РЕФЕРАТ. Разработка математической модели реактора каталитического крекинга
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт природных ресурсов Направление подготовки 18.04.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Кафедра Химической технологии топлива и химической кибернетики МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ Тема работы Разработка математической модели реактора каталитического крекинга УДК 66.011 Студент Группа ФИО Подпись Дата 2КМ41 Киселёва Светлана Владимировна Руководитель Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата профессор Ивашкина Елена Николаевна Доктор тех- нических наук КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата доцент Криницына Зоя Васильевна Кандидат технических наук По разделу «Социальная ответственность» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата доцент Чулков Николай Александрович Кандидат технических наук ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Зав. кафедрой ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата ХТТ Юрьев Егор Михайлович Кандидат технических наук Томск – 2016 г. 2 ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ООП Код резуль- тата Результат обучения (выпускник должен быть готов) Профессиональные компетенции Р1 Применять базовые математические, естественнонаучные, социально-экономические и специ- альные знания в профессиональной деятельности Р2 Применять знания в области энерго-и ресурсосберегающих процессов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии для решения производственных задач Р3 Ставить и решатьзадачи производственного анализа, связанные с созданием и переработкой ма- териалов с использованием моделирования объектов и процессов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии. Р4 Проектироватьи использовать энерго-и ресурсосберегающее оборудование химической техноло- гии, нефтехимии и биотехнологии Р5 Проводить теоретические и экспериментальные исследованияв области энерго-и ресурсосбере- гающих процессов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Р6 Осваивать и эксплуатировать современное высокотехнологичное оборудование, обеспечивать его высокую эффективность, соблюдать правила охраны здоровья и безопасности труда на про- изводстве, выполнять требования по защите окружающей среды. Общекультурные компетенции Р7 Демонстрировать знания социальных, этических и культурных аспектов профессиональной дея- тельности. Р8 Самостоятельно учитьсяи непрерывно повышать квалификациюв течение всего периода про- фессиональной деятельности. Р9 Владеть иностранным языкомна уровне, позволяющем разрабатывать документацию, презенто- вать результаты профессиональной деятельности. Р10 Эффективно работать индивидуально и в коллективе, демонстрировать ответственность за ре- зультаты работы и готовность следовать корпоративной культуре организации. 3 Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт природных ресурсов Направление подготовки 18.04.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Кафедра Химической технологии топлива и химической кибернетики УТВЕРЖДАЮ: Зав. кафедрой _____ _______ ____________ (Подпись) (Дата) (Ф.И.О.) ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы В форме: магистерской диссертации (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации) Студенту: Группа ФИО 2КМ41 Киселёвой Светлане Владимировне Тема работы: Разработка математической модели реактора каталитического крекинга Утверждена приказом директора (дата, номер) 1632/с от 29.02.2016 Срок сдачи студентом выполненной работы: 26 мая 2016 г. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ: Исходные данные к работе (наименование объекта исследования или проектирования; производительность или нагрузка; режим работы (непре- рывный, периодический, циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия; требования к продукту, изделию или процессу; особые требования к особенностям функциони- рования (эксплуатации) объекта или изделия в плане без- опасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, энергозатратам; экономический анализ и т. д.). Объект исследования – установка каталити- ческого крекинга в составе комбинированной установки глубокой переработки мазута КТ-1/1. Сырьем установки является вакуумный дистиллят, производительность установки составляет 2,0 млн.т/год; Режим работы – непрерывный Установка КТ-1/1 предназначена для производства компонентов бензина и дизельного топлива, жир- ного газа, являющегося сырьем для нефтехимии, легкого и тяжелого газойлей, а так же кокса. 4 Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопро- сов (аналитический обзор по литературным источникам с целью выяснения достижений мировой науки техники в рассматриваемой области; постановка задачи исследова- ния, проектирования, конструирования; содержание про- цедуры исследования, проектирования, конструирования; обсуждение результатов выполненной работы; наимено- вание дополнительных разделов, подлежащих разработке; заключение по работе). 1. Обзор литературы 1.1 Современные технологии процесса катали- тического крекинга 1.2 Опыт моделирования процесса каталитиче- ского крекинга. Подходы к формализации схем превращений углеводородов 2. Объект и методы исследования 2.1 Технология каталитического крекинга 2.2 Физико-химические основы процесса ката- литического крекинга 2.2.1 Химизм процесса каталитического крекинга 2.2.2 Механизм реакций каталитического крекинга 2.3 Исходные данные для исследования 3. Определение термодинамических и кинети- ческих закономерностей процесса каталитического крекинга 3.1 Термодинамический анализ реакций про- цесса каталитического крекинга 3.2 Построение формализованной схемы пре- вращения углеводородов в процессе каталитиче- ского крекинга 3.3 Разработка кинетической модели процесса каталитического крекинга. 3.4 Составление уравнений теплового баланса реактора каталитического крекинга 3.5 Обоснование гидродинамического режима работы реактора 3.6 Разработка модели реактора каталитическо- го крекинга и её программная реализация 3.7 Разработка модели колонны разделения продуктов каталитического крекинга в HYSYS 3.8 Проверка разработанной модели реактора и колонны разделения на адекватность 3.9 Оценка влияния технологических парамет- ров на выход продуктов процесса каталитическо- го крекинга 3.10 Прогнозирование выхода продуктов каталитического крекинга с учетом состава пере- рабатываемого сырья 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффектив- ность и ресурсосбережение 5. Социальная ответственность Заключение Список публикаций Список используемых источников Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) Технологическая схема процесса каталитического крекинга вакуумного дистиллята 5 Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы (с указанием разделов) Раздел Консультант Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ре- сурсосбережение Криницына Зоя Васильевна, к.т.н., доцент Социальная ответственность Чулков Николай Александрович, к.т.н., доцент Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном язы- ках: 1.1 Современные технологии процесса каталитического крекинга 1.2 Опыт моделирования процесса каталитического крекинга. Подходы к формализации схем превращений углеводородов Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалифика- ционной работы по линейному графику 14.03.2016 г. Задание выдал руководитель: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата профессор Ивашкина Елена Николаев- на Доктор техниче- ских наук Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 2КМ41 Киселёва Светлана Владимировна 6 РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа содержит 130 страниц, 32 рисунка, 35 таблиц, 59 источников, 4 приложения. Ключевые слова: каталитический крекинг, математическое моделирова- ние, бензиновая фракция, ректификация. Объектом исследования является установка каталитического крекинга С-200, входящая в состав комбинированной установки глубокой переработки мазута КТ-1/1. Цель работы – определение оптимального технологического режима ра- боты лифт- реактора для получения максимального выхода бензиновой фрак- ции при переработке вакуумного дистиллята на установке каталитического крекинга с учетом состава перерабатываемого сырья. В результате проведенных исследований разработана модель реактора каталитического крекинга, в основу которой положены химические закономер- ности протекания реакций каталитического крекинга на цеолитсодержащем ка- тализаторе и гидродинамический режим работы реактора, а так же разработана модель колонны разделения продуктов каталитического крекинга. Проведен- ные на разработанной модели реактора расчеты позволили спрогнозировать выход продуктов крекинга в зависимости от состава перерабатываемого сырья и технологического режима работы реактора каталитического крекинга и поз- волили рекомендовать технологические режимы для увеличения выхода бензи- новой фракции в зависимости от состава перерабатываемого сырья. Степень внедрения: разработанная математическая модель реактора в дальнейшем будет апробирована на промышленных данных нефтеперерабатывающего завода Западной Сибири. Экономическая значимость работы заключается в возможности прогно- зирования выхода светлых фракций в технологии глубокой переработки нефтяного сырья с применением разработанной модели в зависимости от состава сырья и технологических параметров процесса, а так же в возможности оптимизации процесса путем корректировки технологического режима. 7 Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки Нормативные ссылки В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты: 1. ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны 2. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и про- мышленных коммуникаций СО 153-34.21.122-2003. 3. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок; приказ Минтруда России от 24.07.2013 N 328н, зарегистрировано в Минюсте России 12.12.2013 N 30593 4. СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату произ- водственных помещений 5. Федеральный закон Российской Федерации от 28 декабря 2013 г. N 426- ФЗ «О специальной оценке условий труда» 6. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 13.07.2015) "Техни- ческий регламент о требованиях пожарной безопасности" 7. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) "О про- мышленной безопасности опасных производственных объектов" 8. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки: санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 утверждены Постановлением Госкомсанэпиднадзора России 31 октября 1996 г. № 36. Москва. Сокращения FCC – каталитический крекинг в псевдоожиженном слое катализатора; КК – каталитический крекинг; ОЧ ИМ – октановое число по исследовательскому методу; ОЧ ММ – октановое число по моторному методу; НПЗ – нефтеперерабатывающий завод; УВ – углеводороды 8 Оглавление Введение .......................................................................................................................................................... 10 1. Обзор литературы .................................................................................................................................. 13 1.1 Современные технологии процесса каталитического крекинга .................................................... 14 1.2 Опыт моделирования процесса каталитического крекинга. Подходы к формализации схем превращений углеводородов ......................................................................................................................... 18 2 Объект и методы исследования ............................................................................................................... 27 2.1 Технология каталитического крекинга ............................................................................................ 27 2.2 Физико-химические основы процесса каталитического крекинга ................................................ 29 2.2.1 Химизм процесса каталитического крекинга .............................................................................. 29 2.2.2 Механизм реакций каталитического крекинга ............................................................................ 30 2.3 Исходные данные для исследования ................................................................................................ 32 3 Определение термодинамических и кинетических закономерностей процесса каталитического крекинга .......................................................................................................................................................... 34 3.1 Термодинамический анализ реакций процесса каталитического крекинга ................................. 35 3.2 Построение формализованной схемы превращения углеводородов в процессе каталитического крекинга .......................................................................................................................................................... 37 3.3 Разработка кинетической модели процесса каталитического крекинга ....................................... 39 3.4 Составление уравнений теплового баланса реактора каталитического крекинга ....................... 41 3.5 Обоснование гидродинамического режима работы реактора ........................................................ 42 3.6 Разработка модели реактора каталитического крекинга и её программная реализация ............. 50 3.7 Разработка модели колонны разделения продуктов каталитического крекинга в HYSYS ........ 51 3.8 Проверка разработанной модели реактора и колонны разделения на адекватность ................... 54 3.9 Оценка влияния технологических параметров на выход продуктов процесса каталитического крекинга .......................................................................................................................................................... 55 3.10 Прогнозирование выхода продуктов каталитического крекинга с учетом состава перерабатываемого сырья ............................................................................................................................. 69 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ....................................... 72 4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения .............................................................................. 73 4.2 Инициация проекта ........................................................................................................................ 78 4.3 Планирование научно-исследовательских работ ........................................................................ 80 4.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ................................................................... 83 4.5 Организационная структура проекта ........................................................................................... 87 4.6 Оценка сравнительной эффективности исследования ................................................................ 87 5 Раздел «Социальная ответственность» ................................................................................................ 90 9 5.1 Характеристика опасностей производства ...................................................................................... 91 5.2 Методы и средства защиты работающих от производственных опасностей ............................... 95 5.3 Методы и средства контроля за содержанием взрывоопасных и токсичных веществ в воздухе рабочей зоны ................................................................................................................................................... 97 5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях .................................................................................................. 97 5.5 Нормы и требования, ограничивающие воздействие процессов производства и выпускаемой продукции на окружающую среду ............................................................................................................... 98 Заключение ................................................................................................................................................... 100 Список публикаций ...................................................................................................................................... 102 Список используемых источников ............................................................................................................. 105 Приложение А .............................................................................................................................................. 111 Приложение Б Схемы некоторых установок каталитического крекинга: (a) каскадная установка UOP ; (b) модель IV; (c) Exxon установка на флюидизированном катализаторе; (d) R2R установка (Монтгомери) ................................................................................................................................................ 125 Приложение В Календарный план-график проведения НИОКР по теме ............................................... 126 Приложение Г Характеристика токсических, пожаро- и взрывоопасных свойств сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства ................................................................. 128 10 |