автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование диагностики процессов ректификации нефти и нефтепродуктов на основе представления об их фракционной разгонке

• - " ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ к » ^ - ''

УЛК ББ5.63.048.001.57

Д4МУДУ Игнатиус Алонна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ПРЕДСТАВЛЕНИИ ОБ ИХ ФРАКЦИОННОЙ РАЗГОНКЕ ■-

Специальность 05.17.08 - процессы и аппараты химической

технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ноаололоцк 1936

Работа выполнена в Полоцкой государственном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор АБАЕВ Г.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор МАЙКОВ В.П.

кандидат технических наук, доцент ТКАЧЕВ С.М.

Олпонирухшая организация - ПО "Нафтан" (.г.Ноеополоцк).

Защита состоится " " декабря 1936 г. в час. на заседании совета по защите диссертаций К 02.19.01 при ИГУ С 211440, г.Новололоцк. ул.Елохина. 29; в конференц-зале библиотеки ПГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУ.

Автореферат разослан

ноября 1996 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций

А. Г.Наэин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной'работы заклшается в том, что вопросы управления качеством в нефтепереработке до сих пор не наши однозначного и эффективного решения. В диссертационной работе разработаны модели и алгоритмы, позволяющие создавать систему компьютерного управления качеством при ректификации нефти и нефтепродуктов в нефтепереработке на основе ходедирования фракционной разгонки нефтепродуктов (ФРН,).

В настоящее время задачи управления качеством нефтепродуктов на установках первичной переработки нефти приходится решать в условиях нестабильности нагрузок по сырью и изменения состава нефти, поступавшей на ректификацию.

Применение модели ФРН, использование ее свойств для решения вопросов управления качеством нефтепродуктов и прогнозирования качества поступавшей на ректификацию нефти и состава тяжелых нефтепродуктов С мазута,) позволяют - считать проведенные исследования актуальными.

Целью диссертационной работы является диагностика процессов ректификации нефти и нефтепродуктов на основе моделирования их фракционных разгонок.

Задачи исследования: 1. Решение задачи контроля фракционного состава нефти, поступающей на ректификацию на основе материального баланса и ло качественному составу логонов С бензина, керосина, дизельного топлива и мазута,).

2. Решение задачи контроля фракционного состава мазута на основе знания характеристик поступающей на ректификацию нефти и получаемых логонов.

Научная новизна полученных результатов.

1. Выявлены некоторые погрешности, возникающие при проведении фракционной разгонки нефтепродуктов, и установлены методы их устранения.

2. Уточнена математическая модель ФРН и разработаны кетады определения ее свойств и характеристик.

3. Разработан метод определения характеристик фракционной разгонки нефти, поступающей на ректификацию, по данным нормальной эксплуатации колонны К-2.

4. Проанализированы статистические данные работы колонны К-2 установки первичной переработки нефти с использованием разрабо-

тайной методологии для определения потерь светлых нефтепродуктов с мазутом и состава нефти. постунашей на ректификацию.

Практическая значимость полученных результатов состоит в разработке уточненной модели ФРН, лозволяшей решить задачи управления качеством нефтепродуктов: определении погрешностей, вознюсаших при проведении ФРН согласно ГОСТ 217? - 82; разработке метода контроля состава нефти и мазута ло данным нормальной эксплуатации колонии К-2,

Основный положения диссертации, выносимые на запрету.

1. .Уточнение математической модели ФРН и установление ошибок, возникахиих при ее проведении.

2. Разработка метода и алгоритма определения характеристик фракционного состава нефти и мазута по фракционному составу светлых нефтепродуктов.

3. Доказательство применимости правила аддитивности ФРН для решения технологических задач процесса первичной перегонки нефти.

Личный вклад соискателя состоит: в уточнении математической модели и определении особенностей и ошибок, возникающих при проведении ФРН. что поз юлило использовать ФРН для решения технологических задач; разработка алгоритма определения фракционного состава нефти и мазута на основе знания ФРН светлых погонов.

К числу особенностей данного исследования надо отнести тот факт, что параллельно настоящей работе на кафедре "Химическая техника" ПГУ в направлении компьютеризации в нефтепереработке на основа моделирования ФРН решались аспирантами ешр две самостоятельный научные задачи. Это нашло отражение как в совместных публикациях, так и в совместной разработке некоторых теоретических вопросов ^модель ФРН. методы определения параметров ФРН. аддитивные свойства ФРН, запаздывание в системе измерения температуры). Все случаи пересечения диссертационных работ специально оговорены в тексте каждым из авторов.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались на международной конференции (г. Ярославль. 1994). а также на научно-технической конференции ПГУ ( г. Новололоцк, 1995).

Опублихованность £?з^льтатов,_.

По основным результатам работы имеется 5 публикаций в ведущих научных журналах, два отчета о научно-исследовательской работе.

€£РУКШШ..#. «б"»«*, диссертации. Диссертация состоит из

перечня условных обозначений, введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на

страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 23 иллюстрации, В приложений. Библиография вклшает 106 источников научно-технической литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации представлен литературный обзор, в котором содержатся сведения о методах анализа и управления ректификацией в процессе первичной переработки нефти. Рассмотрены: моделирование процессов ректификации в нефтепереработке; управление процессом ректификации в нефтепереработке; фракционная разгонка нефтепродуктов и методы ее проведения; свойства нефтепродуктов и их взаимосвязь; математическое описание свойств нефтепродуктов. Анализ обзора позволяет. сделать следухщие выводы:

- в научно-технической литературе известно много приемов и методов контроля качества нефти и нефтепродуктов, как истинной температуры кипения СИТКР и $РН, так и отдельных физических или физико-химических характеристик нефтепродуктов;

- для контроля качества нефтепродуктов, в т.ч. и для управления ректификацией при первичной переработке нефти, используются как статистические модели, так и простые эмпирические зависимости;

- несмотря на ряд известных работ и методов, основанных как на знании НТК и ФРН, так и отдельных физических или физико-химических характеристик нефтепродуктов, в литературе отсутствуют широко'апробированные и хорошо себя зарекомендовавшие приемы управления качеством нефтепродуктов в процессах первичной переработки нефти;

- фракционная разгонка является одним из методов анализа свойств нефтепродуктов. Она-достаточно простой и информативный метод анализа, который практически не используется для оперативного управления качеством нефтепродуктов на стадии первичной переработки нефти;

- известно применение математической модели ИТК, основанное на нормальном распределении Гаусса;

- имеется техническое решение задач управления ректификации нефти, построенное на взаимосвязи между функцией извлечения и кривыми фракционных разгонок;

- вс всех цитируемых работах не рассматривается такое важное свойство фракционной разгонки нефтепродуктов, как ее аддитивность;

не удалось выявить работы по учету инерционности телеприемников при проведении ФРН;

- при анализе качества нефтепродуктов недостаточное внимание уделяется трудностям определения фракционного состава тяжелой и легких частей нефтепродуктов (мазута и легких бензиновых фракций).

Выводы, сформулированные но результатам анализа литературных источников, позволяют определить основнъе цели и задачи настоящей диссертационной работа:

1. Уточнить математическую модель ФРН и разработать методы определения ее характеристик.

2. Оценить погрешности, возникающие при проведении фракционной разгонки, и разработать методы их устранения.

3. Проанализировать такие свойства ФРН, как аддитивность, т. к это крайне важно для решшя задач управления ректификацией, анализа работы ректификационной колонны, при перегонке нефти.

4. Разработать методы определения состава нефти, поступающей на ректификацию, и мазута. уходящего из колонны, по характеристикам фракционных разгонок потоков и данным нормальной эксплуатации колонны ректификации нефти.

Вторая глава посвящена фракционной разгонке нефтепродуктов и влиянию особенностей проведений ФРН на ее характеристики. Для изучения этих закономерностей использовали известный метод проведения ФРН согласно ГОСТу 2177-82. Все экспериментальные работы проводились в лаборатории ПГУ и центральной заводской лаборатории (.ЦЗЛ) ПО "Нафтан" (,г. Новополоцк) на различных видах нефтепродуктов Сбензин, керосин, дизельное топливо, мазут и нефть)

Изучалось запаздывание в системе измерения температуры при проведении ФРН. Для выявления этого фактора было взято семь стеклянных термометров одного и того же ГОСТа (ТН-7 400-80), и для каждого из них определено время, за которое достигалась температура 98 'С. Опыты проводились в парах юшядвй воды. Из этих термометров выделили два - 'инерционный термометр и менее инерционный термометр. (Сривыэ фракционной разгонки нефтепродукта (керосина), полученные при использовании этих термометров, представлены на рнс.1.

Из рис.1 ёидно, что при проведении ФРН расхождение температуры может быть вызвано различием инерционностей термометров.

Для более детального анализа влияния инерционности термометров при проведения фракционной разгонки нефтепродуктов были проведены эксперименты в цехе КИП и А на лаборатором автомате для определения фракционного состава светлых нефтепродуктов СДАФС с малоинер-ционкой термопарой) и со стандартными термометрами в ПГУ и ЦЗД ПО "Кафтан".

В результате эксперимента было установлено, что показания малоинерционной термопары в начале фракционной разгонки на 21-22 "С отличаются от показаний стеклянного термометра. Этого отличия не наблвдается во второй половине фракционной разгонки, что отчасти можно объяснить накоплением конденсата на термоларе, который значительно занижает ее темпервтуру и увеличивает инерционность.

Оценены возможные погрешности от изоляции колбы при фракционной разгонке. Выло проведено несколько испытаний с водой и нефтепродуктами. Разгонка проводилась без изоляции, с изоляцией и в песчаной бане. Наблюдались незначительные отклонения по температурам выкипания 1 + 2 "С. что вполне допустимо при проведении ФРН. Поэтому при проведении ФРН важны не упомянутые выше особенности условия разгонки, а поддержание постоянной скорости разгонки, указаной в ГОСТе 2177-82.

При фракционной разгонке легких нефтяных фракций С бензин; наблвдаюгся потери продукта в системе конденсации. Эти потери составляет - С1-8 - 2 */.) от обшего объема пробы. Рассмотрены три различных варианта учета потерь продукта по времени. Установлено, что на определение характеристик фракционной разгонки влияет сам факт учета потерь, практически независимо от особенностей их формирования в течение разгоню!.

В ходе проведения ФРН часть продукта содержится в парах.

р. объели

т, °с

Рис.1 Фракционная разгонка керосина, снятая двумя термометрами: инерционным С+) и менее инерционным (,*)

е

После окончания фракционной разгонки этот продукт конденсируется в системе и в приемный цилиндр не попадает. Для бензина этот объем - 1.2 мл. для керосина - 1.4 мл. для дизельного топлива ~ 1.7 мл. Неучет продукта в парах ведет к существенному искажении параметров фракционной разгонки (Л. а, Ткк^.

При проведении фракционной (при достижении температуры > SO "С ) разгонки возможно термическое разложение продукта (например. дизельного топлива?. Помимо перечисленных погрешностей, при проведении фракционной разгонки вручную возникает ее нешспроизшдкмость. Не воспроизводимость фракционной разгонки по параметрам ее математической модели составляет:

= 0.041: «v = 0.086: «г.

ТНК = 1 С: °ткк = 1,5 с*

а ^

Третья гляяя носвяшена моделированию и математическому описанию ФРН; ее свойствам; методам определения характеристик и аддитивным свойствам ФРН.

du/dT и обьеин.

о.оэ

т, с

Рис.2 Зависимость cWdT - Т.*С при а > 1С«?, а = 1 (+;. а < 1(0

Рис.З Фракционная разгонка нефтепродукта в координатах

т

1> + т

На рис.2 представлены кривые фракционной разгонки бензина в координатах ¿»^ат + т °С с различными характеристиками симметричности фракционной разгонки, которую необходимо учитывать в математической модели ФРН с помощью параметра "а". На рис.3 представлена кривая ФРН в координатах + т.

Кривая фракционной разгонки, представленная на рис.3, соответствует уравнению

dr " т

После интегрирования и преобразования уравнения CU имеем

а*"

и = -—-j—

i + аг

ОТКУДа in - Ina + *1г>т

du _ a^ r * + ¿T т 1

~ Í.1 + ark)2

u; (з;

ФРН можно характеризовать четырьмя параметрами: Тнк. Trac, а и Ч

где Тнк - температура начала кипения нефтепродукта, °С; Ткк - температура конца кипения нефтепродукта, °С; а - показатель симметричности ФРН при Т = Тер; * -показатель интенсивности ФРН при Т = Тер. Дня определения характеристик ФРН нами предложено несколько методик, основаных на свойствах уравнения (1).

В первой критерием оптимальности характеристик является дисперсия с (метод наименьших квадратов - .MH!Q. Во второй минимизируется сумма отклонений между кривой фракционной разгонки и прямой линией, проведенной через начальную и конечную точку фракционной разгонки, представленной в координатах in + 1пт

(метод наименьших шгошадей - МНП). Эти два метода применяют, если ФРН проводят до ^ = (95 + 97 %). Однако нефть, атмосферный газойль и другие фракции разгоняют до 70% и меньше, т.к. при их разгонке температура в колбе может быть выше 360 "С. что может привести к термическому разложению нефтепродукта. Поэтому мы предлагаем третий метод определения параметров ФРН. Этот метод основан на использовании информации о точке перегиба кривой ФРН. представленной в координатах —gy- + Т 'С.

Фракционная разгонка нефтепродуктов занимает особое место в контроле и управлении качеством нефтепродуктов, т. к связана со многими их свойствами. Особая ценность фракционной разгонки заклшается в том, что в отличие от других характеристик нефтепродуктов (плотность, температура застывания, октановое число, цетановое число и т.д.). она обладает аддитивными свойствами. Зная фракционные разгонки составляпцих. можно определить состав поступахщзго на разделение сырья.

Выполненная работа по моделированию фракционных разголок.

анализу ошибок, возникающих при их проведении, позволила детально исследовать аддитивные свойства ФРН. С этой целью была выполнена экспериментальная работа по проверке аддитивных свойств ФРН. Бши проведены специальный эксперименты на бензинах, керосинах и дизельных топливах. Исходный продукт разгонялся поровну на легкую и тяжелую части и на полученных таким образом составляющих смеси проверялись аналитические выражения аддитивности ФРН.

Проверялось прежде всего основное выражение аддитивности фракционных разгонок

Ж. = дТ г~ ат" ^ = дТГ 1 _/»_£__1

откуда

Л г СО , п

5 Ь -1-¿г—И =

Ы 1 1 11- 5 п^т^Ъа+г/ 1

= ■Ъ^а. I1 - ¡^Т^ы^г] ^

и уравнение аддитивности Тер.

(У - = рсЛШ - ТУсм ^

где Тср = ( ♦ Тнк) ✓ (1 ♦ ]:

дТсм - разность мевду температурами конца и начала

кипения 1-ых компонентов и смеси соответственно; рсн

- плотность ¿-ых компонентов и смеси.

Помимо уравнения С 4) и С5), аддитивные свойства ФРН описывают другие соотношения. выгекахвде из математической модели фракционной разгонки. Выявлено еще три таких соотношения, ото позволяет создать варианты замкнутых систем уравнений для определения неизвестных характеристик фракционной разгонки компонента смеси. Из этих уравнений были выбраны четыре, позволяющие определить все четыре параметра фракционной разгонки тяжелой части смеси или самой смеси Са. Тнк. Тиф по данным фракционных разгонок компонентов смеси.

Анализ закономерностей аддитивности ФРН для этих уравнений показал, что существует дебаланс при их вычислении. Как установлено нами, этот дебаланс связан с инерционностью теплоприемника.

Попытки применить уравнения аддитивности для расчета характеристик ФРН. скажем, тяжелой части смеси нефтепродуктов, при наличии в них разбаланса, обусловленного инерционностью тепло-приемника, приводили к искаженным результатам, даже если определяется только один параметр и используется одно уравнение аддитивности. Поэтому для повышения точности уравнений аддитивности было целесообразно связать их дебаланс с соответствующим разбалансом уравнения, учитыващзго инерционность замера температуры.

Анализ закономерностей аддитивности ФРН и учета влияния инерционности в системе измерения температуры параллельно рассмотрен в диссертационной работе О.Н. Жарковой применительно к собственным экспериментальным данным.

Выражение, учитывахвдзе инерционность термометров, имеет вид

2

1=1

е1АТ1 = лТсм

СБ)

где дТ - разность между температурой конца и начала кипения. Разбаланс данного уравнения = дТ„„ - У е,дТ

уравнения д^ -

Эти соображения были проверены по экспериментальным данным.

~ I

1=1

многочисленным

м «а и » м эо з> з* а г» «о

инер?

Рис.4 зависимость дебаланса по основному уравнению аддитивности С*) и уравнению аддитивности Тер от разбаланса уравнения инерционности.

На рис-4 представлены зависимость дебаланса по основному уравнению аддитивности уравнению аддитивности и уравнение аддитивности Тер. Как

видно из рис. 4. для дддд

С дебаланс по уравнениям аддитивности) и д^р существует четкая зависимость для двух уравнения аддитивности, основного и Тер. Таких четких зависи-«остей дадд_= Л*тер.> для других уравнений аддитивности не наблюдалось. В связи с этим возникает необходимость искать две

другие зависимости дня определения четырех параметров ФРН (а. Тик. Ткк). Установлены зависимости Т = / [¿ялп }трап и

_ СТкк)т ц

Т = Ла^ц. ч). где - T = (Ткк]'^—1 т. ч, см - тяжелая часть

смеси; (Дадд]трал - дебаланс уравнения аддитивности трапеция;

ат ч- "j ч " параметр симметричности фракционной разгонки тяжелой части смеси и ее доля.

Дня построения алгоритма расчета четырех параметров фракционной разгонки тяжелой части смеси нефтепродуктов необходимы четыре независимых уравнения, которые были выбраны с учетом рассмотренных закономерностей.

В четвертой главе основной задачей было обоснование и разработка алгоритма определения характеристик фракционной разгонки нефти и мазута по данным нормальной эксплуатации колонны ¡C-2 установки первичной переработки нефти с использованием разработанных принципов моделирования на основе модели ФРН.

Как известно, разгонка мазута проводится по методу Богданова. Этот метод не дает полной картины фракционной разгонки мазута. По методу Богданова можно знать только температуру начала кипения (.Тнк) мазута и долю отгона при 360 "С. которая обычно в процессах первичной переработки нефти составляет от 8 до 13 */.. Для светлых нефтепродуктов фракционная разгонка проводится от так называемой Тнк до температуры конца кипения Ткк. С целью предотвращения разложения разгонка мазута и других тяжелых нефтепродуктов проводится до 360 "С.

Такая оценка качества мазута Спо доле отгона светлых, вакилахтх до 360 'С) недостаточна для полной характеристики фракционного состава мазута. Поэтому для полной оценки качества мазута, его фракционного состава необходимо определение всех четырех параметров его фракционной разгоним (.Тнк. Ткк, а.

Фракционная разгонка нефти проводится по методу Энглера обычно до 300 -i- 320 "С. При этом, как правило, выкипает до 40 + 45 У. от общего объема разгоняемой пробы. Для более полного определения фракционного состава нефти можно использовать аппарат АРН-2, но этот метод имеет свои неточности, ограничения и не является оперативным. Эти трудности привели к выводу о целесообразности разработки методики определения характеристик фракционной разгонки нефти и мазута на основе знания соответствующих харак-

теристик фракционной разгонки светлых нефтепродуктов непосредственно по данным нормальной эксплуатации ректификационной колонны К-2.

Так, например, если из ректификационной колонны К-2 вызодят светлые нефтепродукты: бензин, керосин и дизельное топливо, фракционные разгонки которых известны, то по разработанному методу на основе аддитивных свойств ФРН можно было бы определить все параметры фракционной разгонки нефти и мазута (.имея неполную информацию об их характеристиках).

Разработана и оценена по лабораторным данным программа для определения характеристик фракционной разгонки тяжелой части смеси нефтепродуктов, в основу которой положен следующий алгоритм:

1. Задаются (;Тнк)т ч и (,Ткк)т_ч. При этом интервал поиска

истинных Тнк и Ткк устанавливается, исходя из реальных возможных данных.

2. Исходя из уравнения (, 7). определяет параметр a¡, ц .

Т = Ао - Al П-Й^Г]" • W

где ч - доля отгона тяжелой части смеси; щ. п - коэффициенты.

3. Имея параметр ар ч, из уравнения аддитивности Снапример, "тралешоГ) определяем параметр ч.

4. При закрепленном значении Тнк проверяем все Ткк в заданном интервале и запоминаем минимальное отклонение по одному из уравнений аддитивности С,или двум уравнениям аддитивности). Соответственно для условий экстремума определяем параметры фракционной разгонки тяжелой части.

5. Аналогичную процедуру повторяем дня новой Тнк и - для всех значений Тнк в заданном интервале.

6. Искомые характеристики фракционной разгонки тяжелой части определяем из условий нахождения глобального экстремума, по минимальному значению критерия в заданных интервалах изменения Тнк и Ткк. В качестве критерия при поиске экстремума используются Ia-í,,] по основному уравнению аддитивности или уравнению

аддитивности Тер.

7. Выдаются значения Trac, Trac, ат ч и ч, которые позволяет обеспечить минимальное отклонение »ml п по выбранному критерию. Выбор наилучшего варианта определения всех параметров ФРН мы оценивали по минимальному отклонению расчетных и экспе-

риментальных параметров для трех разных видов нефтепродуктов: бензина, керосина и дизельного топлива.

zí,í = гБ + £¡C + гДГ ,

где £К и £ДГ - суммарнные отклонения расчетных и

экспериментальных четырех параметров фракционной разгонки бензина, керосина и дизельного топлива соответственно.

В результате анализа было установлено, что наилучшими критериями определения параметров ФРН являются минимальное отклонение по основному уравнению аддитивности и по уравнению аддитивности Тер. При этом важно отметить, что для решения поставленной задачи оказалось достаточный использовать только одно уравнение аддитивности, что, по-видимому, связано с интегральным характером уравнений аддитивности.

На основе экспериментальных, данных полученных в лаборатории, был разработан оптимальный алгоритм определения характеристик фракционной разгонки тяжелой части смеси нефгепродутов.

В силу известных особенностей и ограничений в применении регрессионных уравнений, при моделировании промышленной колонны лабораторные данныз были дополнены данными по ректификации нефти, взятыми на установке АВТ-2. Эти данныз получены для решения задачи компаундирования дизельного топлива на основе легкого газойля, тяжелого газойля и вакуумного газойля на установке АВТ-2.

Все экспериментальные данныз были получены в лаборатории ПГУ и ЦЗЛ ПО "Нафган", где лшер лежали в пределах 6 + 43 *С. Как и следовало ожидать, область применения этих регрессионных уравнений, учитывающих иенрционность теплоприемников, ограничивается условием: Дщ^р - 43 *С.

Поэтому для перехода к промышленной колонне (для определения характеристик фракционной разгонки мазута или самой нефти на основе знания §РН светлых погонов где ^gp могут превышать 150 + 200 *С. были уточнены регрессионныз уравнения, учитывающие инерционность теплоприемников при больших значениях

Эти закономерности представлены в виде уравнений

+ А, се;

[дадц.)осн. = *0 + А1 линер. + А2 где Aq = -4.584, А1 = 0.745. А2 = -0.948 10"3

инер

Кдд.)

тер. = в0 + В1 линер. + В2 линер. ™

где В0 = -3.092. В1 = О.Б57. А2 = -0.575 10~3

П •• 00 , -«

> Р^^ [1 - / -^--г] =

= 'смлТсм I1 - £ С14а гс^Х1+г32 ] * [ладд.]осн. '1С]

К ~ ТУ> = ~ Уем (ладд.)тср.

Получено также уточненное уравнение (13) для определения с учетом Дддер . Преимущества подобной зависимости по сравнению с другими способами определения 'V из уравнений аддитивности заклшается в том, что полученная закономерность позволяет определить "к" какого-либо компонента смеси, независимо от других параметров (а. Тнк. Ткк).

0.5[1-е"1Аинер.] + 0.75 . а ^ ~ 1Г" / , "ТГ

м н ^=1

кк =

где - доля отгона 1-ых фракций и мазута; ><1, ^ и ^ -

показатель интенсивности фракционной разгонки *-ых фракций,

мазута и нефти; 1 - коэффициент.

В дальнейшем для определения 4-х параметров фракционной разгонки мазута и уточнения параметров поступашей на ректификацию нефти используем: уравнение (7) для определения параметра "а", уравнение (13) для определения параметра для определения дебаланса "основного уравнения" и уравнения Тер (10. И) соответственно.

Как отмечалось вше, целью работы являлась разработка метода определения характеристик нефти и мазута по данным нормальной эксплуатации колонны К-2. определения потерь светлых нефтепродуктов с мазутом.

На основании данных о хара!сгеристиках ФРН для нефти и мазута по материальному балансу были определены потери светлых нефтепродуктов в мазуте для каадого из рассмотренных случаев.

Важно было подтвердить правомерность полученных результатов о характеристиках нефти, мазута и "св. С этой целью все опыты были расположены в порядке возрастания усв и для исклшения случайных

UlpuJIMbMHUe Jlla'lullHW ||а|'аМе>Ц...И najUTn. ||ВфТН. И ('вЖИННЫ»

hAUdLHetbbt колонны Установки Á1-8 flu "ЙафТаН'*

N/N V доля свет- Параметры ФРН мазута отношение расходов мазута и нефти см /сн Параметры ФРН нефти срвднв-арифме-ческая температура (Тср)н, 'С содерж. светлых в нефти С до 300 "О

продуктов в мазуте Тнк/С Ткк/С а к Тнк Ткк а к

1 0. 0656 231. 3 574. 3 0. 417 1. 419 0. 533 61. 3 570 0. 809 1.090 325.7 39.6

2 0. 0734 233 572 0. 425 1. 431 0. 533 88.3 567 . 0. 833 1. 115 325. 7 39. 5

5 0. 872 232 569. 7 0. 399 1. 384 0. 544 87. 7 570 0. 819 1. 104 328. 9 39. 5

4 0. 1047 231. 7 572.3 0. 411 1. 388 0. 580 88.3 568.7 0. 809 1.106 327.5 39. 3

5 0. 1232 233. 7 568 0. 404 1. 415 0. 564 77. 7 565 0. 784 1.123 321.4 41.3

в 0.1432 244. 3 565 0. 426 1. 545 0. 556 76.3 560 0. 800 1.170 318. 2 41. 7

7 0. 1893 246. 3 553. 3 0. 427 1. 647 0. 553 76. 3 548. 3 0. 818 1.225 312. 3 41. 5

Продолжение Таблицы 1

N/N расход нефти, т/ч расход мазута, т/ч расход пара, т/ч расход острого орошения т/ч Т.СО низа К-2 T, С 'О верха К-2 Т. СО острого орошения Т. С 'О ввода 2-го ц. о Т. СО выхода 2-го ц. о т,со ввода сырья давление, атмосфер

1 828. 37 441. 49 5. 27 33.3 338 146. 3 52. 7 95 271. 7 346

2 823. 66 438. 61 5. 33 35 338. 7 145. 3 55 91.7 271 345. 3

3 880. 14 480. 32 5. 67 39 339 145.3 57 90. 7 272 348

4 882. 49 494. 91 5. 6 39 339. 3 145 55. 7 91.3 272.3 348 1.35

5 834. 27 526. 38 5.97 34 340.7 147 57 93 275 351. 7

6 940.18 521. 20 6. 57 30. 67 340 147. 3 58.7 94. 3 277.3 352

7 998. 99 552. 41 7.0 27.3 340 149.7 60.7 92.7 279 351.7

погрешностей усреднены по 3 по методу скользящей средней (,см. табл. 1). Из приведенных данных видно, что рост согласуется с ростом нагрузки на колонну по сырью и соответствующим ростом расхода' острого пара, подаваемого в колонну. По-видимому, увеличение расхода подаваемого пара не компенсировало влияния роста нагрузки, что и сказалось на качестве разделения.

Помимо монотонных зависимостей роста и нагрузки по сырью,

температуры ввода сырья, температуры вывода 2-го циркуляционного орошения, температуры низа К-2 нельзя не обратить внимание на существование ряда зависимостей, имеющих экстремальный или иной характер. Так ведут себя температура верха К-2. выход мазута на поданную нефть (Тср,)н. острое орошение и др. По-видимому,

это связано не только с ростом нагрузки на колонну К-2 по нефти, но и с изменением состава поступающей на ректификацию нефти, а также с изменением режимов работы колонны К-2. В верхней части табл.1 рост нагрузки на колонну К-2 по нефти и увеличение выхода мазута не сопровождается "облегчением" нефти С СТср)н не снижается с ростом нагрузки). В нижней части табл.1 увеличение нагрузки на колонну происходит одновременно с "облегчением" нефти СТср)н - снижается с 328 "С до 312 "С. Этим, по-видимому, объясняется наблвдаемш экстремальные зависимости: снижение во второй части таблицы выхода мазута и продолжающийся рост доли светлых нефтепродуктов в мазуте.

Анализ результатов убеждает в том, что получение на основе разработанного метода данныз о составе нефти и мазута носят закономерный характер, а разработанный алгоритм может решать важную задачу текущего контроля состава поступающей на ректификацию нефти и уходящего из К-2 мазута по данным нормальной эксплуатации колонны. Этот вывод крайне важен, т.к полный и точный оперативный аналитический контроль качества нефти и мазута затруднен, что может стать одной из основных причин потерь светлых нефтепродуктов при ректификации.

Фракционный состав всех погонов, включая мазут, может быть установяен, как отмечалось выше, непосредственно по данным эксплуатации колонны К-2. Следовательно, контролировать состав поступающей на ректификацию нефти, т.е иметь информацию для управления процессом первичной переработки нефти возможно на основе разработанного алгоритма, без применения каких-либо аналитических методов контроля, используя исключительно режимныз

параметры ре юг кассационной колонны К-2.

ЗАКЛШЕНИЕ

1. Уточнена математическая модель ФРН. Показано, что помимо таких характеристик, как Тнк - температура начала кипения нефтепродукта; Ткк - температура конца кипения нефтепродуктов; * - показатель интенсивности ФРН при.г = (Тт - ТнкМТкк - Тт) = 1. математическая модель должна вклхнать параметр "а" - показатель симметричности ФРН относительно т = 1.

2. Предложены методы определения характеристик ФРН. При проведении ФРН до последнего возможного отбора продукта О > 0.95 У.) предложены две методики: метод наименьших квадратов и метод наименьших площадей.

3. Выявлены ошибки, вознюсахвде при проведении ФРН. Точность вычисления параметров фракционной разгонки можно повьсить. если учесть:

а. запаздывание в системе измерения температуры;

б. долю продукта, находящегося в паровой фазе, которая для бензина составляет 1.2 мл, для керосина 1.4 мл и для дизельного топлива 1.7 мл.

в. потери продукта в системе конденсации, юоторыз при разгонке легких бензиновых фракций обычно составляют С 1.8 + 2 V.) от общего объема пробы.

г. возможное термическое разложение продукта в перегонной колбе С при разгонке дизельного топлива при температуре паровой фазы 340- 350 'С).

4. Экспериментально и аналитически иссследованы аддитивные свойства фракционных разгонок, выгекащие из их математического описания. Выведены и проверены уравнения аддитивности ФРН. Установлено. что использование уравнений аддитивности ("основного" и "Тер") возможно для решения технологических задач только в случае учета инерционности теплоприемников.

5. При анализе уравнений аддитивности ФРН ("основного" и "Тер") установлено, что дебаланс уравнений аддитивности связан с инерционностью теплоприемников при проведении ФРН. Получена взаимосвязь дебаланса уравнений аддитивности ("основного" и Тер с разбалансом . уравнения, учитывающего инерционность замера температуры.

6. С использованием уравнений аддитивности ФРН разработана методика определения фракционной разгонки нефти, поступающей на ректификацию, и мазута, уходящего из К-2, на основе материального баланса и состава легких погонов. Установлено, что фракционный состав нефти н мазута может быть восстановлен непосредственно по данным нормальной эксплуатации колонны К-2. Следовательно, возможно решать различные задач контроля и управления качеством в нефтепереработке, не используя каких-либо аналитических методов контроля.

7. На основании разработанной методики анализа работы ректификационной колонны, в частности, определения фракционного состава мазута для конкретной ситуации показано, что содержание светлых нефтепродуктов в мазуте может изменяться от Б до 20 У. и растет с ростом нагрузки на колонну, а также зависит от состава нефти, поступающей на ректификацию.

' СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абаев Г. Н.. Жаркова 0. Н.. Димуду И. А.. Спиридонов А. В. // Компьютеризация в химической технологии// Химическая промышленность. 1995. - N1. - С.29 - 34.

2. Димуду И. А., Жаркова 0. Н., Абаев Г. Н., Спиридонов А. В. // Свойства фракционных разгонок нефтепродуктов и их смесей // Известия вузов, серия "Химия и химическая технология". -1935. - N1-2. - Т. 38. - С. 136-142.

3. Жаркова 0. Н., Димуму И. А.. Абаев Г. Н., Спиридонов А. В. //Аддитивность и взаимосвязь характеристик фракционных разгонок нефтепродуктов^/ Химия и технология топлив и масел. 1995. - N5. С. 33-40.

4. Дюсуду И. А., Жаркова 0. Н., Абаев Г. Н., Спиридонов А. В. // Применение моделирования фракционной разгонки нефтепродуктов в управлении их качеством в процессах первичной перегонки нефти// Сб.вести ПГУ. -1995 -NI. Т1 С.82 - 89.

5. Dimudu I. А. . Jarkova О. N. arid Abaev G. M. //Mathemati cal model of fractional distillation of petroleum products and i ts ideritlf icatlon by expérimental data.// Inzynieria Chemi czna i

Procesowa| 1996, N4-

РЕЗЮМЕ ДИМУДУ Игнатиус Ал окна МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ НЕФТО И НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ПРЕДСТАВЛЕНИИ ОБ ИХ ФРАКЦИОННОЙ РАЗГОНКЕ

Моделирование, фракционная разгонка нефтепродуктов, математическая модель, нефть, бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, смесь, легкая часть, тяжелая часть, аддитивность, алгоритм, инерционность, параметр.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы моделирования процессов управления ректификацией нефти и нефтепродуктов.

Цель работы состоит в решении задачи анализа и управления ректификацией в процессе первичней переработки нефти.

Уточнена математическая модель фракционной разгонки нефтепродуктов и разработан метод определения ее свойств и характеристик. Выявлен ряд погрешностей, возникающих при ее проведении. Разработан алгоритм определения параметров фракционной разгонки нефти и мазута ш данным нормальной эксплуатации ректификационной колонны К-2. Проанализированы статистические даннш работы колонны К-2 установки первичной переработки нефти и показано, что содержание СЕетлых нефтепродуктов в мазуте может изменяться от 6 до 20 У..

Основные результаты работы могут быть предложены для использования на нефтеперерабатывающих предприятиях.

РЕЗШЭ Д31МУДУ 1гнац1ус Алонна МАДЭЯФАВАННЕ ДЩГНОСТЖх ПРАЦЭСАУ РЭШФ1КАЦЬР НАФТЫ I НАФТАЛРАДУКТАУ НА АСНОВЕ УЯУЛЕННЯУ АБ IX ФРАКЦШНАЙ РАЗГОНЦЫ

Мадэл1раванне, фракцьйная разгонка нафталрадуктау, матэматычная мадэль, нафта, бензин. керас1н, дызельнае лал1ва, мазут, сумесь, легкая частка, цяжкая частка. адытыунасць, 1нэрцыйнасць. параметр.

У дасертацыйнай працы разгледжаны пытаннт мадэл1равання працэсау к^равання рэкп^кацшй.нафты I нафталрадуктау.

Мэта працы закявчаецца у вырагонда задачи анализу * кхравання рэкты^кацыяй у працэсе першаснай перапрацоук* нафты.

Удасканалена катэматычная мадэль фракцыйкай разгонн? нафтапрадуктау т распрацаваны метад вызначэння яе уласц^васцяу т характарыстьк. Выяулены шераг х? бнасцяу, якхя узнгкаяць пры яе правядзеш!. Распрацаваны алгарыгм вызначэння параметрау фракцыйнай разгони? нафгы i мазута па даных нармальнай эксплуатации калоны JC-2. Праанал1 завалы статыстычныя даныя работы калоны К-2 устаноук* першаскай пералрадаукт нафгы i паказана, што утрыманне светлых нафтапрадуктау у мазуце можа змяняцца ад 6 да 20 X.

Асноуныя вын^К' працы могут быць праланаваны для выкарыстання на нафтаперапраувашых прадпрьемствах.

SUMMARY DIMUDU Ignatius A1onna MODELLING DIAGNOSTTTС PROCESSES OF RECTIFICATION OF PETROLEUM AND ITS PRODUCTS BASED ON THE KNOWLEDGE OF THEIR FRACTIONAL DISTILLATION

Modelling, fractional distillation of petroleum products, mathematical model , petroleum, gasoline, kerosine, diesel oil, residual, mixture, light fraction, heavy fraction, additivity, algorithm, lag, parameter.

In the thesis were tackled questions about modelling processes of recti f i ca ti on of petroleum and its products.

The work is aimed at solving problems of analysis and rectification control in primary oil refinery.

Mathematical model of fractional distillation of petroleum products has been redetermined and algorithm for determination of its properties and characteristics was developed. Series of errors which occour when conducting fractional distillation have been revealed. Worked out algorithm for determination of petroleum and residual fractional distillation parameters, based on the data of normal operation of rectification column K-2. Analysed statistics operation data of column K-2 primary oil refinery plant and shown, that the containt of light petroleum products in residual changes from 6 to SO X.

Basic results of the work can be suggested for usage in the oil refinery industries.