Прогнозирование работы промышленной установки гидроочистки вакуумного дистиллята с применением математической модели

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Современные тенденции в переработке тяжелой нефти с высоким содержанием серы и ужесточение экологических требований к топливу приводят к необходимости проведения очистки углеводородного сырья от вредных компонентов, таких как сера. Одним из процессов облагораживания средних и тяжелых фракций нефти является гидроочистка. Из-за высокой значимости процесса гидроочистки в современной нефтепереработке применение математических моделей имеет критически важное значение при проектировании новых установок, оптимизации работы действующих, а также при разработке катализаторов.

Цель. Настоящая работа посвящена прогнозированию работы промышленной установки гидроочистки вакуумного газойля при изменении состава сырья и основных управляющих параметров с применением математической модели.

Методы. Метод жидкостно-адсорбционной хроматографии на установке «Градиент М» для определения состава вакуумного газойля, метод газожидкостной хроматографии с применением хроматографа «Кристалл 2000 М» для определения содержания серосодержащих соединений в вакуумном газойле, метод криоскопии в бензоле для определения молекулярной массы, метод энергодисперсионной рентгенофлуорисцентной спектрометрии для определения общей серы в вакуумном газойле, пикнометрический метод для измерения плотности, квантово-химический метод исследования, реализованный в программе Gaussian, для определения термодинамических характеристик реакций, метод математического моделирования химико-технологических процессов.

Результаты. Предложена 12-компонентная математическая модель процесса гидроочистки вакуумного дистиллята, которая учитывает большинство реакций гидрогенолиза, гидрирования и гидрокрекинга гетероорганических соединений, массоперенос газ–жидкость и жидкость–твердое тело, а также влияние дезактивации катализатора коксом на его активность. По результатам расчетов, выполненных с использованием математической модели, можно сделать вывод о том, что модель процесса гидрооблагораживания вакуумного газойля достоверно воспроизводит зависимости остаточного содержания серы в продукте от изменений основных управляющих параметров работы промышленной установки гидроочистки вакуумного дистиллята.

Об авторах

Сания Болатовна Аркенова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sba5@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6345-9754

инженер отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Елена Николаевна Ивашкина

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ivashkinaen@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3984-1352

доктор технических наук, профессор отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Елизавета Федоровна Гриценко

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: efg2@tpu.ru

магистрант отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Список литературы

  1. Абдуллин А.И., Сираев И.Р. Гидрокрекинг как процесс получения дизельного топлива // Вестник технологического университета. – 2016. – Т. 19. – № 10. – С. 41–43.
  2. Исследование кинетических особенностей реакций гидродесульфуризации, гидродеазотирования и гидрирования соединений тяжелого нефтяного сырья на сульфидных Ni6PMonW(12–n)/Al2O3 катализаторах гидроочистки / А.В. Моисеев, Н.М. Максимов, П.С. Солманов, В.А. Тыщенко // Кинетика и катализ. – 2023. – Т. 64. – № 2. – С. 189–202. DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123020053
  3. Халикова Д.А., Петров С.М., Башкирцева Н.Ю. Обзор перспективных технологий переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – Т. 16. – № 3. – С. 217–221.
  4. Nadeina K.A., Potapenko O.V., Kazakov M.O. Influence of hydrotreatment depth on product composition of fluid catalytic cracking process for light olefins production // Catalysis Today. – 2021. – № 378. – P. 2–9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.04.014
  5. Shved M.V., Glushko N.A. The process for hydrotreatment of diesel fuel: chemical basis // World science: problems and innovations: materials of the XLVII International scientific and practical conference. – Penza, October 30, 2020. – Penza: Science and Education (IP Gulyaev G.Yu.), 2020. – P. 30–34.
  6. Жуков К.Г. Экологические аспекты применения бензина каталитического крекинга и методы улучшения его качества // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – 2019. – № 1. – С. 218–233. DOI: https://doi.org/10.17122/ogbus-2019-1-218-233.
  7. Габидуллина Л.В., Муртазин Ф.Р. Пути совершенствования процесса гидроочистки дизельного топлива // Международный научный журнал «Вестник науки». – 2024. – Т. 3. – № 5 (74). – С. 1401–1403.
  8. Влияние термических и каталитических методов добычи на состав и свойства извлекаемой нефти / А.И. Хамидуллина, Д.А. Ибрагимова, С.М. Петров, З.Р. Закирова // Вестник технологического университета. – 2015. – Т. 18. – № 9. – С. 124–128.
  9. Томин В.П., Кабышев В.А. Проблемы аномальных процессов солеотложений и коррозии на установках гидроочистки нефтяных фракций // Технологии нефти и газа. – 2009. – № 4 (63). – С. 3–10.
  10. Шемелова О.В. Математическое моделирование в процессах химической технологии // Бюллетень науки и практики. – 2018. – Т. 4. – № 12. – С. 20–23. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.2252778.
  11. Капуста Д.П. Молекулярно-динамическое моделирование реакций в гидратированных системах: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. – М., 2022. – 22 с.
  12. Самойлов Н.А. Математическое моделирование и оптимизация процесса гидроочистки дизельного топлива // Теоретические основы химической технологии. – 2021. – Т. 55. – № 1. – С. 99–109. DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357120060202.
  13. Самойлов Н.А. Специфика математического моделирования сложных многокомпонентных химических процессов // Промышленные процессы и технологии. – 2021. – Т. 1. – № 1. – С. 37–52. DOI: https://doi.org/10.37816/2713-0789-2021-1-1-37-52.
  14. Судаков Д.О. Превращение азот-и серосодержащих соединений в процессе гидроочистки вакуумного газойля // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XXIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера. – Томск, 16–19 мая 2022. – Томск: ТПУ, 2022. – Т. 2. – С. 100–101.
  15. Кривцова Н.И., Судаков Д.О. Оценка термодинамических и кинетических параметров протекания реакций деазотирования в процессе гидроочистки // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа: Материалы X Международной конференции. – Екатеринбург, 02–06 октября 2023. – Екатеринбург: Институт химии нефти СО РАН, 2023. – С. 118–119.
  16. Бессонова Н.В., Зирка А.А., Решетников С.И. Математическое моделирование гидроочистки топлива с учетом влияния температуры на дезактивацию катализатора // Наука. Технологии. Инновации: XV Всероссийская научная конференция молодых ученых, посвященная Году науки и технологий в России. – Новосибирск, 06–10 декабря 2021. – Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2021. – Ч. 3. – С. 17–20.
  17. Babidorich M.I., Demin A.M., Reutova O.A. Using mathematical modeling to generate training data in hydrotreating processes // International Journal of Open Information Technologies. – 2023. – Vol. 11. – № 5. – P. 114–118.
  18. Pereira Neto A.T., Lucas Fernandes T.CR, Da Silva H.B. Jr. Three-phase trickle-bed reactor model for industrial hydrotreating processes: CFD and experimental verification // Fuel Processing Technology. – 2020. – № 208:106496. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106496
  19. Применение прогнозирующих алгоритмов машинного обучения к процессам нефтепереработки в рамках интеллектуальной автоматизации / В.В. Бухтояров, И.С. Некрасов, В.С. Тынченко, К.А. Башмур, Р.Б. Сергиенко // Научные труды НИПИ Нефтегаз ГНКАР. – 2022. – № S1. – С. 12–20. DOI: https://doi.org/10.5510/OGP2022SI100665.
  20. Cyclic operation of trickle bed reactors: a review / A. Atta, S. Roy, F. Larachi, K.D.P. Nigam // Chemical Engineering Science. – 2014. – № 115. – P. 205–214. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2013.08.038.
  21. Alvarez A., Ancheyta J. Modeling residue hydroprocessing in a multi-fixed-bed reactor system // Applied Catalysis A: General. – 2008. – № 351. – P. 148–158. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.09.010
  22. Alvarez A., Ancheyta J. Simulation and analysis of different quenching alternatives for an industrial vacuum gasoil hydrotreater // Chemical Engineering Science. – 2008. – № 63. – P. 662–673. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2007.10.007
  23. A modeling study of the effect of reactor configuration on the cycle length of heavy oil fixed-bed hydroprocessing / A. Alvarez, J. Ancheyta, G. Centeno, G. Marroquín // Fuel. – 2011. – № 90. – P. 3551–3560. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.03.043007
  24. Modeling of trickle bed reactor for hydrotreating of vacuum gas oils: effect of kinetic type on reactor modeling / F. Jimenez, K. Ojeda, E. Sanchez, V. Kafarov, R. Maciel Filho // Computer Aided Chem. Eng. – 2007. – № 24. – P. 515–520. DOI: https://doi.org/10.1016/S1570-7946(07)80109-X
  25. Korsten H., Hoffmann U. Three-Phase reactor model for hydrotreating in pilot trickle-bed reactors // AIChE J. – 1996. – № 42. – P. 1350–1360. DOI: https://doi.org/10.1002/aic.690420515X
  26. Mederos F.S., Ancheyta J. Mathematical modeling and simulation of hydrotreating reactors: cocurrent versus countercurrent operations // Appl. Cat. A: General. – 2007. – № 332. – P. 8–21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2007.07.028
  27. Mederos F.S., Ancheyta J., Elizalde I. Dynamic modeling and simulation of hydrotreating of gas oil obtained from heavy crude oil // Appl. Cat. A: General. – 2012. – № 425–426. – P. 13–27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.02.034
  28. Rodríguez M.A., Ancheyta J. Modeling of Hydrodesulfurization (HDS), Hydrodenitrogenation (HDN), and the Hydrogenation of Aromatics (HDA) in a vacuum gas oil hydrotreater // Energy Fuels. – 2004. – № 18. – P. 789–794. DOI: https://doi.org/10.1021/ef030172s
  29. Kallinikos L.E., Jess A., Papayannakos N.G. Kinetic study and H2S effect on refractory DBTs desulfurization in a heavy gasoil // Journal of Catalysis. – 2010. – № 269. – P. 169–178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.11.005
  30. Simulation of hydrotreating of light cycle oil with a system dynamics model / Z. Liu, Y. Zheng, W. Wang, Q. Zhang, L. Jia // Applied Catalysis A: General. – 2008. – № 339. – P. 209–220. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.01.018

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).