автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процессов компаундирования дизельных топлив и бензинов

г г* П п л

ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

I Ь ¿51,Н (¿си

УЖ 6Б5.7.063.001.57

ЖАРКОВА Ольга Николаевна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОМПАУНДИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ И БЕНЗИНОВ

Специальность 05.17.08 - процессы и аппараты химической

технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новополоцк 1996

é>

Работа выполнена в Полоцком государственном университете

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор АБАЕВ Г.Н.

Официальные оппоненты: Ч

доктор технических наук, профессор МАЙКОВ В.П.

кандидат химических наук, доцент ПОКРОВСКАЯ C.B.

Огаюннруыпдя организация - ПО "Нафтан" Сг.Новополоцк).

Защита состоится " Щ. " декабря 1995 г. в ^ час. на заседании совета по защите диссертаций К 02.19.01 при ЛГУ ^211440, т.Новополоцк, ул.Блохина, 23) 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.Назин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

1. Фракционная разгонка нефтепродуктов (ФРН; является одним из наиболее распространенных методов контроля качества нефтепродуктов. Оперативная информация о ФРН позволяет судить о многих других характеристиках нефтепродуктов.

2. Знание закономерностей ФРН позволяет решать различнее технологические задаад: компаундирование нефтепродуктов с целью получения заданного их качества; определение состава постулагшей на переработку нефти; выбор оптимальных режимов работы ректификационных колонн.

3. Разработка методов определения параметров ФРН непосредственно по данным эксплуатации ректификационных колонн позволит успешно решать задачи оперативного управления качеством получаемой продукции.

4. Разработка моделей и алгоритмов на основе знания свойств ФРН. закономерностей смешения бензинов и приемистости их к окга-ношвшаплрй добавке будет содействовать дальнейшему развитию компьютеризации в нефтепереработке.

Цель работы.

Разработка и экспериментальная проверка в промышленных условиях эффективных моделей и алгоритмов оптимального оперативного управления процессами компаундирования нефтепродуктов С дизельных топлив и бензинов).

Задачи исследования.

1. Получить математическое описание ФРН, проанализировать ее свойства.

2. Разработать методику определения параметров ФРН по данным "неполной" разгонки (доля отгона » < 0,95).

3. Исследовать аддитивнш свойства ФРН для решения задач компаундирования нефтепродуктов.

4. Выявить взаимосвязь параметров ФРН с режимными данными работы ректификационных колонн.

5. Провести экспериментальное исследование влияния окганопо-вышавдэй добавки на октановое число компаундируемых бензинов, а также закономерностей смешения бензиновых компонентов.

Б. На основе выполненных исследований разработать математические модели, позволяющие прогнозировать:

а} требуемое качество дизельного топлива (температуру 90*/.-ой

■ точки его фракционной разгонки,);

б) октановое число смеси бензиновых компонентов до и после введения октаноповышагщей добавки.

7. На базе созданных моделей разработать алгоритмы решения задач компаундирования дизельных топлив и бензинов.

8. Провести экспериментальную проверку полученных моделей и алгоритмов в промышленных условиях.

Научная новизна полученных результатов.

1. Предложена математическая модель ФРН, характеризуемая четырьмя параметрами: Тнк, Ткк', ® и

2. Предложена методика определения параметров ФРН по "неполным" экспериментальным данным.

3. Выявлена взаимосвязь параметров ФРН с режимными данными эксплуатации ректификационных колонн.

4. Разработан эффективный метод контроля и управления качеством дизельного топлива на основе оперативной информации о фракционных разгонках его компонентов.

5. Разработана математическая модель прогнозирования октанового числа смеси бензиновых компонентов до и после введения окт'а-ноповышахщзй добавки, а также расчета минимальио необходимого количества последней.

Практическая значимость полученных результатов.

Оптимальные рецепты смешения дизельных топлив и бензинов, рассчитанные на базе созданных моделей и алгоритмов, гарантируют качество товарной продукции, что существенно повышает экономическую эффективность и оперативность управления процессами компаундирования топлив. Основные результаты работы предложены к использованию на установке АВТ-2 С компаундирование дизельного топлива) и в цехе N8 С компаундирование бензинов; ПО "Нафтан" Сг.Новопо-поцк).

Основнш положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Создание математических моделей процессов компаундирования нефтепродуктов, позволяющих прогнозировать качество смесей С Дизельных топлив и бензинов).*

2. Разработка алгоритмов оперативного управления процессами приготовления товарной продукции, позволяющих находить оптимальную ^ с точки зрения заданного критерия; рецептуру, гарантирушую требуемое качество продуктов.

Личный вклад соискателя.

Разработка моделей и создание на их основе алгоритмов компаундирования дизельных тогшив и бензинов, позволяющих обеспечить получение нефтепродуктов заданного качества С с учетом выбранного критерия оптимизации рецепта смешения;.

При выполнении диссертации автором были использованы экспериментальный материал, полученный при специальных обследованиях промышленной установки АВТ-2, а также данные компаундирования бензинов в цехе N8 ПО "Нафтан" (.г.Новдполоцк).

1С числу особенностей данного исследования относится тот факт, что параллельно настоящей работе на кафедре "Химическая техника" ПГУ выполняется еше две дассертационныз работы: 13 Моделирование диагностики процессов ректификации нефти и нефтепродуктов на основе представлений об их фракционной разгонке (И. А.Димуду). 2)Моделирование свойств нефтепродуктов на основе их фракционной разгонки С А. В. Спиридонов). Это нашло отражение как в совместных публикациях, так и в совместной разработке некоторых теоретических вопросов (.модель ФРН, метода определения параметров ФРН, аддитивные свойства ФРН, запаздывание в системе измерения температуры).

Апробация результатов диссертации.

Основныз материалы диссертации докладывались на XII Международной конференции по химическим реакторам "Химреакгор - 12" (Ярославль, юань 1994 г.); совете технологического факультета ПГУ (Новополоцк, ноябрь 1994 г.), I общеуниверситетский научно-технической конференции ÇНовополоцк, май 1395).

Опубликованность результатов.

По результатам работы опубликованы в печати 5 статей.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 21 иллюстрацию, 14 таблиц, 10 приложений. Библиография вклшает 118 источников научно-технической литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации представлен литературный обзор научно-технических публикаций по вопросам качества нефтепродуктов и роли ФРН при его определении; по моделированию процессов ректификации нефти и получения продуктов заданного качества; рассмотрены

вопроса компаундирования и роль этого процесса при достижении заданного качества нефтепродуктов.

В результате анализа обзора сделаны с л едущие вывода:

1. ФРН является важным методом оценки качества нефтепродуктов.

2. Отсутствуют математическая модель 4>РН, анализ ее свойств.

3. Детерминированные модели процесса первичной переработки нефти сложны и их целесообразно применять на стадии проектирования. Статистические модели этого •процесса имеет узкую область применения и их трудно использовать для решения задач компаунда-, рования-нефтепродуктов.

4. Отсутствуют метода определения свойств нефтепродуктов ^ФРНР по данным эксплуатации ректификационных колонн.

5. Вопросы рационального смешения компонентов нефтепродуктов является весьма актуальными, разработки различных методов и моделей компаундирования разнообразны. Однако не выявлены работы по применении математического описания ФРН при компаундировании нефтепродуктов.

6. Не выявлены модели смешения бензиновых фракций, позволяющие определять их октановьв числа до и после введения октаноповы-дащзй добавки при малом числе измерений.

В заключительной части главы сформулирована постановка задач настоящей диссертационной работы.

Во второй гланд представлен вывод математической модели ФРН. предложены методы определения параметров ФРН и проанализированы ее свойства.

В данной диссертационной работе рассмотрена фракционная разгонка нефтепродуктов, проводимая по ГОСТу 2177-82.

На рис. 1,а представлена кривая фракционной разгонки дизель-лого топлива в координатах объемная доля * отгона - температура Т. *С, на рис. 1,6 - эта же кривая в координатах »> - безразмерный параметр т. Последний представляет собой выражение

т-тнк

т,

КС

тде Т, Тнк, Ткк - температура кипения соответственно текущая, начала кипения и конца кипения нефтепродукта, 'С. Эти кривые типичны для ФРН. ■

Кривая, приведенная на рис.1,6, описывается уравнением

и, обьемн

V, объемн.

1» и к к

т

га а» » » ш « в х) » о I < в

т. 'с

а; б;

Рис.1 Фракционная разгонка дизельного топлива: а) в координатах ^ - т; б) в координатах » - т.

-ат-

к х и х С1-1-5

После интегрирования уравнения и) получим

1г> —г-—- = 1г1 а + к х 1п т

и;

С 23

где а - показатель симметричности кривой ФРН относительно ^=1; к - показатель интенсивности ФРН при т = 1.

Таким образом, ФРН можно характеризовать четырьмя параметрами: Тнк, Ткк. . и «с.

Выяснено, что при проведении ФРН имеют место следугщие факторы. которыз необходимо учитывать при использовании ее модели:

потери легких компонентов продукта в системе конденсации;

2) содержание части продукта в парах С Учет данных факторов подробно описан в диссертационной работе И. А. Димуду)',

ЗР термическое разложение продукта в перегонной колбе при превышении температуры в парах нефтепродукта 350-360 'С;

4} запаздывание в системе измерения температуры. При проведении ФРН температуру выкипания Т„ *>-оя доли отгона нефтепродукта определяет визуально с помощью стеклянного термометра. На основе моделирования системы измерения температуры проанализированы воз-можнье ошибки при определении Ти, вызванные инерционностью термометра. Показано, что погрешность при измерении Ти может составлять более 20 *С.

Для определения параметров ФРН по экспериментальным данным

предложено несколько методик.

Если ФРН проводят до последнего возможного отбора проба (> > 0,95,), то такие даннш мн называем "полными" и для определения ее параметров используем метод наименьших квадратов С методика следует из уравнения {2)) и метод наименьших площадей, когда в качестве критерия адекватности параметров ФРН принимаем наименьшую величину площади. образующейся между кривой 4>РН, представленной в .координатах ir> ~ - in т, и прямой^ проведенной через температуры начала и конца кипения нефтепродукта.

Для тяжелых нефтяных фракций практически невозможно экспериментально определить их полный состав. Обычно ход разгонки удается определить лишь для более легкой ее части ( "неполные" данные - ч < 0,95), в пределах температур до начала термического разложения тяжелых фракций. Между тем. для расчетов процессов фракционирования эти сведения необходимы для полного состава. В этом случае предлагается определять параметры ФРН по координатам точки ее перегиба. Кривая ФРН всегда s-образная, а положение точней ее перегиба (оптимальной точки; зависит от параметров а и к. fia основе анализа кривой ФРН в координатах ^ - Т получена замкнутая система уравнений {3), решая которую можно определить пара-летры фракционной разгонки (>, ТККР.

к

а х т___ опт

опт 1 + а * топт

тойт т 'опт - т

т - т 1кк 'опт

а х к к-1 опт + 2 * '1 опт ♦ тк+1 опт

т - т + а х тк оп f

сз;

'опт

Важным свойством ФРН является ее аддитивность. Зная параметры фракционных разгонок компонентов смеси, можно предсказать параметры фракционной разгонки самой смеси, что приобретает особо зажкое значение при решении вопросов компаундирования и разделения нефтепродуктов.

Нами были рассмотрены следущие уравнения аддитивности, по-

лученные на основе анализа кривой ФРН, лредставленной в координатах V - Т и V ~ т:

1) основное уравнение аддитивности ФРН:

[<тт

с!т

« тем) X (1 ♦ т )

£ Р, «V. хЛТ. * 1=1

с!г.

(1 + ^х т/1) X (1 + Тх)

С 4)

где рся, р1 - относительная плотность соответственно смеси и 1-го компонента смеси; ^ - объемная доля 1-го компонента в смеси; ДТСИ. - разность температур конца и начала кипения соответственно смеси и 1-го компонента; п - количество компонентов;

2) аддитизность площадей трапеций (треугольников), образованных касательной, проведенной через точку О = 1;^], к кривой ФРН, представленной в координатах к - т;

3) аддитивность площадей трапеций, образованных касательной, проведенной через среднеарифметическую температуру выкипания нефтепродукта, к кривой ФРН, представленной в координатах » - Т (см. рис.2)

Е рх X ^ х = рсн х 5СН

1=1

(5)

где 3 = "" т«*? + Тнк*аТкк 8 х а х к 3

4) аддитивность площадей трапеций, образованных касательной, проведенной через точку перегиба кривой ФРН, представленной в координатах *> - т;

5) аддитивность "средних" доли отгона и температуры -координат точки на кривой ФРН, представленной в координатах * -Т. через которую проведены прямые, образующие прямоугольники равных площадей (см.рис.3)

где Т,

т - [-М

4- 1

* т„

ср

1 +

(4-1

к + 1

к>, обьенн.

и, объ-еин.

0.«

» имиппмяпмио И и 10

га <29 «4в «« 1Т0 «в

т, с

Рис.2 К определению площади трапеции г уравнения ^5)

Рис.3 К определению Т, уравнения ^Б)

ср

Уравнения аддитивности, составленные относительно различных ^характерных точек на кривой ФРН. были проверены по экспериментальным данным для 12-ти смесевых дизельных топлив. Результаты .проверки показали, что средняя величина разбаланса наименьшая по равнению (5) - 3,05 У., наибольшая по уравнению (.4) - 20,95 У..

Нами предложен способ повышения точности уравнений аддитивности ФРН С. 4; и (6) путем введения в них корреляционных зависимостей разбалансов этих уравнений и разбаланса дзап по уравнению,

учитывающему запаздывание показаний термометра (д,ап - СТКК

.. С/1

-«к ^ * рси~ сткк.-тик ; » V, , рА. в виде полиномов второго

СМ 1 1

порядка. Данный способ позволил существенно повысить точность уравнений аддитивности С и (6). а также надежность прогнозов три решении практических задач на основе модели ФРН.

Анализ аддитивных свойств ФРН и учет влияния инерционности тзплоприемника параллельно рассмотрен в диссертационной работе

И.А.Димуду применительно к собственным экспериментальным данным.

В третьей главе рассмотрены выЗор и обоснование уравнений для определения параметров ФРН по данным эксплуатации ректификационных колонн, а также разработка и экспериментальная проверка алгоритма компаундирования дизельного топлива.

Качество продуктов, полученных разделением нефти на' конкретной ректификационной колонне, зависит от режима ее работы, а именно от термодинамических и кинетических условий. Термодинамические условия работы колонны определяется температурой и давлением, а кинетические условия зависят от положения рабочей линии колонны, условий массобмена по пару и жидкости. Естественно было связать параметры ФРН как с термодинамическими, так и с кинетическими условиями работы колонны.

В обшем виде такие зависимости могут иметь вид

п = г С Кох; Коу; ю.

где П - параметр ФРН; Т - температура на тарелке колонны. К; р -давление на тарелюз колонны; Кох, !Соу - критерий контакта соответственно по жидкой и паровой фазам; К - флегмовое число.

Паро-жидкостное равновесие определяется температурой и давлением на тарелке. Температуру на тарелке можно определить, зная температуры Срежимнье параметры) на двух близлежащих по обе стороны от нее тарелках и принимая (для первого приближения) равномерное распределение температуры по выооте колонны. Таким образом определены температуры Т15, Тго. Т23 на 15, 20 и 25 тарелках колонны ¡С-2 (.тарелки вывода боковых погонов из колонны К-2). Давление на тарелке ректификационной колонны принято пропорциональным давлению верха рв колонны С режимный параметр).

Условия массообмена по пару и жидкости определяется критериями контакта по соответствующим фазам. В общем виде критерий контакта представляет собой выражение

Ко = тк ' тм = [<." * ^ ' ~ где ти - время соответственно контакта и массобмена, с.

Для конкретной тарелки примем постоянными вшоту н слоя жидкости и коэффициент массопередачи Р. Тогда критерий контакта будет определяться скоростью « подачи фазы и, следовательно, ее расходом е. Режимными параметрами работы ректификационных колонн является расходы выводимых погонов нефтепродуктов.

Положение рабочей линии ректификационной колонны определяется флегмовым числом. Связь флегмового числа с режимными параметрами работы ректификационных колонн находили на основании материальных и тепловых балансов, составленных для секций вывода боковых пого-нов, входящих в состав дизельного топлива С ДГР: атмосферного газойля САГ; - 15-24-ая тарелки колонны К-2; легкого дизельного топлива СДДТ; - 24-34-ая тарелки колонны К-2; вакуумного газойля (ВГ,) - 28-ая тарелка - верх колонны К-б.

После анализа материальных и тепловых балансов выявили взаимосвязь флегмового числа с соотношением расходов водяного пара <звп и нефтепродуктов, поступахвдх на компаундирование, для соответст-вуадих секций колонн; соотношением температур на 14 и 24-ой, 24 и 34-ой тарелках колонны К-2 - Т14, Т24. Т34, а также температуры верха Тверха и температуры на 28-ой тарелке Т28 колонны К-б.

Для определения параметров фракционных разгонок компонентов ДТ по режимным данным нормальной эксплуатации ректификационных колонн предложены уравнения в виде

'верха

,рВГ

• 1С «Р

28

ВГ.

кВГ)

^28

~К-6

ВГ

'верха

'28

С 73

~лдт _лдт

*МГ * 1С V

*24

. алдт. ^ . г

'25

Т=2~

К-3 -

о л * ,

■ДДТ

24

34

С8)

* иг

Т:

24

тАГ —

44

АГ.

кАГ> =

Тн

'20

К-2

гК-2 т

аг

*24

сэ;

Для оценки адекватности уравнений С 7-9} применялся критерий #ишера Г. Критерий Г = 9.47 применительно к вероятности в 0,1 при 24 степенях свободы для дисперсии адекватности С адекватность определении параметров ФРН оценивалась по 26 опытам; и 5 степенях свободы для дисперсии воспроизводимости С воспроизводимость параметров ФРН оценивалась по 5 специально проведенным опытам,). Полученные критерии Г не превьсили табличного значения, что свидетельствует о достаточной точности предлагаемых уравнений.

Моделирование ФРН положено в основу алгоритма компаундирова-эшя дизельного топлива, получаемого смешением трех компонентов: легкого дизельного топлива, атмосферного и вакуумного газойлей.

Заданное качество ДТ (.температура 307.-ой точки его фракционной разгонки) достигается в результате добавления определенного количества АГ в смесь ДДТ и ВГ. Эта задача решается на основе знания фракционных разгонок (восстанавливаются по данным эксплуатации ректификационных колонн) компонентов, составляют« ДГ, и аддитивных свойств ФРН.

Для определения параметров фракционной разгонки ДГ предложены следующие уравнения. Параметр * предлагается находить из уравнения (10), полученного из условия аддитивности доли отгона ^опт. соответствующей точке перегиба кривой ФРН. с учетом корреляции

величины [ Д^ - ксм - 1 | и Азап. в виде

0.5 - ( 1 - <~Р(-0.039 - ¿запР + 0.7 кдт = ---(Ю)

2 тг-1=1 К1 •

Параметры фракционной разгонки дизельного топлива тнк. Ткк определяется при совместном решении уравнений аддитивности (4). (5) и (6) с учетом запаздывания показаний термометра.

Разработанный алгоритм компаундирования дизельного топлива выглядит следущим образом. 1) Задается требуемое значение температуры выкипания Т90х 907.-ой точки, фракционной разгонки ДТ. 2) Определяется параметры фракционных разгонок компонентов, входящих в состав ДТ, по режимным данным эксплуатации ректификационных колонн ¡С-2 и К-6 по уравнениям (7), (.8) у. (9). 3) Определяется параметры фракционной разгонки дизельного топлива по уравнениям (4). (5), (6) и (10), исходя из имеющихся количеств компонентов на момент смешения. -4) Вычисляется температура Т90У< (с учетом продукта в паровой фазе) по уравнению (И), полученному из уравнения (2). 5) Сравнивается расчетное и заданное значение

Т + Т - Т -к 1 "•923

■иг " *- *- * г г I

[0.9£

НКДТ *ККДТ 'ккДтГ 1 -0^257

дт

СИ)

[О,925

1 * I - .925 *ДТ

1 I г - ' - -л,925)

' 6) Изменяется расход АГ. 7) Повторяются п. 3-6 до тех лор. пока расчетное и заданное значения Т90и не будут отличаться менее чем на 1*С. 8) Выдается информация о составе дизельного топлива заданного качества (объемные расходы компонентов, параметры фракционных разгонок компонентов и ДГ).

Предлагаемый алгоритм компаундирования бш проверен по экспериментальным данным И опытов, которые были усреднены в три серии ло 5 опытов с близкими значениями расходов атмосферного газойля. Результаты проверки представлены в табл. 1.

Таблица 1

Проверка алгоритма компаундирования дизельного топлива

N серии Средний расход АГ (м3^час) Дисперсия адекватности 1.9

эксперимент расчет

1 16.5 17.25

2 17.4 16.90 Дисперсия вос-2 производимости 0.08

3 21.6 19.85

Оценку адекватности предлагаемого алгоритма проводили, используя критерий Фишера Г. Критерий Г =22.9. что не превосходит табличное значение 29.45 применительно к вероятности в 0,1 при 3 степенях свободы для ^ и 3 степенях свобода для ('воспроизводимость расхода АГ оценена при идентичных режимных параметрах работы ректификационных колонн К-2 и К-6).

Поскольку предложенный алгоритм, помимо точных соотношений (уравнения аддитивности ФРН. материальный баланс процесса), содержит эмпирические зависимости, в т.ч. уравнения (7). (8) и (9). то после реконструкции колонны К-2 и изменения режима работы установки потребовалось уточнение данных соотношений посредством дополнительного обследования данной колонны в мае и июле 1996 г. Кроме того, была выявлена необходимость повышения точности уравнения аддитивности (5) путем введения в него величины разбаланса Лтрап в виде

Лтрап м М0 + М1 » Дзап + М2 « [ аАГ " "АГ + аЛДТ х С1"

При условии, когда весь АГ поступает в дизельное топливо, данный алгоритм может быть использован для оценки качества (темпера-

тури Т,?оч; ЯГ. С этой целью алгоритм был проверен по 'экспериментальным данным работы установки АВТ-2 Смай, июль и август 1996 г.)

Оценку адекватности работы алгоритма проводили на основе критерия Фишера. Для оценки дисперсии воспроизводимости температуры 90%-ой точки фракционной разгонки дизельного топлива были взяты данныз по трем его фракционным разгонкам за одни сутки, когда режим работы установки был стабильным. Дисперсия составила 4.3. Дисперсия адекватности Т90>; определялась для 33 опытов Смай, июнь и август 1996 г.;. Дисперсия составила 12,4. Критерий Г = 2,88. что не превосходит табличное значение Т = 8,60 применительно к вероятности в 0,05 при 40 степенях свобода для ^ к 3 степенях свободы для °§.

Предложенный алгоритм может быть использован для определения расхода атмосферного газойля, обеспечивавдзго требуемое значение температуры 90%-ой точки фракционной разгонки дизельного топлива, а также для оценки качества С параметров фракционных разгонок) дизельного топлива и составляющих его компонентов.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния октаноповышаю-щей добавки - тетраэтилсвинца С ТЭС) - на октановыэ числа С 043 бензинов, а также закономерностей смешения бензиновых фракций.

Основная трудность при оперативном управлении приготовлением товарных бензинов состоит в том, что перед началом смешения из-за ограничения во времени приемистость компонентов бензина к ТЭС не определяется. По этой же причине не составляются контрольные смеси с целью корректировки рецептов смешения, рассчитанных на основе линейных моделей. Применяемые нелинейные модели требует выполнения перед каждым смешением длительных анализов по определению химического состава компонентов. Поэтому возникает необходимость в разработке моделей, позволяющих с достаточной точностью прогнозировать 04 смесей бензиновых компонентов до и после этилировакия при малом числе измерений.

Исследование влияния ТЭС на 04 бензиновых компонентов С гидростабильного, прямогонного бензина, рафината и катализата; показало, что нелинейная зависимость 04 от концентрации ТЭС характерна для всех бензинов и может быть описана уравнением

у = а + в я в* ж х , с 12;

где у - 04 смеси бензиновых компонентов после добавления ТЭС концентрации х; (а+в; - 04 бензина без ТЭС; а, в, с - коэффициенты;

х - концентрация ТЭС, г<дм3.

Найдены зависимости между коэффициентами а и с, а также между произведением коэффициентов виси исходными октановыми числами бензинов (,а+в; в виде

А - 112 - «А08 х с аз;

I в , с = 75 - 0.022 х CÍA + в; - 55)2'33 UV

I Для определения 04 бинарной смеси бензиновых компонентов предлагается уравнение в виде

ci

Yi = Ai - Bi х U - "i) С15)

где Yj. а1 - оч соответственно бинарной смеси и компонента с более высоким 04 в смеси; в1 - разность 04 двух смешиваемых компонентов; - массовая доля компонента с наибольшим 04 в смеси; Cj - коэффициент.

Найдена зависимость между и с, в виде

= 6.8 « ßj"0'5 (1Б;

Для определения 04 смеси бензиновых компонентов после этюш-иования предложена система уравнений, вклшаацая уравнения С12-16).

Таким образом, на основании представленных закономерностей ¡предложен алгоритм смешения компонентов при компаундировании бензинов АИ-93, А-76 этилированного и А-75 неэтилированного.

- Цель разрабатываемого алгоритма: применение ТЭС в минимально необходимом количестве для обеспечения требуемого 04 бензина выпускаемой марки; экономия высокооктановых компонентов и за счет зсгого выпуск неэтилированного бензина в большем количестве.

Алгоритм компаундирования неэтияированного бензина А-76 выглядит следующим образом. 1) Бензиновые компоненты условно располагается в порядке возрастания их 04. Z) Определяется 04 сжеси компонентов, исходя из имеющихся их количеств на момент смешения, по уравнениям C15J и К16) путем последовательного приведения их к бинарной смеси. 3) Массовая доля *г компонента, иагешего наибольшее 04 - 04ы - в компаундируемом бензине, определяется из уравнения (, 17)

75 = 04n - C04N - « ч - U7)

4; Пересчитывала доли i-ых компонентов, исходя из рассчитанной общей массы бензина. 5; Выдаются рекомендации о составе бензина С04 компонентов, их количество, массовые доли).

Алгоритм компаундирования этилированных бензинов (А-76 и АИ-93) выглядит следующим образом. Бензиновыз компоненты услоено располагаются в порядке возрастания их 04. 2) Определяется 04 смеси n компонентов, исходя из имеющихся их количеств ■ на момент смешения, ло уравнениям С15; и (16; путем последовательного приведения их к бинарной смеси. 3) Необходимую концентрацию * ТЭС Ода3; находят, решая систему уравнений (12;. (13) и (.14). При этом в уравнении (12) у = 76. Расчет концентрации ТЭС для бензина марки АИ-93 осуществляется аналогично. При этом в уравнении (,12) у = 85 С04 бензина АИ-93 по моторному методу) согласно стандарту. 4) Если расчетная концентрация ТЭС превышает предельно допустимое значение (для А-7Б - 0.14 г^дм3. для АИ-93 - 0.37 г-'дм3), доля компонента с наибольшим 04 в смеси определяется из уравнения (17). в котором число 76 заменяется на 69 для бензина А-7Б (04 бензина до этилирования по моторному методу) и 79 для бензина АИ-93 (04 бензина до этилирования по моторному методу;. Соответственно производится пересчет необходимого количества низкооктановых компонентов. 5; Выдаются рекомендации о составе бензина (04 компонентов, их количество, массовьв доли; у. необходимой концентрации ТЭС.

Разработанные алгоритмы и созданная на их основе программа компаундирования бензинов прошли промышленные испытания на ПО "Нафтан" г.Новошлоцка. Результаты проверки представлены в табл.2.

Таблица 2

Проверка алгоритма компаундирования бензинов

Дата 06.07.92 08.07.92 09.07.92 10.07.92 21.07.92

04 расчетное 76,0 76.0 76,0 76.0 85,0

04 экслерим. 76.4 75.2 75,0 75.7 68.5

Дисперсия адекватности определения 04 - - 3.8

Дисперсия воспроизводимости 04 - (сф - 0.4

Оценку адекватности предложенного алгоритма проводили на основе критерия Фишера F. В данном случае Г =9,5. что не превышает табличное значение Г = 10,97 применительно к вероятности в 0.1 при 5 степенях свободы для <\ Сбыл проведен специальный эксперимент; и 5 степенях свобода для

ВЫВОДЫ

1. Получена математическая модель фракционной разгонки нефтепродуктов. Согласно данной модели, ФРН можно характеризовать четырьмя параметрами: температурой начала кипения СТнк;» температурой конца кипения СТкк;. показателем симметричности Са3 кривой ФРН относительно среднеарифметической температуры выкипания нефтепродукта и показателем интенсивности СкР ФРН при среднеарифметической температуре выкипания нефтепродукта.

2. Разработана методика определения параметров ФРН <>. * и Ткк; по "неполным" экспериментальным данным Си < 0.95;. что приобретает особо Еажное значение для тяжелых нефтепродуктов, фрак-диошшз разгонки которых можно проводить до начала их термического разложения. На основе анализа кривой ФРН получена замкнутая система уравнений, вкдючапазя выражения для координат С доли отгона. параметра т. первой и второй производной; ее точки перегиба. Последняя определяется дифференцированием кривой ФРН, представленной в координатах *> - Т.

3. Рассмотрены условия аддитивности ФРН и взаимосвязи ее параметров, проведена их экспериментальная проверка. Установлено, что одним из факторов отклонения от правил аддитивности является запаздывание в системе измерения температуры. Разработана математическая модель динамики теплоприемница, позволившая установить факторы, влиящие на его инерционность. Представлен способ повышения точности уравнений аддитивности ФРН путем учета залаздыва-лия показаний термометра.

4. Выявлена взаимосвязь параметров ФРН с режимными данными работы ректификационных колонн С температурой, давлением, расхода-т). Показано, что параметры ФРН зависят от термодинамических и .кинетических условий работы колонн. Разработана обоснованная методика определения параметров ФРН по данным эксплуатации рекгифи-.кационных колонн.

5. Моделирование ФРН положено в основу алгоритма компаундиро-

вания дизельного топлива, получаемого смешением трех компонентов:-легкого дизельного топлива, атмосферного и вакуумного газойлей. Требуемое качество дизельного топлива (температура 907. - ой точки его фракционной разгонки) обеспечивается добавлением расчетного количества атмосферного газойля в смесь легкого дизельного топлива и вакуумного газойля. Эта задача решается на основе знания фракционных разгонок компонентов, составляющих дизельное топливо, и аддитивных свойств ФРН.

6. Исследованы зависимости октановых чисел бензинов от концентрации ТЭС. а также закономерности смешения бензиновых фракций. Показано, что октановые числа смесей бензиновых компонентов до и после этилирования могут быть определены по исходным октановым числам составляющих смесь компонентов при использовании предложенной замкнутой системы уравнений. Применение полученных зависимостей вместо линейных соотношений позволяет добавлять ТЭС в минимально необходимом количестве для обеспечения требуемого октанового числа смеси бензинов, а также экономить вы:окоокгановые компоненты и за счет этого выпускать неэтилированный бензин в большем количестве.

7. На основе исследования закономерностей смешения бензиновых компонентов и влияния октаноповшадией добавки - тетраэтил-свинца - на их октановые числа разработан алгоритм компаундирования бензинов. Предложенный алгоритм .позволяет рассчитать рецепты приготовления бензинов А-75 (неэтилированного и этилированного) и АИ-93 при малом числе измерений (исходные октановые числа компонентов). используя замкнутую систему уравнений.

8. Проведены опытно-промышленные испытания моделей и созданных на их основе алгоритмов компаундирования нефтепродуктов. Установлено, что рецепты смешения дизельных толлив и бензинов, рассчитанные на базе созданных моделей, гарантируют качество товарной продукции, что существенно повиляет экономическую эффективность и оперативность управления процессами компаундирования - топ-лив. Разработанные алгоритма компаундирования нефтепродуктов пред ложены к использованию на ПО "Нафган" (г.Новополоцк).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абаев Г. И.. Жаркова 0. Н.. Дихуду И. А., Спиридонов А. В. Компьютеризация в химической технологии ✓✓ Химическая промышленность, 1995. - N 1. - С. 29-34.

2. Димуду И.А.. Жаркова О.Н., Абаев Г.Н., Спиридонов А.В. Свойства фракционных разгонок нефтепродуктов и их смесей /V Известия вузов. Серия "Химия и химическая технология". - 1995. - N 1-2. -Т. 38. - С. 135-142.

3. Жаркова О.Н., Димуду И.А., Абаев Г.Н., Спиридонов А.В. Аддитивность и взаимосвязь характеристик фракционных разгонок нефтепродуктов " Химия и технология топлив и масел. - 1995. - N 5. -С. 38-40.

4. Димуду И.А.. Жаркова О.Н.. Абаев Г.Н.. Спиридонов А.В. Применение моделирования фракционной разгонки нефтепродуктов в управлении их качеством, в процессе первичной перегонки нефти Сб. Вести ПГУ. - 1995. - N 1. - Т. 1. - С. 82-89.

5. Dimudu I.A., Jarkova O.N., Asaev G.N. Mathematical model of

fractional distillation of petroleum products and its identification by experimental data ^ inzynieria Chemiczna i procesowa.

1995. - N 4.

РЭЗШЭ

ЖАРКОВА Вольга М^калаеуна МАДЭШРАВАННЕ ПРАЦЭСАУ КАМПАУНДАВАННЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ПАШУ I БЕН31НАУ

Фразсцыйная разгонка нафтапрадуктау, мадэль, алгарыгм. кам-паундаванне. дызельнае палгва. бенз1н. актанавы л*к.

У дысертацыйнай працы разгледжаны пытана мадэл1равання пра-цэсау кампаундавання нафтапрадуктау. Мэтай лрацы з'яуляюцца рас-працоука i эксперыментальная праверка у пранысловых умовах матэ-матычных мадаляу i алгарыгмау аятымальнага аператцунага к^равання працэсам1 змешвання дызельных палгу i бенз1нау.

У аснову алгарыгка кампаундавання дызельнага палтва паложана мадэл1раванне фракцыйнай разгонк* нафтапрадуктау. Алгарыгм кампаундавання бенз1нау аснованы на даследаваных заканамернасцях змешвання бенз^навых фракций, а ■ таксама уплыву акгтанапавышахмай дабаук1 - тэтраэц1лсв1нца - на актанавыя яш бензхнау.

У вын^ку праведзеных тэарэтычньк i экспериментальных даслед-ванняу распрацаваны мадэл* прагназтравання асноуных параметрау якасц! сумесяу .нафтапрадуктау: тэмпературы 90У.-га пункта фракцыйнай разгони дызельнага пал1ва; актанавага лгку сумес* бенз!навых кампанентау да i пасля увядзення актанапавшашай дабаукг.

- 1в -

Праведзены прамьсловья выпрабаваннг мадэляу * створаных на *х аснове алгарыгмау кампаундаванкя нафгапрадукгау. Устаноулена, ито рэцэпты змешвання дизельных пал-у i бенз^нау, шая различали на базе сазданых мадэляу, гарантущь якасць таварнай прадукцъя.

Асноуныя зын1к1 працы прапанаваны да выкарыстання на ВА "Наф-хал" Сг.Наваполацк).

РЕЗШЕ ЖАРКОВА Ольга Николаевна МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОМПАУНДИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ И БЕНЗИНОВ

Фракционная разгонка нефтепродуктов, модель, алгоритм, компаундирование. дизельное топливо, бензин, октановое число.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы моделирования процессов компаундирования нефтепродуктов.

Целью работы является разработка и экспериментальная проверка в промышленных условиях математических моделей и алгоритмов оптимального оперативного управления процессами смешивания дизельных топлив и бензинов.

В основу алгоритма компаундирования дизельного топлива полошено моделирование фракционной разгонки нефтепродуктов. Алгоритм компаундирования бензинов основан на исследованных закономерностях смешения бензиновых фракций, а также влияния окганоповышашей добавки - тетраэтилсвинца - на октановые числа бензинов.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны модели прогнозирования основных параметров качества смесей нефтепродуктов: температуры 907.-ой точки фракционной разгонки дизельного топлива; октанового числа смеси бензиновых компонентов до и после введения октаноповышашей добавки.

Проведены промышленные испытания моделей и созданных на их

основе алгоритмов компаундирования нефтепродуктов. Установлено, что рецепты смешения дизельных топлив и бензинов, рассчитанные на базе созданных моделей, гарантирует качество товарной продукции.

Основныз результаты работы предложены к использованию на ПО "Нафган" Сг.Нобополошс).

SUMMARY JARKOVA Olga Nikolaevna MODELLING PROCESSES OP COMPOUNDING DIESEL OILS AND GASOLINES

Fractional distillation of petroleum products, model, algorithm, compounding, diesel oil, gasoline, octane number.

In the thesis were considered questions on modelling processes of compounding petroleum products.

The aim' of the work are development and experimental test in Industrial conditions of mathematical models and algorithms for optimsf'operative control of diesel oil and gasoline mixing processes.

The algorithm for compounding diesel oil is based on modelling fractional distillation of petroleum products. Algorithm for compounding of gasoline is based on investigating the regularities in mixing gasoline fractions, as well as the effect of octane rise additive - tetraethyl 1 ead — on the octane number of gasoline.

Theoritical and experimental results of the research helped to work out model for forecasting basic quality parameters of petroleum product mixtures: OOVi temperature point of fractional distillation of diesel oil; the octane number of gasoline component muxtures before and after introduction of octane-rise additive.

Industrial tests of the model was carried out and worked out on their bases algorithm of compounding petroleum products. Established that prescriptions for mixing of diesel oils and gasolines, calculated on the base of worked ont model, quarantees the quality of commodity products.

Basic results of the work were suggested for usage at PO "Naftan" CNovopolotsk}.