгс/см2). В процессе эксплуатации катализаторов важно следить за качеством перерабатываемого сырья на установке, что в свою очередь позволяет достигать гарантированные сроки службы катализаторов. Внеплановые простои установки гидрокрекинга на перегрузку катализаторов влечет убытки в размере 45 млн руб./сут. На НПЗ в определении правильного выбора катализаторов используется программа оптимизационного планирования Aspen PIMS.
Aspen PIMS — самая распространенная программа оптимизационного планирования в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. В ней используются электронные таблицы или базы данных для взаимодействия с пользователем и вывода настраиваемых отчетов. Эта программа используется более чем на 80% НПЗ и на 60% нефтехимических предприятий в мире *'2.
Aspen PIMS используется 2'3:
— для создания планов производства для одного или нескольких заводов, для одного или нескольких периодов;
— для планирования производства нефтепереработки и нефтехимии;
— для выбора сырья с учетом показателей качества и цены;
— для расчета экономики смешивания продуктов нефтепереработки;
— для изучения капитальных вложений (результат добавления новых установок, модернизации производства, использование новых катализаторов);
— для ретроанализа по выполнению плана;
— для управления запасами до и после ремонта при планировании ремонтов.
Процесс определения наилучшего катализатора состоит из нескольких этапов:
— расчет производственной программы с применением модели Aspen PIMS, версия 8.5, что позволяет выбрать оптимальный вариант работы катализатора;
— расчет изменения затрат вследствие изменения производственной программы;
— расчет изменения выручки от реализации товарной продукции вследствие изменения производственной программы.
Экспериментальная часть
Описание подбора катализаторов для установки Гидрокрекинг в программе оптимизационного планирования Р1М5.
В процессе проведения закупочных процедур поступают предложения участников, которые необходимо оценить и определиться с выбором наилучшего предложения. Для принятия решения производится расчет оптимального варианта работы установки Гидрокрекинг на предлагаемом катализаторе с помощью программы Р1МБ.
В программу Р1МБ вносятся исходные данные для расчета:
1. Выбирается модель завода, на котором будет использоваться новый катализатор.
2. Технологическая установка — Гидрокрекинг.
3. Марка и цена предлагаемого катализатора.
4. Гарантированный выход выпускаемых продуктов, предлагаемый поставщиком катализаторов.
5. Качественные характеристики выпускаемой продукции.
6. Срок службы катализатора.
7. Нормативы на реагенты, энергетику и топливо.
На рис. 1 приведен листинг программы Р1МБ «внесение исходных данных».
После внесения всех исходных данных запускается расчет в программе оптимизационного планирования Р1МБ для каждого предлагаемого поставщиком катализатора отдельно за одинаковый период времени. На рис. 2 приведен листинг программы Р1МБ «расчет производственной программы».
Рис. 1. Листинг программы Р1М8 «внесение исходных данных»
Рис. 2. Листинг программы PIMS «расчет производственной программы»
В процессе расчета программа PIMS обрабатывает примерно 200 таблиц, выбирая оптимальное решение работы технологической установки Гидрокрекинг на предлагаемом катализаторе за одинаковый период времени. В результате расчета программа выдает отчеты по сырью, по выпускаемой продукции, которые выгружаются в таблицы Excel и используются плановой службой для анализа и обоснования выбора предлагаемого катализатора. На рис. 3 приведен листинг программы PIMS «перечень отчетов по итогам расчета». На рис. 4 приведен листинг программы PIMS «отчет по технологической установке Гидрокрекинг при работе на предлагаемых катализаторах в течение месяца».
В результате расчетов в программе PIMS по исходным данным предложений поставщиков катализаторов максимальная выработка дизельного топлива и бензина за месяц у компании UOP.
Отчет по установке Гидрокрекинг используются для расчета затрат (себестоимости) на производство товарной продукции. На сырье установки рассчитано количество используемых катализаторов, реагентов, энергетики и топлива. Количество выработки дизельного топлива и бензина используются для расчета выручки от реализации товарной продукции.
При выборе поставщика катализаторов важными факторами являются: выход продуктов, гарантированный срок службы катализатора, перепад давления в конце первого меж-
регенерационного цикла работы в соответствии с требованиями технического задания и представление листа референций на предлагаемые катализаторы. На рис. 5 приведена сводная таблица результатов выбора наилучшего предложения
По сводной таблице результатов (рис. 5) наилучшим предложением на закупку катализатора является предложение компании «UOP». На данном катализаторе достигнута максимальная выработка товарной продукции по сравнению с другими предложениями. Максимальный гарантированный срок службы катализатора составляет 105 месяцев. Стоимость катализатора компании «UOP» ниже, прибыль выше по сравнению с другими предложениями.
Таким образом, установлено, что при выборе катализаторов предложения поставщиков анализирует в программе оптимизационного планирования Aspen PIMS. По итогам исследования для установки Гидрокрекинг лучшим предложением поставки катализаторов является компания «UOP». Эксплуатационные характеристики предложенного катализатора позволяют выработать максимальное количество товарной продукции и по сравнению с другими предложениями получить максимальную выручку от реализации этой товарной продукции в сумме 116 073 млн руб. в год.
Экономический эффект — прибыль для НПЗ от применения технического решения закупить и работать на катализаторе компании «UOP» составит 100 414 млн руб. в год — это
ОТЧЕТЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВ В МОДЕЛЕ PIMS
Aspen PIMS Process Industry Modeling^ System
Version 18.2.30 Copyright © 1985-2013 Aspen Technology, Inc. All Rights Reserved
PPIMS MODEL SOLUTION REPORT
Model: период Obj Fn:3133110,50 Solution Status:Optimal
Table of Contents
Сырье
Товарная продукция Expanded Purchases (покупка) Expanded Sales (продажа)
Utility Purchases - Period Всеп^ (реагенты и катализаторы) Мощности установок Смешение продуктов Отчет по установкам
Рис. 3. Листинг программы PIMS «перечень отчетов по итогам расчета»
Подмодель: SDHC ГИДРОКРЕКИНГ
ЗАО
Сырье установки База UOP Axens Haldor Торговый
Topsoe дом
"КАТАХИМ"
+GK Вакуумный газойль 110580 110580 110580 110580 110580
GH2 Водород 3420 3420 3420 3420 3420
Всего 114000 114000 114000 114000 114000
Продукты установки
DG2 Дизтопливо с ГК 36942 44343 43237 44232 58110
NGD Бензин ГК 24509 37708 37155 35496 19517
FOG Рециркулят ГК 42365 24328 22116 22146 27451
GS1 Сероводородсод.ГК 2300 2300 2300 2300 2300
RGK Рефлюкс с ГК 2927 1216 4534 5529 1791
GH5 ВСГ с ГК 1659 1659 1659 1659 1659
GGK Сухой газ ГК 2911 2060 2613 2251 2785
L21 Потери с ГК 387 387 387 387 387
Всего 114000 114000 114000 114000 114000
Вспомогательные материалы
QGT Топливо газообр.тн 6413 6413 6413 6413 6413
QPR Пар, гкал 8625 8625 8625 8625 8625
QBO Вода, м3 884644 884644 884644 884644 884644
QQQ Эл энергия,тыс.Кват. 8271423 8271423 8271423 8271423 8271423
QCB Сжатый воздух, м3 342800 342800 342800 342800 342800
272 Моноэтаноламин 2057 2057 2057 2057 2057
174 Ингибитор ДК-71 2212 2212 2212 2212 2212
IK1 Ингибитор коррозии ЕС 1570 1570 1570 1570 1570
385 Диэтиленгликоль 442 442 442 442 442
KK3 Катализатор HMC-868 133 0 133 0 0
KK4 Катализатор HTK-758 1647 0 0 0 0
KK5 Катализатор HTK-558 2245 0 0 0 0
KK6 Катализатор HYK-742 2123 0 0 0 0
Катализатор KF-860-1,3Q 2393 0 0 0
Катализатор HC-185LT 1321 0 0 0
Катализатор KF-648-1,3Q 128 0 0 0
Катализатор KG-5-3Q 127 0 0 0
Катализатор CatTrap-30 24 0 0 0
Катализатор HRK-558 2245 0 0
Катализатор HDK-776 2212 0 0
Катализатор HYK-732 2101 0 0
Катализатор ТК-47 1648 0
Катализатор ТК-607 BRIM 2125 0
Катализатор ТК-951 1240 0
Катализатор ТК-743 1589 0
Катализатор PK-442 NiM 2495
Катализатор PK-442 NiY 2150
Рис. 4. Листинг программы Р1М8 «отчет по технологической установке Гидрокрекинг при работе на предлагаемых катализаторах в течение месяца»
Наименование ед. изм. UOP Axens Haldor Topsoe ЗАО Торговый дом "КАТАХИМ"
Загрузка по сырью Загрузка по сырью за год тонн/сутки тыс.тонн 3 020 1 102 3 020 1 102 3 020 1 102 3 020 1 102
Выработка товарной продукции (В) - сжиженные газы - бензин - дизельное топливо тыс.тонн тыс.тонн тыс.тонн 45 368 434 22 328 485 12 319 496 21 217 574
Гарантированный первый межрегенерационный цикл месяц 48 48 8 48
Гарантированный срок службы месяц 105 72 20 84
Полная себестоимость товарной продукции за год (ПС) млн. руб. 15 660 15 735 15 735 15 500
Выручка за год (ТП) млн. руб. 116 073 115 955 115 897 115 554
Стоимость закупаемого катализатора млн. руб. 119,200 130,010 130,620 166,410
Прибыль за год (ПР) млн. руб. 100 414 100 220 100 162 100 054
В — выработка товарной продукции за год, т
ПС — полная себестоимость за год — затраты на выработку товарной продукции, млн руб. ТП — выручка за год — доход от реализации товарной продукции, млн руб.
ПР — прибыль за год — отклонение между выручкой за год и полной себестоимостью товарной продукции, млн руб.
Рис. 5. Сводная таблица результатов выбора наилучшего предложения
максимальная прибыль по сравнению с другими участниками.
Перспективность данного исследования связана с тем, что использование программы оптимизационного планирования Aspen PIMS на НПЗ позволит с высокой точностью плани-
ровать производственную программу в зависимости от рынка сбыта и маржинальности товарной продукции, анализировать предложения по поставке катализаторов и принимать правильные решения.
Литература
1. Шпак О.С., Фаизов А.Р., Чуракова С.К., Кантор Е.А. Математическое моделирование технологического процесса в среде Unisim Design и Aspen Pims // Матер. 3 Всерос. Конф. «Интенсификация тепломассообменных процессов:-Казань: КНИГУ, 2012.- С 248-352.
2. Официальный сайт Aspen Technology, http://www.aspentech.com/
3. Официальный сайт Aspen Technology [Электронный ресурс].- Режим доступа: http:// www.yokogawa.com/index.htm. Дата обращения: 25.02.2014
References
1. Shpak O.S., Faizov A.R., Churakova S.K., Kantor E.A. Matematicheskoe modelirovanie tehnologicheskogo protsessa v srede Unisim Design i Aspen Pims [Mathematical modeling of the process in an environment Unisim Design and Aspen Pims] Mater. 3 Vseros. Konf. «Intensifi-katsiya teplomassoobmennykh protsessov» [Proc. of 3 of All-Russian Conference «The intensification of heat and mass transfer processes»]. Kazan', KNITU Publ., 2012, pp. 248-352.
2. http://www.aspentech.com/
3. http://www.yokogawa.com/index.htm.
