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.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (17 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
5 (91 отзыв)
4.5 (80 отзывов)
5 (20 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
