Введение к работе
Актуальность работы
Установка гидроочистки дизельного топлива представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), состоящую из взаимосвязанных блоков: подготовки сырья, реакторного блока, блока сепарации, блока очистки водородсодержащего газа и блока стабилизации. От эффективного управления каждым из блоков и системы в целом зависит качество конечного продукта – дизельного топлива.
В связи с переходом европейских стран на новые нормативы, ужесточающие требования к качеству, одной из главных задач отечественных нефтеперерабатывающих заводов становится производство экологически чистых продуктов класса ЕВРО. С 2008 года на территории Российской Федерации введен технологический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». В этом регламенте предусматривается постепенное снижение содержания серы в дизельном топливе, пускаемом в оборот с 500 ppm в 2013 г. до 10 ppm в 2016 г, также ужесточаются требования по содержанию полициклоароматическим соединения и т.д.
Существующие типовые установки гидроочистки дизельных фракций среднего (до 4 МПа) давления способны перерабатывать прямогонное сырье только при умеренной глубине обессеривания. Глубокая гидроочистка вторичного сырья с получением низкосернистых продуктов, соответствующая стандартам ЕВРО, сопряжена с резким сокращением межрегенерационного периода работы таких установок из-за ускоренной дезактивации катализаторов, забивкой оборудования смолами и полимерными продуктами.
Альтернативой является внедрение установок гидроочистки более высокого давления (6-10 МПа) с высокоэффективными катализаторами. Однако реализация подобных проектов по сравнению с типовыми установками требуют увеличения капиталовложений в 2 раза; а эксплуатационных затрат - до 80 % (главным образом за счет увеличения энергопотребления). В связи с этим для повышения качества продукта наряду с оптимизацией существующих процессов гидроочистки особую актуальность приобретает поиск возможного использования в составе действующих производств дополнительных подсистем, направленных на очистку от вредных для экологии соединений: - блоков экстракции сульфидов водными растворами серной кислоты; экстракции сераорганических и азотсодержащих соединений, аренов органическими растворителями и других.
Целью диссертации является синтез оптимальной энергосберегающей химико-технологической системы комбинированного процесса сероочистки дизельных топлив. Для решения этой задачи необходимо:
- разработать модели элементов системы;
- разработать модель ХТС комбинированной установки гидроочистки дизельного топлива и экстракции;
- провести структурно- параметрическую оптимизацию ХТС;
- определить оптимальные параметры работы комбинированной установки гидроочистки со снижением приведенных затрат.
Объект исследования. Химико-технологическая система комбинированного процесса гидроочистки дизельных топлив, представляющая собой взаимосвязанные подсистемы подготовки сырья, реакторного блока, сепарации, очистки водородсодержащего газа, стабилизации и экстракции.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы системного анализа, моделирования, оптимизации и структурно-параметрического синтеза.
Научная новизна работы
На основании предложенного комбинированного процесса гидроочистки дизельного топлива разработана модель ХТС, включающей подсистемы производства дизельного топлива с предварительной экстракцией атмосферного газойля и последующей гидроочисткой смеси фракции 200-320оС и газойля при умеренных давлениях, обеспечивающей получение топлива с содержанием серы не более 10 ppm и концентрацией полициклоаренов, соответствующих нормам ЕВРО -5.
На базе результатов экспериментальных исследований, полученных на промышленном объекте, разработана модель реактора процесса гидроочистки, в которой кинетика гидрогенолиза описывается уравнением первого порядка, а состав компонентов, определяется, как функция количества прореагировавшей общей серы.
Предложен модифицированный эволюционный метод структурно-параметрической оптимизации комбинированного процесса гидроочистки. Модификацией метода является реализация двухуровнего подхода в решении задачи синтеза ХТС с использованием экономического критерия.
Практическая значимость состоит в следующих результатах:
С помощью модифицированного эволюционного метода структурно-параметрической оптимизации разработана оптимальная структура ХТС нового комбинированного процесса гидроочистки дизельных топлив.
Показано, что применение комбинированного процесса гидроочистки дизельных топлив позволит получать топлива, соответствующие нормам экологического класса К-5технического регламента Таможенного союза, что может быть использовано при реконструкции действующих установок гидроочистки.
На модели ХТС проведено исследование адсорбционной и экстракционной очистки атмосферного газойля от ароматических углеводородов и сераорганических соединений. Показано, что экстракционная очистка газойля от серосодержащих соединений является более предпочтительной по сравнению с адсорбционным методом. Приведены результаты исследования противоточной пятиступенчатой экстракции легкого газойля висбрекинга N-метилпирролидоном и фенолом.
Достоверность результатов. Достоверность сформулированных научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием методов математического моделирования, оптимизации; проведением численных экспериментов, подтверждающих адекватность математических моделей; согласованностью полученных теоретических исследований процессов нефтепереработки с экспериментальными данными.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на международных научных конференциях: «Ресурсосбережение в химической технологии» (Санкт-Петербург, 2012), «III научно-техническая конференция молодых ученых, НЕДЕЛЯ НАУКИ 2013» (Санкт-Петербург, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 135 страницах печатного текста, включает 38 рисунков и 28 таблиц, список литературы включает 88 наименований.
