Моделирование жидкофазного процесса алкилирования изобутана олефинами
Математическая модель процесса алкилирования позволит подобрать и оптимизировать параметры режима работы установки для повышения селективности и выхода продукта.
Целью данного исследования является разработка и анализ нестационарной математической модели сернокислотного алкилирования, чувствительной к изменению состава сырья и технологических параметров.
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 16
1 Литературный обзор …………………………………………………………………………………. 18
1.1 Технология процесса алкилирования ………………………………………………….. 18
1.1.1 Сернокислотное алкилирование ……………………………………………………….. 20
1.1.2 Фтороводородное алкилирование …………………………………………………….. 21
1.1.3 Процесс алкилирования на твердом катализаторе …………………………….. 23
1.1.4 Сравнение технологий алкилирования ……………………………………………… 24
1.2 Химизм процесса………………………………………………………………………………… 26
1.3 Гетерогенные кислотные катализаторы процесса алкилирования ………… 29
1.3.1 Твердые кислоты ……………………………………………………………………………… 30
1.3.2 Сульфатированные катализаторы …………………………………………………….. 30
1.3.3 Ионообменные смолы………………………………………………………………………. 31
1.3.4 Цеолитные катализаторы …………………………………………………………………. 31
2 Объекты и методы исследования ………………………………………………………………. 34
2.1 Объект исследования ………………………………………………………………………….. 34
2.2 Методы исследования …………………………………………………………………………. 36
2.2.1 Кинетическая модель алкилирования ……………………………………………….. 36
2.2.2 Моделирование блока ректификации ……………………………………………….. 37
3 Результаты проведенного исследования ……………………………………………………. 44
3.1 Анализ лабораторных данных …………………………………………………………….. 44
3.1.1 Анализ бутан-бутиленовой фракции ………………………………………………… 44
3.1.2 Анализ состава циркулирующего изобутана …………………………………….. 46
3.1.3 Анализ изобутана-хладогента …………………………………………………………… 48
3.1.4 Анализ продуктового алкилата…………………………………………………………. 48
3.1.5 Анализ серной кислоты ……………………………………………………………………. 49
3.2 Анализ экспериментальных данных технологического режима …………… 51
3.2.1 Анализ расхода сырья ………………………………………………………………………. 51
3.2.2 Анализ температуры ………………………………………………………………………… 52
3.3 Расчет потоков при действующем технологическом режиме ……………….. 55
3.4 Оценка влияния технологических параметров …………………………………….. 57
3.4.1 Влияние температуры ………………………………………………………………………. 58
3.4.2 Влияние расхода бутан-бутиленовой фракции ………………………………….. 62
3.4.3 Влияние расхода циркулирующего изобутана ………………………………….. 63
3.4.4 Влияние расхода свежей кислоты …………………………………………………….. 64
3.4.5 Рекомендации по ведению технологического режима ………………………. 65
3.5 Влияние режима ректификации на качество продуктового алкилата ……. 65
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 71
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………… 71
4.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………………. 71
4.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………… 77
4.5 Инициация проекта …………………………………………………………………………….. 78
4.6 Планирование управления научно-техническим проектом…………………… 80
4.7 Бюджет научного исследования ………………………………………………………….. 82
4.8 Организационная структура проекта …………………………………………………… 87
4.9 Реестр рисков проекта ………………………………………………………………………… 88
4.10 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности ……………………….. 88
4.10.1 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………….. 88
4.10.2 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………… 93
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 96
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 96
5.1.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые
нормы трудового законодательства ………………………………………………………….. 96
5.2 Производственная безопасность …………………………………………………………. 97
5.2.1 Анализ выявленных вредных факторов при разработке, изготовлении и
эксплуатации установки алкилирования …………………………………………………… 99
5.2.2 Расчет искусственного освещения ………………………………………………….. 102
5.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………… 104
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………… 106
Выводы ……………………………………………………………………………………………………… 109
Список литературы ……………………………………………………………………………………. 111
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 117
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 118
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 124
Ключевой отраслью отечественной промышленности является добыча и
переработка углеводородного сырья. Нефтяная промышленность Российской
Федерации позволяет поддерживать устойчивое экономическое развитие
страны, нефтегазовый сектор включает в себя добычу нефти и газа, производство
нефтепродуктов, а также реализацию нефтехимической продукции. Разработка
и внедрение технологий, позволяющих повысить качество производимой
продукции и экономическую эффективность нефтеперерабатывающих
предприятий является важным фактором устойчивого экономического развития
отрасли.[1]
Свыше 30% потребляемой продукции нефтегазовой промышленности на
Российском потребительском рынке приходится на долю товарных бензинов для
автомобилей. Ужесточение экологических требований к моторным топливам
увеличивает спрос на технологии по производству экологически чистых
компонентов товарных бензинов с высоким значением октанового числа, одним
из таких процессов является жидкофазное алкилирование изобутана низшими
олефинами [2].
Объектом исследования является процесс сернокислотного
алкилирования, который позволяет получать высокооктановое топливо, не
содержащие углеводороды ароматического и нафтенового строения. Основным
компонентом алкилата является высокоразветвлённый изомер С8 – 2,2,4-
триметилпентан.
Для проведения исследований процесса сернокислотного алкилирования
изобутана низшими олефинами необходимо применить метод математического
моделирования, который позволит рассчитать состав и октановое число алкилата
при различных технологических условиях процесса и переменном составе
олефиновой и изобутановой фракций. Для проведения исследований
необходимо выполнить следующие задачи:
• Провести анализ данных промышленных и лабораторных
испытаний;
• Составить формализованную схему кинетических превращений и
определить кинетические закономерности протекания С-алкилирования;
• Создать модель блока разделения для установки производства
алкилата;
• Выявить закономерности влияния технологических параметров
процесса на качество получаемой продукции;
• Проверить гипотезу о влиянии четкости разделения на качество
товарного алкилата.
Целью работы является оптимизация операционных затрат при
получении изооктана в процессе сернокислотного алкилирования с
использованием нестационарной математической модели.
Математическая модель процесса сернокислого алкилирования
изобутана олефинами позволит повысить эффективность управления процессом,
снизить риски производства и увеличить эконмические показатели.
Применение алкилата в производстве высокооктановых товарных
бензинов позволит повысить экологический класс топлива и нивелировать
негативное воздействие на окружающую среду.
На сегодняшний день мировая производительность по алкилату
составляет 102 млн. тонн в год, это 10% от общего количества производимого
автомобильного бензина. Ужесточение экологических требований к продукции
нефтеперерабатывающих заводов приводит к росту спроса на алкилат, так как он
состоит из разветвленных предельных углеводородов, имеет низкую летучесть и
низкое содержание ароматических и нафтеновых углеводородов, при этом
характеризуется высоким октановым числом. На рисунке 1.1 приведена доля
алкилата в общем бензиновом фонде в России и за рубежом.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.6 (30 отзывов)
5 (20 отзывов)
4.9 (522 отзыва)
4.4 (93 отзыва)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (20 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.9 (298 отзывов)
5 (428 отзывов)
