Повышение эффективности работы установки депарафинизации дизельных топлив зимних и арктических марок
В магистерской диссертации было произведено исследования влияния температуры, давления, расхода сырья и ВСГ на процесс каталитической депарафинизации при помощи математической модели. Определены оптимальные технологические режимы работы установки каталитической депарафинизации для получения дизельного топлива зимних и арктических марок.
Введение……………………………………………………………………………13
1 Обзор литературы………………………………………………………..…16
1.1 Дизельные топлива, их виды и марки, области применения ……………..16
1.2 Физико-химические и эксплуатационные дизельных топлив……………18
1.2.1 Воспламеняемость и горючесть…………………………………………….18
1.2.2 Фракционный состав……………………………………………………….20
1.2.3 Вязкость и плотность………………………………………………………21
1.2.4 Низкотемпературные свойства…………………………………………..…23
1.2.5 Испаряемость………………………………………………………………..25
1.2.6 Совместимость с конструкционными материалами……………………….26
1.3 Современные требования, предъявляемые к качеству дизельных топлив
для холодных климатических зон…………………………………………….….28
1.4 Технологии производства дизельных топлив – каталитическая
депарафинизация ………………………………………………………………….30
1.4.1 Химизм процесса и используемые катализаторы………………………..35
1.4.2 Влияние технологических параметров на процесс……………………….39
2 Объект и метод исследования…………………………………………..….42
2.1 Объект исследования…………………………………………………….…42
2.2 Метод исследования…………………………………………………………46
3 Экспериментальная часть……………………………………………….…50
3.1 Исследование влияния технологических режимов в реакторе и состава
сырья на эффективность превращения парафинов в реакторе…………………50
3.1.1 Исследование влияния температуры……………………………….……..50
3.1.2 Исследование влияния давления……………………………………………53
3.1.3 Исследование влияния расхода сырья………………………………….…56
3.1.4 Исследование влияния расхода водородсодержащего газа ……………..59
3.2 Определение оптимальных технологических режимов для получения
дизельного топлива зимних и арктических марок…………………………….…62
3.3 Расчет теплотворной способности дизельных топлив зимних и
арктических марок для использования в условиях холодной климатической
зоны………………………………………………………………………………..65
3.3.1 Расчет теплотворной способности зимнего дизельного топлива………65
3.3.2 Расчет теплотворной способности арктического дизельного
топлива……………………………………………………………………………..68
4 Финансовый менеджмент, ресурсо-эффективность и
ресурсосбережение…………………………………………………………………72
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения…………………………………………………………………73
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования………………….73
4.1.2 Диаграмма Исикавы…………………………………………………………74
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………….…74
4.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………76
4.2 Инициация проекта……………………………………………………..…..76
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом………………79
4.3.1 Разработка графика проведения научного исследования……………..…79
4.3.2 Бюджет научно-технического исследования………………………………79
4.3.3 Организационная структура проекта………………………………….…..85
4.3.4 Матрица ответственности……………………………………………….…85
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования…………………..86
5 Социальная ответственность………………………………………………88
5.1 Производственная безопасность…………………………………………..88
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, возникающих на
производстве……………………………………………………………………….88
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований…………………………………..90
5.2 Экологическая безопасность……………………………………………….92
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………….96
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности………………………………………………………………………98
Заключение……………………………………………………………………..…99
Список публикаций…………………………………………………………….…101
Список литературы…………………………………………………………….…102
Приложение А……………………………………………………………………107
Приложение Б……………………………………………………………………..109
Дизельное топливо – один из самых массовых продуктов, применяемых
на автомобильном транспорте.
Получение дизельного топлива происходит путем прямой перегонки и в
каталитических процессах переработки керосино-дизельных фракций нефти.
Дизельное топливо состоит в основном из керосиновых, газойлевых, а иногда и
лигроиновых фракций. В групповой состав дизельного топлива
преимущественно входят парафиновые и нафтеновые углеводороды, а также
незначительное количество ароматических углеводородов [1].
Особенности фракционного и химического состава дизельных топлив
определяют зависимость их свойств от температурных условий применения, в
связи, с чем различают дизельные топлива для умеренного, холодного и
арктического климатов. В России наблюдается дефицит производства
низкозастывающих дизельных топлив, обусловленный климатом значительной
части регионов страны, а также освоением северных регионов и Арктики.
Существующая потребность в данном виде топлива покрывается менее чем
наполовину. Данная статистика определяет важность и востребованность
производства дизельных топлив с улучшенными низкотемпературными
характеристиками.
В связи с повышением потребности в дизельных топливах возрастает и
значимость процессов их производства. Одним из наиболее современных
процессов производства данного вида топлива является процесс
каталитической депарафинизации.
Основная тенденция в совершенствовании процесса депарафинизации
направлена на разработку отечественных катализаторов. Также проводятся
исследования влияния различных конструкций аппаратов на выход и состав
продукта в промышленных и лабораторных условиях.[2]
Недостаточно изученными являются термодинамические
закономерности процесса каталитической депарафинизации, а также
закономерности влияния свойств молекул индивидуальных углеводородов на
их низкотемпературные свойства и цетановое число. Их исследование
позволяет осуществить моделирование данного процесса с целью его
совершенствования.
Целью данной магистерской диссертации является выработка
рекомендаций по работе установки депарафинизации при производстве
дизельных топлив зимних и арктических марок путем исследования
эффективности процесса с использованием математической модели.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие
задачи:
1. Исследование влияния технологических режимов в реакторе и
состава сырья на эффективность превращения парафинов в реакторе ;
2. Исследование влияния температуры на выход дизельной фракции,
температуры застывания, предельной температуры фильтруемости;
3. Исследование влияния давления на выход дизельной фракции,
температуры застывания, предельной температуры фильтруемости;
4. Исследование влияния расхода сырья на выход дизельной фракции,
температуры застывания, предельной температуры фильтруемости;
5. Исследование влияния расхода водорода на выход дизельной
фракции, температуры застывания, предельной температуры фильтруемости;
6. Определение оптимальных технологических режимов для
получения дизельного топлива зимних и арктических марок;
7. Расчет теплотворной способности дизельных топлив зимних и
арктических марок для использования в условиях холодной климатической
зоны.
Практической значимостью работы является подбор оптимальных
режимов работы промышленной установки каталитической депарафинизации с
использованием математической модели процесса.
Основные результаты по теме магистерской диссертации были
представлены на XXI Международном научном симпозиуме студентов и
молодых ученых имени академика М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения
недр», г.Томск; XXII Международном научном симпозиуме студентов и
молодых ученых имени академика М. А. Усова «Проблемы геологии и
освоения недр», посвященном 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, г.Томск.
В ходе выполнения магистерской диссертации было проанализировано
влияние следующих технологических параметров на процесс каталитической
депарафинизации: температуры, давления, расхода сырья, расхода
водородсодержащего газа; определены оптимальные технологические режимы
работы установки каталитической депарафинизации; рассчитана теплотворная
способность дизельных топлив зимних и арктических марок.
Анализ влияния температуры показал, что при увеличении температуры
процесса выход дизельной фракции уменьшается, снижаются температуры
помутнения и застывания получаемого продукта, что связано с усилением
эндотермических реакций депарафинизации при увеличении температуры в
реакторе, ведущих к образованию более легких продуктов с низкими
значениями температуры помутнения и застывания.
Анализ влияния давления показал, что при увеличении давления
процесса выход дизельной фракции уменьшается, снижаются температуры
помутнения и застывания получаемого продукта, что связано со сдвигом
равновесия реакций гидрокрекинга в сторону образования продуктов.
Поскольку реакции гидрирования ненасыщенных углеводородов,
образующихся в результате реакций крекинга, протекают с уменьшением
объема, приводящего к уменьшению давления в системе, то постепенное
увеличение давления приводит к сдвигу равновесия этих реакций в сторону
образования продукта – более легких парафинов с низкими значениями
температур помутнения и застывания.
Анализ влияния расхода сырья показал, что при увеличении расхода
выход дизельной фракции увеличивается, повышаются температуры
помутнения и застывания получаемого продукта, что связано с уменьшением
времени контакта сырья с катализатором, что приводит к снижению конверсии
длинноцепочечных парафинов в результате реакций гидрокрекинга.
Анализ влияния расхода водородсодержащего газа показал, что при
увеличении расхода водородсодержащего газа выход дизельной фракции
увеличивается, снижаются температуры помутнения и застывания получаемого
продукта. Это связано с усилением реакций гидрокрекинга, ведущих к
образованию более легких углеводородов с низкими температурами застывания
и помутнения, которое вызвано сдвигом равновесия стадии гидрирования
образующихся короткоцепочечных олефинов (С5-С9) в прямом направлении.
Исследования процесса каталитической депарафинизации
среднедистиллятных фракций на математической модели позволили
определить оптимальные условия проведения процесса для производства
дизельных топлив различных марок: зимнего с Тз = -37°С и арктического с Тз =
-48°С при обеспечении максимального выхода продукта на уровне 58-63% для
различного состава сырья.
Рассчитана теплотворная способность дизельных топлив зимних и
арктических марок. Рассчитанная теплотворная способность зимнего
дизельного топлива варьируется в диапазоне от -51059 до -51177 кДж/кг;
арктического от -51042 до -51076 кДж/кг. Наибольший вклад в теплотворную
способность дизельного топлива вносят нафтеновые и парафиновые
углеводороды, поэтому толиво, содержащее в своем составе большее
количество данных групп углеводородов, имеет высокую теплотворную
способность.
Список публикаций
1. Е.В. Веревкин Исследование эффективности процесса производства
дизельных топлив с использованием моделирующей системы / Е. В. Веревкин,
М. В. Майлин, Д. А. Афанасьева ; науч. рук. Е. В. Францина, Н. С. Белинская //
Проблемы геологии и освоения недр : труды XXI Международного симпозиума
имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 130-
летию со дня рождения профессора М. И. Кучина, Томск, 3-7 апреля 2017 г. : в
2 т. — Томск : Изд-во ТПУ, 2017. — Т. 2. — С. 298-299;
2. Е.В. Веревкин, Е.В. Францина, М.В. Майлин, Д.А. Афанасьева
Исследование влияния технологических параметров процесса депарафинизации
на низкотемпературные свойства дизельных фракций с помощью
математической модели // Химия и химическая технология в XXI веке:
материалы XIX Международной научно – практической конференции студентов
и молодых ученых: Томск, 21 – 24 Мая 2018. – Томск: ТПУ, 2018 – С.361 – 362.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.7 (18 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.7 (82 отзыва)
4.9 (20 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
4.9 (35 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
