CC BY
205
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: [email protected]
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: [email protected]
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
