Математическое моделирование процесса изомеризации гептановой фракции

Целью работы является разработка математической модели установки изомеризации гептановой фракции для получения товарного бензина с улучшенными свойствами. В результате проделанной работы была разработана математическая модель процесса изомеризации гептановой фракции. По результатам проверки адекватности модель показывает низкие отклонения расчётных значений от экспериментальных.Также изучена технологическая схема изомеризации С7-С8 фракции с рециркуляцией неразветвленных гептанов. Найдены оптимальные режимы работы блоков. Проведено исследование влияния технологических параметров и состава сырья на выход изомеризата. С использованием разработанной математической модели были разработаны улучшенные рецептуры бензинов, которые могли бы получиться при внедрении модели в производство.

Введение ……………………………………………………………………………………………………. 3
1. Технология процесса изомеризации ……………………………………………………… 5
1.1. Химизм процесса изомеризации ………………………………………………………… 14
1.2. Катализаторы процесса изомеризации С7-С8 фракции ……………………….. 18
1.3. Развитие технологий процесса изомеризации ……………………………………. 29
2. Экспериментальная часть…………………………………………………………………….. 37
2.1. Постановка задачи …………………………………………………………………………….. 37
2.2. Объект исследования ………………………………………………………………………… 38
2.2.1. Исходные данные ……………………………………………………………………………………… 38
2.2.2. Описание технологической схемы установки …………………………. 38
2.3. Термодинамический анализ процесса изомеризации гептановой фракции
2.4. Влияние технологических параметров на качество и выход продуктов.. 56
2.4.1. Состав сырья …………………………………………………………………………. 56
2.4.2. Объемная скорость подачи сырья ……………………………………………………….. 58
2.4.3. Температура процесса …………………………………………………………………………….. 60
2.4.4. Давление процесса …………………………………………………………………. 63
2.5. Внедрение кинетической модели процесса изомеризации гептановой
фракции в структуру действующего НПЗ …………………………………………………. 66
3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. 72
3.1. Потенциальные потребители результатов исследования ……………………. 72
3.2. Диаграмма Исикавы …………………………………………………………………………… 74
3.3. Оценка готовности проекта к коммерциализации ……………………………….. 77
3.4. Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ……………………………………………………………………………………………. 78
3.5. Инициация проекта ……………………………………………………………………………. 79
3.6. План проекта ……………………………………………………………………………………… 83
3.7. Бюджет научного исследования …………………………………………………………. 84
3.8. Организационная структура проекта ………………………………………………….. 91
3.9. Оценка сравнительной эффективности проекта ………………………………….. 92
4. Социальная ответственность ………………………………………………………………… 95
4.1. Профессиональная социальная безопасность ……………………………………… 96
4.1.1. Анализ вредных и опасных факторов на рабочем месте …………….. 96
4.1.2. Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов …………………………………………………………………………… 97
4.2. Экологическая безопасность ………………………………………………………………. 98
4.2.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду .. 98
4.2.2. Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ………… 98
4.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………….. 104
4.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 105
4.4.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства ….. 105
4.4.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя ……………………………………………………………………………….. 105
Выводы ………………………………………………………………………………………………….. 107
Список публикаций ………………………………………………………………………………… 108
Список использованных источников ………………………………………………………. 109
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 114
Приложение Б ………………………………………………………………………………………… 134
Приложение В………………………………………………………………………………………… 135
Приложение Г ………………………………………………………………………………………… 136
Приложение Д………………………………………………………………………………………… 138

1. Chekantsev N.V. Mathematical modeling of light naphtha (C5, C6)
isomerization process // Chemical Engineering Journal, 2014 / September 5, 2013.
2. Kuznetsova L. I.. The Catalytic Properties of Tungstated Zirconia in
Heptane Isomerization // Institute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian
Branch, Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, Russia – Neftekhimiya, 2012,
Vol. 52, No. 2, pp. 104–108.
3. Laura O. A. Industrial Aplication of Catalytic Systems for n-Heptane
Isomerization // Molecules 2011, 16, 5916-5927; doi:10.3390/molecules16075916 /
Published: 14 July 2011;
4. Ancheyta J. Modeling and simulation of catalytic reactors for petroleum
refining / Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, published
simultaneously in Canada, 2011;
8.Fatah N.A. N-Heptane isomerization over mesostructured silica
nanoparticles (MSN): Dissociative-adsorption of molecular hydrogen on Pt and Mo
sites, Applied Catalysis A, General http://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2016.02.026.
9.Suyao Liu, Jie Ren, Huaike Zhang, Enjing Lv, Yong Yang, Yong-Wang
Li. Synthesis, characterization and isomerization performance of micro/mesoporous
materials based on H-ZSM-22 zeolite. Journal of Catalysis, Volume 335, March
2016, Pages 11-23.
10.Honeywell UOP : офиц. сайт. – режим доступа : WWW.
URL:http://www.uop.com/products/catalysts/isomerization/#isomerization-
catalyst. – 0.09.14.
14.Graeme, S. Advanced Solutions for Paraffins Isomerization / S.
Graeme, J. Ross //National Petrochemical & Refiners Association. – Annual
Meeting. – March 21-23, 2004. – Marriott Rivercenter Hotel. – San Antonio.
15.ФирмаОлкат:офиц.сайт.-режимдоступа
WWW.URL:http://www.olkat.ru/sip. – 01.10.14.
16.ОАО “НПП Нефтехим”. http://www.nefthim.ru.
17. Способ изомеризации легких бензиновых фракций, содержащих С7-
С8 парафиновые углеводороды : патент Рос. Федерация № 0002408659, заявл.
20.07.2009; опубл. 20.02. 2011;
18.N.Parsafard. N-Heptaneisomerizationona newkindof
micro/mesoporous catalyst: Pt supported on HZSM-5/HMS, Microporous and
Mesoporous Materials 200 (2014) 190–198;
19. Ekaterina S. Chernyakova. Heavy naphtha fractions 85-155˚С recycling
in the catalytic reforming industrial unit // 16th International Scientific Conference
“Chemistry and Chemical Engineering in XXI century” dedicated to Professor L.P.
Kulyov, CCE 2015 / National research Tomsk polytechnic university, 30 Lenin
Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation;
20. Hussien A. Elsayed. Optimization of the reaction parameters of heavy
naphtha reforming process using Pt-Re/Al2O3 catalyst system // Egyptian Petroleum
Research Institute, Egyptian Journal of Petroleum (2017) 26, 885–893;
21. Gholamreza Zahedi. Dynamic Modeling and Simulation of Industrial
Naphta Reforming Reactor // World Academy of Science, Engineering and
Technology International Journal of Chemical and Molecular Engineering / Vol:6,
No:7, 2012;
22. A. Aitani. Catalytic naphtha reforming, in: Encyclopedia of Chemical
Processing, 2006, pp. 397–406;
23. G.B. Marin. Reforming of C6 hydrocarbons on a Pt-Al2O3 catalyst,
Chem. Eng. Sci. 37 (5) (1982) 759–773;
24. W. Christian. Kinetic studies on alkane hydroisomerization over
bifunctional catalysts // University of Naturwissenschaften, 2005;
25. J.T. Matthew. Mechanistic Investigations of Alkane Activation and
Reaction on Zeolitic Catalysts // North Carolina State University, 2008;
26. H. Maha. Kinetic Study of Catalytic Hexane Isomerization // College of
Engineering, Baghdad UniversityChemical Engineering Department, 2007;
27. G.J. Antos. Catalytic Naphtha Reforming (2nd ed.) // Marcel Dekker
Inc., New York (1995);
28. H. Lu. Manual of Petrochemical Industry Fundamental Data // Chemical
Industry Press, Beijing, China (1982);
29. Miguel A. Rodríguez. Detailed description of kinetic and reactor modeling
for naphtha catalytic reforming // Fuel 90 (2011) 3492–3508;
30. Ono Y. A survey of the mechanism in catalytic isomerization of alkanes
// Catal. Today. 2003: 81: 3-16;
31. C.H. Bartholomew. Mechanisms of catalyst deactivation. Applied
Catalysis A: General 212: 17-60, 2001;
32. R. Perry. Perry-s chemical engineers- handbook. 6th ed., New York:
McGraw Hill, 1984;
33. D. S. G. Jones. Handbook of petroleum processing // Springer (2006);
34. Агабеков В.Е. Каталитическая изомеризация легких парафиновых
углеводородов // Катализ в промышленности. – 2006. – № 5. – С. 31-41;
35. Конституция Российской Федерации [Электронный ресурс]. –
Режим доступа www. URL: http://www.consultant.ru/popular/cons;
36. Кодекс об административных нарушениях [Электронный ресурс].
– Режим доступа www. URL: http://www.consultant.ru/popular/koap;
37. Уголовный кодекс РФ [Глава 19, cтатья 143] [Электронный
ресурс]. – Режим доступа www. URL: http://www.zakonrf.info/uk/143;
38. Трудовой кодекс Российской Федерации” от 30.12.2001 N 197-ФЗ
(ред. от 28.12.2013) ;
39. Генеральноесоглашениемеждуобщероссийскими
объединениямипрофсоюзов,общероссийскимиобъединениями
работодателей и Правительством Российской Федерации на 2014 – 2016 годы
от25декабря
2013г.[Электронныйресурс]:-Режимдоступаwww.URL:
http://www.rg.ru/2013/12/30/a904631-dok.html;
40. Федеральный закон Российской Федерации от 28 декабря 2013 г.
N 426-ФЗ «О специальной оценке условий труда» ;
41. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация;
42. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» ;
43. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях
жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» ;
44. СанПиН2.2.4.1191-03«Электромагнитныеполяв
производственных условиях»;
45. ГОСТ Р 22.0.07-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях.
Источникитехногенныхчрезвычайныхситуаций.Классификацияи
номенклатура поражающих факторов и их параметров;
46. Приказ Министерства здравоохранения и социального развития
Российской Федерации от 12 апреля 2011 г. № 302н;
47. СНиП 23-05-2010 “Естественное и искусственное освещение”
(утверждён приказом Минрегиона Росии от 2011 г.) ;
48. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ
сидя. Общие эргономические требования.
49. Леонов С.Б. Переработка природного и техногенного сырья / Изд-
во ИРНИТУ, 2016 г., с.: 237-245;
50.ГорбачевВ.М.Вариантмодернизациикомбинированной
переработки фракции НК-180°С / Современные наукоемкие технологии, № 9,
2014, с. 22-26;
51. Маликов И.В. Каталитическая изомеризация углеводородов в
присутствииносителей,модифицированныхионнымижидкостями/
Астраханский государственный технический университет].- Астрахань, 2015.-
142 с.;
52. Ясакова Е.А. Тенденции развития процесса изомеризации в России
и за рубежом / Уфимский государственный нефтяной технический
университет; Нефтегазовое дело, 2010. – 19 с.;
53. Кравцов А.В. Математическое моделирование многокомпонентных
химических процессов / 2-е издание, Издат. Томского политехнического
университета 2015. – 108 с.;
54.ВоеводаН.В.Повышениеоктановыхчиселбензинов/
Информационно-аналитический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2001. – 114 с.;
55. Покровский С. Новые зарубежные технологии нефтепереработки /
Нефтегазовая вертикаль. – 2002. – № 7. – c. 68-71.;
56. Домерг Б. Передовые решения для процессов изомеризации
парафинов / Нефтепереработа и нефтехимия – 2003. – № 7. – c. 3-9.;
57. Ежов В.В. Интенсификация работы установки низкотемпературной
изомеризации легкой бензиновой фракции ООО «РН-Комсомольский НПЗ» /
Нефтепереработка – 2006. –№ 9. – c. 76-79.
85