Национальный исследовательский Томский политехнический университет (г. Томск)

 

 

Эта статья была опубликована в сборнике научных трудов "Актуальные проблемы современной науки" (том 1, №3, 2012г.) c материалами IX Международной Телеконференции (29 октября - 3 ноября 2012 года) 

 

Важнейшими задачами развития нефтеперерабатывающей промышленности на современном этапе являются: вовлечение в переработку все более тяжелых нефтей с повышенным содержанием высококипящих фракций и остатков, серы, смол и металлов; увеличение глубины переработки нефти; ужесточение экологических требований к качеству топлив; обеспечение растущего спроса на высококачественные моторные топлива. Жесткие требования  к качеству моторных топлив (в первую очередь, по содержанию серы, полициклических ароматических углеводородов) определяют необходимость совершенствования технологических процессов. В то же время климатические условия Российской Федерации обуславливают большую потребность в высококачественных низкозастывающих дизельных топливах, которая на сегодняшний день обеспечивается менее чем наполовину. 

Несмотря на широкий выбор и разнообразие методов по улучшению низкотемпературных свойств дизельный топлив, данная проблема остается не решенной не только в России но и за рубежом.

Решить данную проблему возможно путем интеграции заводского и вычислительного эксперимента, то есть путем внедрения на предприятия компьютерных моделирующих систем, построенных с учетом физико-химической сущности протекающих в контактных аппаратах процессов. Показательность и прогнозирующая способность математической модели во многом зависит от заложенной в ее основу схемы превращений углеводородов, которая должна быть достаточно простой, но в то же время достаточно детализированной.

Целью данной работы является составление формализованной схемы превращений углеводородов в процессе гидродепарафинизации смеси атмосферного газойля с бензином висбрекинга на основе термодинамических характеристик и создание на ее основе кинетической модели.

На основании имеющихся представлений о химизме и механизме процесса гидродепарафинизации, а также анализа технологических потоков на установке была составлена схема превращений данного процесса.

Основные реакции процесса депарафинизации: гидрирование олефинов в парафины, гидрокрекинг парафинов С12 – С27, гидрокрекинг нафтенов, изомеризация парафинов С12 – С27, циклизация изо-парафинов, гидрирование моно-ароматических углеводородов, гидрирование ди-ароматических углеводородов, образование коксогенных структур (КГС). Термодинамическая вероятность протекания указанных реакций была подтверждена расчетом изменения энергии Гиббса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема превращений в процессе гидродепарафинизации

 

 

Для оценки термодинамических свойств углеводородов, участвующих в процессе депарафинизации были применены квантово-химические методы расчета. Расчеты проводили с использованием программных продуктов Gaussian и GaussView. В качестве метода расчета выбран метод DFT. Теоретическим приближением являлась модель B3LYP. На основе составленной схемы превращений была разработана кинетическая модель процесса. Скорости реакций, входящих в схему превращений углеводородов в ходе процесса депарафинизации были записаны согласно закону действующих масс. Компьютерная реализация кинетической модели осуществлена с применением языка программирования Pascal.

Составление схемы превращений и разработка на ее основе кинетической модели процесса является важнейшим этапом в создании математической модели, которая учитывает физико-химические закономерности протекания процесса, позволяющей проводить прогнозные расчеты работы установки и рекомендовать оптимальные условия процесса с целью повышения ресурсоэффективности производства низкозастывающих дизельных топлив.