Разработка компьютерной моделирующей системы процесса каталитической депарафинизации дизельных топлив
Целью выпускной квалификационной работы является разработка компьютерной моделирующей системы (КМС) процесса каталитической депарафинизации. Данная КМС может быть использована как тренажер для персонала, работающего на установке, но также может контролировать параметры процесса и предлагать варианты оптимизации рабочих параметров при несоответствии конечных характеристик продукта. Результатом применения разработанной КМС будет бесперебойная работа установки и полное соответствие конечных характеристик продукта процесса, так как в КМС предусмотрено сигнализирование в случае несоответствия основного параметра дизельного топлива – предельной температуры фильтруемости.
Введение…………………………………………………………………………….15
1 Обзор литературы…………………………………………………………………17
1.1 Современные требования к качеству дизельных топлив зимних и
арктических марок………………………………………………………………….17
1.2 Процессы производства дизельного топлива с улучшенными
низкотемпературными характеристиками……………………………………….19
1.3 Компьютерные моделирующие системы в химической технологии……24
1.4 Модели представления знаний…………………….………………………..29
1.5 Постановка цели и задач исследования…………….………………………32
2 Объект и методы исследования………………………………………………….34
2.1 Объект исследования………………………………………………………..34
2.2 Методы исследования……………………………………………………….39
3 Расчеты и аналитика………………………………………………………………42
3.1 База данных компьютерной моделирующей системы.……………………43
3.2 База знаний компьютерной моделирующей системы..……………………47
3.3 Математическая модель процесса каталитической депарафинизации…..47
3.4 Пакет прикладных программ компьютерной моделирующей системы….48
4 Результаты разработки………………………………………………………….54
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение….56
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования…………………56
5.2 Диаграмма Исикава….………………………………………………………57
5.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации…..…………………….58
5.4 Методы коммерциализации результатов научно–технического
исследования…………………………………..……………………………………59
5.5 Инициализация проекта……………….…………………………………….60
5.6 Планирование управления научно-техническим проектом………………62
5.6.1 Иерархическая структура работ проекта………………..…………….62
5.6.2 План проекта …………………………………………….………………63
5.7 Бюджет научного исследования………………………………….……….65
5.7.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты………….65
5.7.2 Основная заработная плата…………………………………………..66
5.7.3 Дополнительная заработная плата научно–производственного
персонала…………………………………………………………………………68
5.7.4 Отчисления на социальные нужды и накладные расходы…………69
5.8 Организационная структура проекта……………………………………….69
5.9 Матрица ответственности…………………………………………………….70
5.10 План управления коммуникациями проекта……………………………..71
5.11 Реестр рисков проекта………………………………………………………72
5.12 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования…………………………………..73
5.12.1 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………..73
6 Социальная ответственность……………………………………………………76
6.1 Производственная безопасность……………………………………………76
6.1.1 Анализ вредных факторов на рабочем месте…………….…………76
6.1.2 Анализ опасных факторов на рабочем месте…………….…………81
6.2 Экологическая безопасность…………………………………………………83
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………..86
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……..89
Заключение…………………………….……………………………………………91
Список публикаций студента…………..………………………………………….92
Список литературы…………………..……………………………………………..94
Приложение А…………………………..…………………………………………100
Приложение Б……………………………..………………………………………117
Общеизвестно, что ДТ является смесью углеводородов, полученной из
керосино-газойлевых фракций путем дистилляции нефти, а также в процессах
каталитической переработки. ДТ чаще всего применяют, как жидкое топливо
для двигателей внутреннего сгорания.
На протяжении последних лет в России наблюдается подъем
производства ДТ. В 2017 году в России было произведено 76 847 тыс. тонн ДТ
(в целом), что на 0,9 % выше объема производства предыдущего года.
Низкотемпературные свойства – это один из основных параметров,
определяющий марку топлива. Эти свойства характеризуются тремя
температурами: применения, помутнения и застывания. Вторая и третья
температуры нормированы ГОСТ, а первая на 5 °С выше температуры
помутнения, которая определяется содержанием парафинов нормального
строения выпадающих в виде отдельных кристаллов («мути») и
свидетельствующих о ПТФ [1].
Одним из наиболее современных процессов производства ДТ является
процесс каталитической депарафинизации. Исследования в области процесса
каталитической депарафинизации ведутся следующими отечественными
научными и производственными коллективами: ОАО «ВНИИ НП» (Л.А.
Гуляева, В.А. Хавкин, и др.); ОАО «ВНИПИнефть» (И.Е. Кузора, В.М.
Капустин и др.); СибГТУ, (О.А. Дружинин и др.); УГНТУ (Салихов А.И., и
др.); ООО «РН-ЦИР» (В.В. Фадеев, Д.Н. Герасимов и др.); ОАО «Ангарский
завод катализаторов и органического синтеза» (Р.Р. Алиев, Т.П. Киселёва и др.).
Но, несмотря на рост знаний относительно данного процесса, его
оптимизация с учетом состава сырья, активности катализатора и возможных
отклонений (нештатных ситуаций) в работе установки на данный момент не
осуществлена. Актуальность моделирования процесса каталитической
депарафинизации обусловлена тем, что будет достигнута основная
цель – получение ДТ, соответствующего международным стандартам, с
минимальными экономическими и производственными затратами.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка КМС
процесса каталитической депарафинизации. Данная КМС может быть
использована как тренажер для персонала, работающего на установке, но также
может контролировать параметры процесса и предлагать варианты
оптимизации рабочих параметров при несоответствии конечных характеристик
продукта.
Объект исследования – промышленная установка каталитической
депарафинизации ДТ.
Предмет исследования – закономерности влияния состава сырья,
активности катализатора, технологических параметров работы установки
каталитической депарафинизации с учетом отклонений в ее работе.
Личный вклад заключается в разработке КМС и проработке возможных
сценариев, которые могут произойти на установке, то есть при изменении
технологических параметров (температуры, давления в реакторе, расхода сырья
на входе в реактор), а также в разработке рекомендаций по изменению
технологического режима при возникновении нештатной ситуации с учетом
состава сырья и активности катализатора.
Результатом применения разработанной КМС будет бесперебойная
работа установки и полное соответствие конечных характеристик продукта
процесса, так как в КМС предусмотрено сигнализирование в случае
несоответствия основного параметра ДТ – ПТФ.
Разработанная КМС может применяться на нефтеперерабатывающих
заводах, в состав которых входит установка каталитической депарафинизации.
1 Обзор литературы
1.1 Современные требования к качеству дизельных топлив зимних и
арктических марок
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были изучены
основные стандарты, регламентирующие выпускаемое ДТ различных марок, а
также процессы их получения. Выявлено, что наиболее часто применяемым
процессом получения низкозастывающих компонентов ДТ является
каталитическая депарафинизация. Изучены основные параметры данного
процесса, его технология и применяемые катализаторы.
Целью выпускной квалификационной работы являлось создание КМС
процесса каталитической депарафинизации, которая позволит
автоматизировать и оптимизировать работу установки.
Для достижения данной цели были составлены база данных и база
знаний, которые являются основой КМС. Также были разработаны сценарии
нестабильной работы установки, то есть при отклонении какого-либо из
основных технологических параметров изучено изменение характеристик
продукта.
Разработанная моделирующая система может применяться на
промышленном предприятии в реальном режиме эксплуатации установки
каталитической депарафинизации для рекомендаций действий при
возникновении нештатной ситуации с учетом состава перерабатываемого сырья
и активности катализатора, что позволит получать продукт с требуемыми
свойствами и высоким выходом с наименьшими затратами.
Также разработанная моделирующая система может применяться в
качестве тренажера для персонала промышленной установки по сценариям
действий в случае нештатной ситуации, возникающих не только в реакторном
блоке, но и в блоках со вспомогательным оборудованием. Кроме того,
моделирующая система может быть внедрена в учебный процесс на профилях
подготовки кадров нефтегазовой отрасли с целью исследования основных
закономерностей процесса каталитической депарафинизации и его
оптимизации.
Список публикаций студента
1. Belinskaya N. S. , Frantsina E. V. , Ivanchina E. D. , Popova N. V. ,
Belozertseva N. E. Determination of optimal temperature of catalytic dewaxing
process for diesel fuel production [Electronic resorces] // Petroleum and Coal. – 2016
– Vol. 58 – №. 7. – p. 695-699.
2. Белинская Н. С. , Францина Е. В. , Белозерцева Н. Е. Мониторинг
работы промышленной установки гидродепарафинизации по цетановому числу
и низкотемпературным характеристикам дизельного топлива // Проблемы
геологии и освоения недр: труды XX Международного симпозиума имени
академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию
со дня основания Томского политехнического университета, Томск, 4-8 Апреля
2016. – Томск: Изд-во ТПУ, 2016 – Т. 2 – C. 461-462
3. Белозерцева Н. Е. , Белинская Н. С. , Францина Е. В. Зависимость
эксплуатационных и физико-химических свойств дизельных топлив от свойств
индивидуальных углеводородов // Химия и химическая технология в XXI веке:
материалы XVII Международной научно-практической конференции студентов
и молодых ученых имени профессора Л.П.Кулева, посвященной 120-летию
Томского политехнического университета, Томск, 17-20 Мая 2016. – Томск:
ТПУ, 2016 – C. 327-328
4. Belinskaya N. S. , Frantsina E. V. , Belozertseva N. E. Monitoring of
industrial hydrodewaxing plant in the context of cetane number and low temperature
characteristics of diesel fuel // Проблемы геологии и освоения недр: труды XX
Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и
молодых ученых, посвященного 120-летию со дня основания Томского
политехнического университета, Томск, 4-8 Апреля 2016. – Томск: Изд-во ТПУ,
2016 – Т. 2 – C. 1125-1127
5. Белозерцева Н. Е. , Майлин М. В. Термодинамический анализ
реакций горения различных углеводородов, входящих в состав дизельного
топлива // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVIII
Международной научно-практической конференции студентов и молодых
ученых имени профессора Л.П. Кулёва, Томск, 29 Мая-1 Июня 2017. – Томск:
Изд-во ТПУ, 2017 – C. 277-278
6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
№ 2015661466. Расчет технологических показателей процесса каталитической
депарафинизации смеси дизельных фракций и атмосферного газойля.
Правообладатель: федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский
политехнический университет». Авторы: Белинская Н.С., Иванчина Э.Д.,
Назарова Г.Ю., Белозерцева Н.Е. Дата государственной регистрации в Реестре
программ для ЭВМ: 29 октября 2015 г.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
№ 2016663744. Моделирование процесса каталитической депарафинизации
дизельных топлив. Правообладатель: федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования «Национальный
исследовательский Томский политехнический университет». Авторы:
Белинская Н.С., Францина Е.В., Попова Н.В., Белозерцева Н.Е., Иванчина Э.Д.
Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ: 15 декабря
2016 г.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (14 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
5 (18 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
5 (154 отзыва)
4.6 (30 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
4.4 (59 отзывов)
