Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 8
Описание технологического процесса 8
Математические модели основных элементов ХТС 15
Моделирование сложной ХТС 26
Оптимизация химико-технологической системы 28
Анализ существующей технологии 32
Постановка задачи исследования 33
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ХТС ПРОИЗВОДСТВА
ЛИНЕЙНОГО АЛКИЛБЕНЗОЛА 35
2.1. Моделирование работы установки ПФК 36
Анализ исходных данных 36
Модели колонн установки ПФК, их параметрическая настройка и проверка адекватности 40
2.2. Моделирование работы реакторного блока установки Пакол-
Дифайн 43
Обзор данных по кинетике дегидрирования н-парафинов в моноолефины 44
Построение кинетической модели реактора 50
Настройка модели. Выбор поправочных коэффициентов. Проверка адекватности модели реактора 53
2.3. Моделирование работы установки алкилирования 60
2.3.1. Моделирование состава сырья 60
2.3.2 Проверка адекватности модели установки 63
ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА
ПОЛУЧЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ АЛКИЛБЕЗОЛОВ 70
3.1. Оптимизационные решения на установке ПФК 70
3.1.1. Оценка максимально возможной загрузки блока
предфракционирования 70
Выбор определяющих регламентных ограничений. Влияние технологических показателей на работу установки 76
Возможность повышения загрузки установки предфракционирования при изменении технологических режимов 79
3.2. Оптимизационные решения на установке Пакол-Дифайн 81
Обзор способов регулирования температуры по профилю реактора Пакол 81
Расчет оптимального температурного профиля по реактору. Учет ограничений 88
3.3. Моделирование работы блока ректификации установки
алкилирования при увеличении содержания фр. Сю-Си в сырье 93
Расчет расходов и составов потоков установки алкилирования при изменении состава сырья 93
Расчёт паровых и жидкостных нагрузок для ректификационных
колонн установки алкилирования 101
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ
ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ УСТАНОВОК
ПРЕДФРАКЦИОНИРОВАНИЯ, ПАКОЛ-ДИФАЙН 106
4.1. Проверка результатов моделирования работы установки ПФК в ходе
опытного пробега 106
4.2. Имитационное моделирование двухреакторной схемы работы
установки Пакол-Дифайн 110
4.2.1. Задача увеличения удельной выработки ЛАБ на 1 кг катализатора 113
4.2.3. Задача увеличения степени конверсии по целевой реакции 115
ВЫВОДЫ 117
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 119
ПРИЛОЖЕНИЕ А 126
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 130
ПРИЛОЖЕНИЕ В 133
Введение к работе
Современное крупное предприятие нефтеорганического синтеза представляет собой настолько сложный технологический комплекс, что его разработка, проектирование и эксплуатация с целью достижения высокой эффективности производства требует системного подход.
В процессе разработки технологии, проектирования и анализа функционирования производств системный подход позволяет учесть большинство факторов, влияющих на работоспособность как всего производства (системы в целом), так и отдельных ее элементов (установок, цехов), а также взаимосвязи между отдельными аппаратами, установками, входящими в производство.
Промышленный комплекс по получению линейного алкилбензола (ЛАБ) представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), состоящую из взаимосвязанных установок предфракционирования (ПФК), Пакол-Дифайна и алкилирования.
Линейный алкилбензол, один из основных компонентов производства синтетических моющих средств, составляет третью часть ингредиентов, применяемых в мире при производстве моющих средств. Столь масштабное использование ЛАБ обусловлено его экологической безопасностью для окружающей среды, что подтверждено многочисленными исследованиями.
По прогнозам уровень потребления моющих средств для населения должен составлять не менее 7 кг в год на одного человека. Сейчас этот показатель в среднем по России составляет около 4 кг. Емкость рынка моющих средств в России оценивается в 1,2 млн. тонн. Для выработки таких объемов необходимо наличие в сырьевой базе страны 100-120 тыс. тонн ЛАБ, однако мощности единственного в России производителя ЛАБ — ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» — составляют не более 60 тыс. тонн в год. Таким образом, задача повышения эффективности производства ЛАБ является весьма
актуальной.
Увеличение выпуска ЛАБ на существующем оборудовании возможно только при превышении его производительности, поэтому для более рационального использования имеющихся материальных ресурсов необходимо произвести математическое моделирование комплекса и найти оптимальные решения по изменению структуры и параметров работы ХТС.
Диссертационная работа состоит из четырех глав
В первой главе проведен анализ научной проблемы моделирования и оптимизации нефтеперерабатывающих систем и дано подробное описание объекта исследования.
Рассмотрены основные особенности математического моделирования многоаппаратурных химико-технологических систем: модульный принцип, иерархия математических моделей (аппарат, технологическая установка, цех), способы учета взаимовлияния элементов системы. Исследованы принципы ресурсобережения для нефтеперерабатывающих комплексов. Проведен анализ функциональных возможностей известных компьютерных программ технологического моделирования и полнота их баз данных.
Выполнен обзор численных методов параметрической оптимизации отдельных элементов ХТС (реакторов, ректификационных колонн). Рассмотрены алгоритмы оптимизации режимных параметров системы в целом. Исследованы различные подходы к решению задач структурной оптимизации ХТС.
Вторая глава посвящена построению моделей отдельных
технологических объектов производства получения линейного
алкилбензола. С целью дальнейшей оптимизации процессов проведено
моделирование работы трех взаимосвязанных установок:
предфракционирования, Пакол-Дифайн, алкилирования. При этом обработаны и проанализированы исходные данные: для моделирования работы реакторного блока Пакол представлен анализ кинетических данных из ряда литературных
источников, осуществлен выбор кинетики; для установки алкилирования, ввиду отсутствия данных по составу потока, рассмотрено создание гипотетических компонентов в моделирующей программе Hysys. После создания моделей процессов проведена проверка адекватности. В результате, после интеграции моделей, получена общая модель производства ЛАБ.
Третья глава посвящена оптимизации режимов работы установок комплекса ЛАБ-ЛАБС с целью увеличения производительности по целевым продуктам. Для этого для установки предфракционирования определена рабочая область функционирования, проведены исследования влияния отборов редистилляционной колонны на выход целевой фракции. Для установки Пакол-Дифайн рассчитан оптимальный температурный профиль по высоте реактора, который возможно обеспечить секционированием реактора. При соблюдении предложенных температурных режимов работы показана возможность увеличить выход целевой фракции. При повышенной загрузке установки алкилирования проведен расчет паро-жидкостных нагрузок ректификационных колонн установки. Показана стабильная работа установки алкилирования в новых условиях работы.
В четвертой главе рассмотрено практическое применение результатов моделирования:
для установки предфракционирования предложения по оптимизации структуры потоков были проверены и подтверждены в ходе опытного пробега на промышленной установке.
для установки Пакол-Дифайн был разработан многофункциональный программный комплекс (свидетельство №2010610778 от 22.01.10г о государственной регистрации), позволяющий оценить влияние режимных параметров на показатели процесса (конверсия, селективность, снижение активности катализатора), как для существующей однореакторной, так и для предлагаемой двухреакторной схемы.
На защиту выносятся:
математическая модель сложной ХТС, представляющей собой совокупность технологических установок предфракционирования, Пакол-Дифайн, алкилирования и предназначенная для оптимизации и научных исследований, а также поддержки принятия решений при планировании и управлении процессом получения ЛАБ
методика расчета требуемого числа стадий контактирования для реактора дегидрирования н-парафинов установки Пакол-Дифайн на основе построения и анализа оптимального профиля температур по объему катализатора
алгоритм имитационного моделирования и оптимизации режимов реакторного блока Пакол в течение межремонтного срока работы
методика повышения эффективности использования существующих материальных ресурсов установки Пакол-Дифайн.
Апробация
Результаты диссертации докладывались на международных научных конференциях: «Математические методы в технике и технологиях» «ММТТ-19» (2006г., г. Воронеж), «ММТТ-20» (2007г., Ярославль), «ММТТ-21» (2008г., г. Саратов), «ММТТ-22» (2009г., г. Псков), Менделеевской конференции (2009г., г. Москва).
Публикации по теме диссертации
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них в журналах, рецензируемых ВАК, размещено 2 статьи, получено одно свидетельство об официальной регистрации программного комплекса в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
