Введение к работе
Актуальность темы исследования. Тенденция утяжеления сырья пиролиза в связи с вовлечением в химическую переработку тяжелых нефтяных смесей (в частности, газойлей, мазутов, гуд-ронов) затрудняет математическое моделирование процесса. Большинство кинетических моделей пиролиза углеводородного сырья основано на детальном описании механизма процесса термического распада углеводородов согласно свооодно-радикальной теории Раиса. Принципам построения кинетических моделей пиролиза посвящены разработки сотрудников KTI (программа SPYRO), ВНИИОС (программа "Терасуг"), а также М.Р.Тучинского, Н.Н.Седова, А.Л.Суриса, Ю.М.Жорова и др. К сожалению, детерминированные модели, позволяющие успешно прогнозировать результаты пиролиза индивидуальных углеводородов и легких бензиновых фракций, не всегда приемлемы к описанию процессов пиролиза тяжелого нефтяного сырья ввиду сложности учета всего исключительного многообразия элементарных реакций, отсутствия полной информации о составах, неопределенности в выборе численных значений кинетических параметров и необходимости привлечения мощных ЭВМ для решения систем дифференциальных уравнений.
Поликомпонентность высококипящих нефтяных фракций определяет стохастический характер процессов, протекающих в них, и указывает на целесообразность вероятностно-статистического подхода к исследованию процессов пиролиза тяжелых нефтяных смесей.В этом случае информацию о стохастическом характере поведения компонентов и активных частиц, связанных в единую статистическую систему, несет в себе соответствующая функция распределения. -Параметры этой функции являются интегральными характеристиками состояния системы и определяются как условиями пиролиза, так и химической активностью исходных компонентов.
Следовательно, актуальна проблема разработки методов прогнозирования результатов пиролиза тяжелого нефтяного сырья на основе закономерностей эволюции параметров функции распределения без детального рассмотрения механизма и кинетики процесса. Основой для исследований является установленная А.С.Эйгенсоном универсальная закономерность нормального рас-
пределения компонентов и фракций природных и техногенных углеводородных конативных*^ систем по стандартным температурам кипения (СТК).
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ БашНИИ НП на 1986 - 87 г.г. (решение Ученого Совета № 4 от 12.11.86 г.), по заданию МНХП СССР ( договор И 1.01/005 от 01.01.88 координационный план по созданию нормативно-методической базы расчетов процессов и аппаратов производства н/п и н/х промышленности на 1986 - 90 и 2000 г.г.).
Цель работы. Провести вероятностно-статистическое исследование динамики процессов пиролиза углеводородного (нефтяного) сырья; разработать способы прогнозирования выходов газообразных продуктов пиролиза тяжелых нефтяных смесей на основе исследований изменения параметров функции нормального распределения газообразных продуктов пиролиза по СТК с изменением интенсивности внешнего теплового воздействия на систему; исследовать влияние технологических параметров пиролиза на процессы коксообразования (выход кокса).
Научная новизна. Решением уравнения Колмогорова-Фоккера-Планка, описывающего поведение стохастической системы в условиях термодинамического равновесия, показан квазилинейный характер эволюции параметров функции нормального распределения газообразных продуктов пиролиза.
Расчетным путем доказана термодинамическая обусловленность закономерности нормального распределения компонентно-фракционного состава углеводородных конативных систем по СТК.
Установлено, что параметры функции нормального распределения газообразных продуктов пиролиза углеводородного сырья по свободным энергиям образования и, как следствие, по СТК квазилинейно убывают с увеличением жесткости (по температуре и времени контакта) процесса, т.е. с увеличением интенсивности внешнего теплового воздействия на систему.
Впервые получена система кинетических уравнений, адекват-
~*)
По определению А.С.Эйгенсона: со (соп)-вместе, совместно jnativus-pojmeHHHft (лат.);в русской научной терминологии на-тивный-изначальный, не подвергавшийся вторичным превращениям.
но описывающих процесс термического обессеривания промышленного образца нефтяного кокса Ново-Уфимского НПЗ.
Практическая ценность. Предложены способы прогнозирования компонентно - фракционного состава газообразных (до с. включительно) продуктов пиролиза высококипящих нефтяных фракций и остатков по режимным параметрам процесса, физико-химическим свойствам сырья и параметрам функции нормального распределения продуктов пиролиза по СТК.
Предложено использовать квазилинейную закономерность динамики изменения параметров функции нормального распределения продуктов пиролиза по СТК в качестве критерия устойчивости работы пиролизшх реакторов и плазмоагрегатов.
Программная разработка вероятностно-статистического исследования процессов пиролиза в низкотемпературной плазме внедрена в Научной части ПО "Каустик" (г. Стерлитамак) с ожидаемым экономическим эффектом 71000 руб.
Предложен способ прогнозирования выхода кокса в процессах термоконтактного пиролиза тяжелого нефтяного сырья.
Разработан спектрофотометрический способ определения коксуемости (по Конрадсону) тяжелых нефтяных фракций и остатков. Предложенный способ, защищен авторским свидетельством.
Разработан статистический метод расчета эффективных кинетических параметров процессов пиролиза (термолиза) тяжелых нефтяных смесей. Метод был использован при подготовке рекомендаций на получение опытно - промышленной партии спеканщих добавок из тяжелого нефтяного сырья на ПО "Пермьнефтеоргсин-тез". Результаты исследования статистическим методом динамики процесса получения асфальто-смолистых олигомеров и рекомендации, выданные на их осдове, используются при получении опытно - промышленных партий нефтеполимера типа АСМОЛ-1 на Уфимском опытном заводе. Ожидаемый экономический эффект от оптимизации процесса получения АСМОЛ-1 при промышленной реализации составляет 128000 руб.
Апробация работы.Результаты работы были доложены на XV и XVI республиканских конференциях молодых ученых и специалистов ( БашНИИ НП, г.Уфа, 1987 г., 1990 г.) ; на республиканских конференциях в БНЦ УрО АН СССР (г.Уфа,1987 г.,1988 г.);
на VI Всесоюзной научно-технической конференции электродной промышленности (г. Челябинск, 1988 г.); на Всесоюзной конференции по технологии подготовки и переработки сернистых газовых конденсатов и нефтей из сероводородсодержащих месторозде-ний ( г.Уфа, 1989 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 2 брошюры, б статей, 3 депонированные рукописи и 8 тезисов . Получено одно авторское свидетельство .
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка литературы из 163 наименований. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков, 33 таблицы и 63 страницы приложений.
