Развитие и совершенствование нефтеперерабатывающей промышленности тесно связано с углублением процесса переработки нефти и увеличением доли выпуска высокооктановых бензинов и ароматических углеводородов. Этим целям соответствует каталитический риформинг – один из важнейших процессов в нефтехимии и нефтепереработке [3].
В процессе каталитического риформинга происходит множество одновременно протекающих реакций. Полная кинетическая модель такого процесса должна содержать большое число дифференциальных уравнений, описывающих превращение каждого компонента реакционной смеси [1].
Уровень сложности кинетических моделей реакций каталитического риформинга варьируется от нескольких компонентов до детальных кинетических моделей и связан с развитием высокоскоростных аппаратных средств и компьютеров большой производительности. Хронологическая эволюция кинетического моделирования каталитического риформинга представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Эволюция кинетических моделей каталитического риформинга
Современный уровень кинетического моделирования для каталитического риформинга нафты с одной стороны представлен в большинстве опубликованных кинетических моделей, основанных на методе слияния (представление в модели класса углеводородов одним соединением, которое имеет средние свойства этого класса), сообщающих о константах скорости, которые должны быть зависимы от подачи и свойства катализатора. Некоторые модели не способны предсказывать состав алкилциклопентанов, состав n-парафинов и i-парафинов, подробный состав продуктов реакции гидрокрекинга и весь диапазон углеводородов, присутствующих в составе нафты. Уровень сложности варьируется от нескольких компонентов до очень детальной кинетической модели.
С другой стороны, сложные модели, основанные на фундаментальных подходах (например, кинетическая модель с одним событием), хотя преодоление некоторых недостатков моделей соединений все же необходимо проверять в условиях (например, другого сырья), отличных от условий, при которых они были и обеспечивают более убедительное сравнение с индустриальной реальностью. Кроме того, модели соединений включают в себя уменьшенное количество кинетических параметров и требуют относительно небольших количеств экспериментальных данных для их оценки, тогда как фундаментальные подробные модели довольно сложны, с большим количеством параметров и часто нуждаются в дополнительных экспериментах.
Таким образом, кинетическое моделирование сталкивается со значительной дилеммой: в одном используется либо сосредоточенная кинетическая модель, либо более фундаментальный подход. Однако есть некоторые важные моменты, которые влияют на это решение. В большинстве случаев модели необходимо моделировать установку и прогнозировать влияние на выход продукта и качество незначительных изменений параметров процесса. Если выбрана модель с несколькими компонентами, то предсказательной способности недостаточно для представления желаемой ситуации. Но если выбрать детальную механистическую модель, то она может быть слишком сложной для реализации, а не из-за решения модели, которая с современными компьютерами и алгоритмами стала относительно легкой задачей, но из-за необходимой стоимости и объема экспериментальной информации для определения параметров модели. Таким образом, почему бы не использовать промежуточный подход, который поддерживает простоту подхода слияния и достаточно подробен, чтобы правильно предсказать поведение установки каталитического риформинга? Под промежуточным подходом подразумевается, что количество компонентов таково, что состав продукта предсказывается со всеми желаемыми компонентами. Ответ на этот вопрос является причиной того, что усредненные кинетические модели все еще широко используются для характеристики реакционно способных групп и описывают кинетику реакции сложных процессов в приемлемой манере.
Общим выводом всех опубликованных научных работ является то, что метод слияния является достаточно надежным при описании соотношений между переменными процесса и скоростей реакций [2]. Этот вывод подтверждается сопоставлением результатов кинетических моделей и производственных данных.
Библиографический список
- Шариков Ю. В., Белоглазов И.Н. Реакторное оборудование в процессах нефтегазопереработки. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2012. 135 с.
- Ancheyta Jorge. Modeling and simulation of catalytic reactors for petroleum refining. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2011. 525 c.
- Шариков Ю. В., Петров П. А. Универсальная модель каталитического риформинга. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007, №10.
Количество просмотров публикации: Please wait