Введение к работе
Актуальность темы
Сокращение количества легкодоступной нефти делает актуальным получение синтетических углеводородных топлив из альтернативного сырья. Таким сырьём являются любые углеродсодержащие органические вещества: природный и попутный газы, уголь, биомасса, сланцы, органический мусор и т. д. Это сырьё может быть переработано в синтез-газ, из которого по методу Фишера-Тропша (ФТ) получается синтетическая нефть, представляющая собой смесь нормальных парафинов, олефинов, спиртов и других оксигенатов. Для получения высококачественных топлив требуется дальнейшая химическая переработка продуктов ФТ.
Смешение продуктов синтеза ФТ с сырой нефтью с целью их совместной переработки на нефтеперерабатывающих предприятиях может негативно сказаться на протекании нефтехимических процессов. По этой причине необходима разработка процессов, обеспечивающих квалифицированное использование продуктов синтеза ФТ.
При создании современных химических процессов невозможно обойтись без математического моделирования. Использование математических моделей позволяет прорабатывать конструкцию аппаратов и технологическую схему ещё до создания пилотной установки.
Существующие в литературе математические модели процессов переработки парафинов имеют существенные упрощения. Упрощения, с одной стороны, облегчают процесс создания модели, но с другой – не позволяют в полной мере использовать возможности моделирования.
Цель работы и задачи исследования
На основе литературных данных создать математическую модель процесса гидрокрекинга парафинов, использующую свойства катализатора в качестве параметров моделирования. С её помощью рассчитаны варианты реактора гидрокрекинга парафинов.
Научная новизна
Создана математическая модель процесса гидрокрекинга парафинов, учитывающая:
парожидкостное равновесие на входе и по высоте реактора;
свойства катализатора (количество кислотных центров на его поверхности), в результате чего появляется возможность прогнозировать пути совершенствования катализатора.
Показано, что процесс гидрокрекинга протекает в тонком приповерхностном слое зерна катализатора.
Практическая ценность
С помощью созданной математической модели можно рассчитать геометрические размеры реактора гидрокрекинга для катализатора Pt/ZSM-5.
Модель предоставляет возможность использовать свойства катализатора как параметры моделирования, выявлять и прогнозировать направления его совершенствования, уменьшив за счёт этого объём экспериментальной работы.
Также есть возможность рассчитать период работы катализатора, обеспечивающий необходимый уровень конверсии.
На основе результатов моделирования сделано предположение о протекании процесса гидрокрекинга в тонком поверхностном слое частицы катализатора, из этого следует, что для интенсификации процесса необходимо увеличить удельную поверхность катализатора.
Положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель гидрокрекинга парафинов для катализатора Pt/ZSM-5, учитывающая парожидкостное равновесие и Гауссовское распределение продуктов гидрокрекинга;
-
Математическая модель, использующая свойства катализатора в качестве параметров моделирования.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на I Российском нефтяном конгрессе (14–16 марта 2011 г., Москва); III Международной конференции «АИСТ-2011», Альтернативные источники сырья и топлива (24–26 мая 2011 г., Минск, Белоруссия); II Международной конференции «Газохимия-2011» (5–6 октября 2011 г., Москва); Конференции молодых учёных по нефтехимии (13–16 сентября 2011 г., Звенигород); 9-ой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов (4–7 октября 2011 г., Москва).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 3 статьи.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных результатов и выводов, библиографического списка использованной литературы из 101 наименования. Работа изложена на 96 страницах машинописного текста и содержит 35 рисунков и 19 таблиц.
