Термодинамический анализ реакций превращения серо- и азотсодержащих соединений в процессе гидроочистки дизельного топлива

Расчет и анализ термодинамических параметров реакций превращения серосодержащих и азотсодержащих соединений в процессе гидроочистки дизельного топлива.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 14

1 Процесс гидроочистки дизельного топлива ……………………………………………. 16

1.1 Основные типы сернистых и азотистых соединений, входящих в состав
дизельного топлива ………………………………………………………………………………….. 17

1.2 Принципиальная технологическая схема установки гидроочистки
дизельного топлива ………………………………………………………………………………….. 20

1.3 Влияние технологических параметров на процесс гидроочистки ……….. 24

1.3.1 Влияние температуры ……………………………………………………………………. 24

1.3.2 Влияние объемной скорости подачи сырья…………………………………….. 25

1.3.3 Влияние давления………………………………………………………………………….. 26

1.3.4 Влияние отношения водород: углеводородное сырье …………………….. 26

1.4 Катализаторы процесса гидроочистки ……………………………………………….. 28

1.5 Химизм процесса гидроочистки дизельного топлива …………………………. 30

2 Экспериментальная часть ………………………………………………………………………. 35

2.1 Объект и методы исследования …………………………………………………………. 35

2.2 Анализ полученных результатов ……………………………………………………….. 38

2.2.1 Расчет термодинамических параметров реакций превращения
серосодержащих соединений в процессе гидроочистки дизельного
топлива ……………………………………………………………………………………………………. 38

2.2.2 Расчет термодинамических параметров реакций превращения
азотосодержащих соединений в процессе гидроочистки дизельного
топлива ……………………………………………………………………………………………………. 41

2.2.3 Сравнительный анализ влияния положения метильного радикала в
молекуле на разрыв связи С-S и C-N в молекуле бензотиофена и индола ….. 43

3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 50
3.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 50

3.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 50

3.1.2 Диаграмма Исикавы ……………………………………………………………………… 50

3.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………….. 51

3.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ……………………………………………………………………………………………. 53

3.2 Инициация проекта …………………………………………………………………………… 54

3.3 Планирование управления научно-техническим проектом…………………. 57

3.3.1 Иерархическая структура работ проекта ………………………………………… 57

3.3.2 Контрольные события проекта………………………………………………………. 57

3.3.3 План проекта ………………………………………………………………………………… 58

3.3.4 Бюджет научного исследования…………………………………………………….. 59

3.3.5 Организационная структура проекта ……………………………………………… 64

3.3.6 Матрица ответственности ……………………………………………………………… 65

3.3.7 План управления коммуникациями проекта …………………………………… 66

3.3.8 Реестр рисков проекта ………………………………………………………………….. 67

3.3.9 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования ….. 67

4 Социальная ответственность………………………………………………………………….. 71

4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 71

4.2 Производственная безопасность………………………………………………………… 72

4.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов ……………….. 73

4.2.1.1 Неудовлетворительные показатели микроклимат ……………………….. 73

4.2.1.2 Недостаточное освещение рабочей зоны …………………………………….. 74

4.2.1.3 Напряженность рабочего процесса …………………………………………….. 75
4.2.1.4 Неудовлетворительная работа системы вентиляции ……………………. 76

4.2.1.5 Воздействие электромагнитного излучения ………………………………… 77

4.2.1.6 Поражение электрическим током ……………………………………………….. 77

4.2.1.7 Возникновение пожара ………………………………………………………………. 77

4.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия
опасных и вредных факторов ……………………………………………………………………. 78

4.2.2.1 Неудовлетворительные показатели микроклимат ……………………….. 78

4.2.2.2 Недостаточное освещение рабочей зоны …………………………………….. 78

4.2.2.3 Напряженность рабочего процесса …………………………………………….. 79

4.2.2.4 Неудовлетворительная работа системы вентиляции ……………………. 79

4.2.2.5 Воздействие электромагнитного излучения ………………………………… 80

4.2.2.6 Поражение электрическим током ……………………………………………….. 80

4.2.2.7 Возникновение пожара ………………………………………………………………. 81

4.3 Экологическая безопасность ……………………………………………………………. 82

4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 83

Заключение ……………………………………………………………………………………………… 85

Список публикаций ………………………………………………………………………………….. 87

Список используемых источников ……………………………………………………………. 88

Приложение I …………………………………………………………………………………………… 92

В результате выполнения выпускной квалификационной работы был
изучен процесс гидроочистки дизельного топлива, а также рассчитаны и
проанализированы термодинамические параметры реакций превращения
сернистых и азотистых соединений в процессе гидроочистки дизельного топлива
с помощью квантово-химических методов расчета.
Также данная работа была рассмотрена со стороны финансового
менеджмента, ресурсоэффективности, ресурсосбережения и социальной
ответственности.
На основании проведенного исследования были сформулированы
следующие выводы:
Анализируя, полученные термодинамические параметры, реакций
гидрирования серо- и азотсодержащих соединений, очевидно, что процесс
гидроочистки дизельного топлива протекает с выделением теплоты, то есть
реакции экзотермические (∆H<0). Значения энергии Гиббса отрицательные, то процесс является необратимым и самопроизвольным. Наиболее реакционноспособными соединениями среди сернистых соединений являются сульфиды (∆G = -159,32 кДж/моль), а среди азотистых соединение – пиррол (∆G = -107,24 кДж/моль). Изменение энтропии в результате реакций уменьшалось, то есть в ходе реакции объем системы тоже будет уменьшаться. Проведя сравнительный анализ между молекулами бензотиофена и индола, имеющих похожую структуру, с различным положением радикала СН3 было выявлено, что чем ближе находится метильный радикал к гетероатому в молекуле, тем труднее происходит гидрогенолиз и тем устойчивее является соединение. Энергия Гиббса бензотиофена с различным положением метильного радикала изменяется от -88,84 до -108,22 кДж/моль, а ∆G индола, 2-метилиндола и его изомеров находиться в пределах от -44,23 до -77,16 кДж/моль. В результате реакционная способность серосодержащих веществ выше по сравнению с азотсодержащими соединениями, так как больше отрицательная величина ΔG. Рассчитан интегральный показатель эффективности (4,29), интегральный показатель ресурсоэффективности (4,25), а также интегральный финансовый показатель разработки (0,99). Полученные значения позволяют судить о приемлемости текущей разработки с позиции финансовой и ресурсной эффективности. Были анализированы вредные и опасные факторы, которые могут повлиять на результат выполнения работы. Список публикаций 1. Кислицкая Е. Р. Динамика общего содержания серы в процессе гидроочистки дизельного топлива / Е. Р. Кислицкая; научный руководитель Н. И. Кривцова // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва, посвященной 120-летию Томского политехнического университета, 17–20 мая 2016 г., г. Томск. — Томск: Изд-во ТПУ, 2016. — [С. 351-352]. 2. Кислицкая Е. Р. Термодинамический анализ превращения сернистых соединений в процессе гидроочистки дизельного топлива / Е. Р. Кислицкая; научный руководитель Е. В. Попок // Проблемы геологии и освоения недр: труды XXII Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 155-летию со дня рождения академика В.А. Обручева, 135-летию со дня рождения академика М.А. Усова, основателей Сибирской горно-геологической школы, и 110-летию первого выпуска горных инженеров в Сибири, Томск, 2-7 апреля 2018 г.: в 2 т. — Томск : Изд-во ТПУ, 2018. — Т. 2. — [С. 401-403].

1. АхметовС.А.Технологияглубокойпереработкинефтиигаза/
С.А. Ахметов. – Уфа: Изд-во Гилем, 2002. – 672с.
2. Попов С.Н. Химия нефти и газа / С.Н. Попов. – Львов: Изд-во Львовского
университета, 1960. – 376с.
3. ОрочкоД.И.Гидрогенизационныепроцессывнефтепереработке/
Д.И. Орочко, А.Д. Сулим, Л.Н. Осипов. – Москва: Изд-во Химия,
1971. – 352с.
4. Николаев А.В. Газохроматографическое определение серосодержащих
компонентов дизельного топлива с использованием твердофазной экстракции
и фракционного элюирования / А.В. Николаев, Л.А. Карцова, В.А. Даванков.
– Воронеж: Изд-во ВГУ, 2011. – с.459-466.
5. Азев В.С. Влияние соединений серы на противоизносные свойства дизельных
топлив / В.С. Азев, А.В. Середа. – Москва: Изд-во ТУМА ГРУПП, 2009. –
с.23-27.
6. Солодова Н.Л. Получение низкозастывающих малосернистых дизельных
топлив / Н.Л.Солодова, Е.Е. Хамзин, Е.А.Емельянычева. – Казань: Изд-во
КНИТУ, 2014. – с.214-217.
7. Влияниенекоторыхгетероатомныхорганическихсоединенийна
термоокислительные свойства высокогидроочищенного дизельного топлива /
В.Д. Зинин, А.Б. Романовская, Н.Д. Зинина, А.А. Щепалов, Д.Ф.Гришин. –
Нижний Новгород: Изд-во ННГУ,2012. – с.75-81.
8. КапустинВ.М.Технологияпереработкинефти/В.М.Капустин,
А.А. Гуреев. – Москва: Изд-во КолосС, 2007. – ч.2. –334с.
9. Баннов П.Г. Технология переработки нефти / П.Г. Баннов. – Москва: Изд-во
ЦНИИТЭнефтехим, 2000. – 224с.
10. Аспель Н.Б. Гидроочистка моторных топлив / Н.Б. Аспель, Г.Г. Демкина. –
Санкт-петербург: Изд-во Химия, 1977. – 160с.
11. Эрих В.Н. Химия и технология нефти / В.Н. Эрих, М.Г. Расина, М.Г. Рудин. –
Санкт-Петербург: Изд-во Химия, 2-ое издание, 1977. – 424с.
12. Зуйков А.В. Влияние параметров процесса гидроочистки на степень
обессериванияигидрированияполициклическихароматических
углеводородов / А.В. Зуйков, Е.А. Чернышева, Ю.В. Сидоров. – Москва:
Изд-во РГУ нефти и газа И.М. Губкина, 2012. – с.130-139.
13. Филимонова Е.И. Основы технологии переработки нефти / Е.И. Филимонова.
– Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2010. – 171с.
14. Кожемякин М.Ю. Гидроочистка дизельного топлива / М.Ю. Кожемякин, Е.И.
Черкасов. – Казань: Изд-во КНИТУ, 2015. – с.28-30.
15. Солодова Н.Л.Катализаторы гидроочистки/ Н.Л. Солодова, А.Р.
Нурмухаметова. – Казань: Изд-во КНИТУ, 2017. – Т.2. –с.53-60.
16. Солодова Н.Л. Гидроочистка топлив / Н.Л. Солодова, Н.А. Терентьева. –
Казань: Изд-во КГТУ, 2008. – 103с.
17. Комплексный анализ сырья гидроочистки дизельного топлива / Н. Н. Томина,
А. А. Пимерзин, Е. О. Жилкина, Ю. В. Еремина. – Москва: Изд-во Наука, 2009.
– с.130-136.
18. Гидрогенизационные процессы нефтепеработкиифизико-химические
методы анализа получаемых продуктов: учебное пособие / А.А. Пимерзин,
Н.Н. Томина, Н.М. Максимов, Ю.В. Еремина, С.А. Антонов. – Самара: Изд-
во СГТУ, 2012. –167с.
19. Магеррамов А.М. Нефтехимия и нефтепереработка / А.М. Магеррамов, Р.А.
Ахмедова, Н.Ф. Ахмедова. – Баку: Изд-во Баку университеты, 2009. – 660с.
20. Барановский В.И. Квантовая механика и квантовая химия: учебное пособие /
В.И. Барановский. – Москва: Изд-во Академия, 2008. – 384 с.
21. Gaussians’03 online manual. – 2003. [Электронный ресурс]. – Режим доступа
www.URL: www.gaussian.com/.
22. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным
машинам и организации работы: санитарно- эпидемиологические правила и
нормативыСанПиН2.2.2/2.4.1340-03:утвержденыГлавным
государственным санитарным врачом Российской Федерации13
июня2003 г. (с изменениями от 21 июня 2016 г.) Москва [Электронный
ресурс]. – Режим доступа www.URL: http://docs.cntd.ru/document/901865498.
23. Кукин П. П. Безопасность технологических процессов и производств: учебное
пособие / П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Н.Л. Пономарев, Н.И. Сердюк. –Москва:
Изд-во Высш. Шк, 5-е изд., 2009. – 335 с.
24. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений:
санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.4.548-96:
утверждены Постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 1 октября
1996 г., № 21. Москва [Электронный ресурс]. – Режим доступаwww.URL:
http://docs.cntd.ru/document/901704046..
25. Естественное и искусственное освещение: санитарные нормы и правила
СНиП 23-05-95 утверждены Постановлением Минстроя России от 2 августа
1995 г. № 18-78. Москва [Электронный ресурс]. – Режим доступа www.URL:
http://docs.cntd.ru/document/871001026.
26. ГОСТ 12.1.002–84. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые
уровни и требования к проведению контроля на рабочем месте – введ.
01.01.1986. – Москва: Стандартинформ, 2009. – 7 с.
27. ГОСТ 12.1.019–79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
номенклатура видов защиты [Электронный ресурс]. – Режим доступа
www.URL: http://files.stroyinf.ru/Data1/4/4661/.
28. ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Пожарная безопасность [Электронный ресурс]. – Режим доступа www.URL:
http://docs.cntd.ru/document/9051953.
29.ГОСТ 12.4.009-83 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и
обслуживание [Электронный ресурс]. – Режим доступаwww.URL:
http://docs.cntd.ru/document/1200003611.
30. Электронная библиотека Vuzlit [Электронный ресурс].–Режим доступа
www.URL: http://files.stroyinf.ru/Data1/4/4661/.
31. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. N123-ФЗ Технический регламент о
требованиях пожарной безопасности [Электронный ресурс]. –Режим
доступаwww.URL:http://www.consultant.ru/document/
cons_doc_LAW_148963/.
32. EdPalmerCleandieselhydrotreating/EdPalmer,StanPolcar,
AnneWong[Электронныйресурс].–Режимдоступа
www.URL:https://ru.scribd.com/document/171333927/2009-03-
CleanDieselHydroPTQ-Mustang.
33. Mathematical modeling of diesel fuel hydrotreating / A Tataurshikov,E
Ivanchina, N Krivtsova, A Syskina. – Tomsk[Электронный
ресурс].–Режимдоступаwww.URL:
https://www.researchgate.net/publication/283686135_Mathematical_modeling_of
_diesel_fuel_hydrotreating.
34. Diesel Hydrotreating Process [Электронный ресурс]. – Режим доступа