Смышляева, Юлия Александровна. Моделирование процесса приготовления высокооктановых бензинов на основе углеводородного сырья в аппаратах циркуляционного типа

Короткий опис

Смышляева, Юлия Александровна. Моделирование процесса приготовления высокооктановых бензинов на основе углеводородного сырья в аппаратах циркуляционного типа : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.08 / Смышляева Юлия Александровна; [Место защиты: Нац. исслед. Том. политехн. ун-т].- Томск, 2011.- 144 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2603

Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Национальный исследовательский
Томский политехнический университет»
На правах рукописи

СМЫШЛЯЕВА ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ
ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ НА ОСНОВЕ
УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В АППАРАТАХ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО
ТИПА
05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
Доктор технических наук, профессор
Иванчина Эмилия Дмитриевна
Томск -2011
С
Ч!

ОГЛАВЛЕНИЕ
? ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СПОСОБОВ
, ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА- КОМПАУНДИРОВАНИЯ
ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ 7
1.1 Современные тенденции развития рынка производства автомобильных бензинов 7
1.2 Основные компоненты высокооктановых бензинов 10
1.2.1 Вторичные продукты переработки нефти 12
1.2.2 Кислородсодержащие добавки 14
1.2.3 Антидетонационные присадки 17
1.3 Математические модели расчета детонационной стойкости бензинов 21
1.3.1 Математические модели расчета октановых чисел бензинов по физико-химическим показателям 22
1.3.2 Математические модели, учитывающие покомпонентный состав бензинов 30
1.3.3 Методики расчета октановых чисел, основанные на учете структуры углеводородов 33
1.4 Постановка задачи исследования 36
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ КОМПАУНДИРОВАНИИ
ВЫСОКООКТАНОВЫХ БЕНЗИНОВ 38
2.1 Возникновение неаддитивности при смешении углеводородных потоков 38
2.2 Исследование влияния полярности компонентов бензиновой смеси на величину отклонения детонационных свойств бензинов от аддитивности. 41
2.3 Разработка методики расчета октановых чисел с учетом интенсивности межмолекулярных взаимодействий компонентов смеси 43
2.3.1 Расчет дипольных моментов молекул углеводородов 45
2.3.2 Расчет интенсивности межмолекулярных взаимодействий компонентов смеси 49
2.3.3 Оценка адекватности математической модели реальному процессу.. 50
2.4 Математическое моделирование процесса приготовления,топливных
композиций с использованием антидетонационных присадок 58
2.4.1 Механизм действия антидетонационных присадок 58
2.4.2 Термодинамический расчет реакций разрушения пероксидов 62
2.4.3 Разработка математической модели, учитывающей влияние присадок на октановое число 66
2.4.4 Оценка адекватности математической модели 70
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ
СИСТЕМЫ ПРОЦЕССА КОМПАУНДИРОВАНИЯ ВЫСОКООКТАНОВЫХ
БЕНЗИНОВ 74
3.1 Современные моделирующие программы 74
3.2 Разработка агрегированной базы данных по октановым числам 77
3.3 Структура и основные блоки компьютерной моделирующей системы процесса компаундирования 80
3.4 Формирование входной информации в компьютерной моделирующей системе 84
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВНЕДРЕНИЕ 88
4.1 Оптимизация расхода потоков в аппаратах циркуляционного типа с использованием разработанной моделирующей системы 88
4.2 Влияние расхода углеводородных потоков на октановое число бензина 92
4.3 Расчет оптимальных вариантов компаундирования при изменении состава сырья с использованием компьютерной моделирующей системы . 97
4.4 Расчет оптимальной конструкции аппарата с использованием разработанной моделирующей системы 99
4.5 Автоматизация процесса приготовления высокооктановых бензинов 108
ВЫВОДЫ . Ill
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЕ А 124
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 126
ПРИЛОЖЕНИЕ В 140
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 141
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 144

Список літератури

выводы
1. .Рссурсоэффективность приготовления высокооктановых бензинов определяющим; образом-зависит от соотношения расходов смешиваемых потоков?; При этом? отклонения? детонационной? стойкости? бензинов? от требований» ЕО€Т приводят к? некондиционности? бензинов? или? к? неоправданному перерасходу высококачественных и дорогостоящих < компонентов:
2. Оптимизация расхода потоков и конструкции аппаратов циркуляционного типа зависит от многих факторов: количества смешиваемых компонентов, производительности^ углеводородного * состава потоков: Решение данной? задачи наиболее эффективно может быть определено методом математического моделирования на физико-химической основе.
3. Октановые числа? бензиновых фракций показывают значительные отклонения от аддитивности. Величина отклонений от аддитивности зависит от углеводородного* состава смесей. Для изомеризатов; где доля ароматических углеводородов незначительна; средние отклонения от аддитивности составляют Г—3 ед. При.этом наблюдается синергетический эффект, при которомфезультирующее октановое число оказывается выше, чем октановое число с учетом вклада каждого компонента. Для риформатов; где доля ароматических углеводородов достигает 60%, средние отклонения? от аддитивности составляют 8-10 ед. При этом наблюдается* антагонистический эффект, при котором: результирующее . октановое число оказывается* ниже, чем октановое число с учетом вклада каждого компонента.
4. Влияние на неаддитивность октановых чисел смешения оказывают . межмолекулярные взаимодействия между компонентами? смеси, интенсивность которых определяется величиной полярности молекул углеводородов. Установлены количественные закономерности влияния? полярности компонентов бензиновой: смеси (дипольным моментом) на неаддитивность октановых чисел смешения. С использованием пакета
квантово-химических программ/ установлен интервал изменения дипольных моментов; который в зависимости от полярности углеводорода может составлять от 0,1 до 0,7 Д. .
5. Использование разработанной математической модели расчета октановых чисел бензинов позволяет определить значения; интенсивности межмолекулярных взаимодействий; В для? каждого /-го компонента углеводородной смеси установлен? интервал изменения? Д от 0 до Г,28 в зависимости от величины полярности молекулы. .
6. Проведенный термодинамический анализ позволяет теоретически обосновать механизм разрушения пероксидов при. добавлении антидетонационных присадок к углеводородным потокам. Эффективность присадок определяется приемистостью разного типа; топлива к этой присадке. Установленный интервал изменения коэффициента приемистости П находится в пределах от 0,2 до Ь в; зависимости от углеводородного состава потока:
7. Предложенная математическая модель адекватно отражает процесс компаундирования высокооктановых бензинов и подтверждается экспериментальными данными с различных НПЗ. Средняя абсолютная погрешность, полученная в результате сопоставления расчетных октановых чисел с экспериментальными; составляют не более 0,5-0.9 единиц, что соответствует требованиям ГОСТ 511-82 о воспроизводимости результатов определения октанового числа.
8. Расчеты оптимальных вариантов смешения потоков, выполненные на основе предложенных математических моделей, позволяют прогнозировать получение высокооктановых бензинов требуемых марок. Рецептуры смешения рассчитывались с учетом ограничений по содержанию ароматических, олефиновых углеводородов, оксигенатов; присадок согласно требованиям стандартов.
9. Методика расчета аппарата циркуляционного типа позволяет рассчитать основные конструкционные размеры, количество и типы основного
аппарата и вспомогательного оборудования для процесса приготовлении бензинов на основе рассчитанной оптимальной рецептуры смешения. При этом обоснована конструкция циркуляционного аппарата такого типа.
Схема компаундирования с циркуляционным насосом, предложенная для нефтеперерабатывающего завода, обеспечила эффективность процесса приготовления высокооктановых бензинов. Установлено, что изменение расхода потоков смешиваемых компонентов и производительности аппаратов в интервале от 106 до 6634 м3/сут влияет на количество, тип и мощность насосов для закачки компонентов в аппарат циркуляционного типа, для циркуляции смеси в аппарате и выгрузки товарного продукта из резервуара