26 июня 2016г.
В нефтехимической промышленности одним из энергоемких и определяющих процессов являются процессы химического превращения и разделения многокомпонентных смесей. Поэтому задача оптимизации технологических схем и рабочих режимов химико – технологических установок является актуальной.
На нефтеперерабатывающих заводах широко распространен один из процессов вторичной переработки нефти – каталитический риформинг бензина. Обычно реакторный блок установки риформинга бензина состоит из 4 последовательно соединенных реакторов, в которых в результате дегидрирования нафтеновых углеводородов на катализаторе образуются ароматические углеводороды, являющиеся высокооктановыми компонентами бензина, а также ценным сырьем в химическом производстве для получения бензола, ксилола, толуола. Процесс риформинга является эндотермическим, поэтому углеводородный поток перед вводом в очередной реактор нагревается в печи, следовательно, тепловой режим работы реакторов существенно влияет на технико-экономические показатели установки. Совершенствование работы установки возможно также путем ступенчатого риформинга, в результате выделения перед последним реактором из промежуточного гидрогенизата фракций н.к. – 85 °С и 85-150 °С [1].
В среде программирования Delphi 7 нами разработан пакет прикладных программ первой очереди информационной системы процесса ступенчатого каталитического риформинга бензина, включающий блоки фракционирования промежуточного гидрогенизата в ректификационной колонне перед последним реактором и оптимизации последовательности подогрева потоков между реакторами. Технологическая схема процесса приведена на рисунке 1.
При математическом моделировании сложных ректификационных колонн со многими вводами и выводами возникает проблема обеспечения сходимости решения. Наиболее устойчивым является модифицированный метод релаксации [2-4], который применен в данной информационной системе. Метод основан на расчете уравнения однократного испарения смеси с учетом
теплового баланса ступени.
3. Если тепловой баланс (1) тарелки не выполняется, то переходят к п.1.
4. Осуществляется переход к следующей ступени.
5. Если материальный баланс колонны не выполняется, то переходят к п.1.
Здесь e - доля отгона; L , V - мольные потоки жидкости и пара; F – введенный (выведенный) на тарелку поток; K - константа фазового равновесия; h , H - энтальпии жидкого и парового потоков; z - состав смеси потоков, введенных на тарелку; n - число компонентов; N - число тарелок.
Обычно при расчете модели тарелки пункта 1 алгоритма решают минимизационную задачу: минимизировать невязку теплового баланса (1) с учетом ограничений (2), (3).Однако, при расчете некоторых сложных колонн со многими вводами и выводами, на начальных итерациях данный подход может привести к раскачке решения.
Наиболее устойчивое решение удается
осуществить при представлении уравнения теплового баланса и уравнения однократного испарения как системы нелинейных уравнений, которые решаются методом Ньютона - Рафсона с определением соответствующей матрицы Якоби [5].
Для оптимизации температурного режима реакторного блока установки принят дискретный принцип максимума Понтрягина, который успешно используется при совершенствовании схем и оптимизации рабочих режимов химико - технологических установок [6-8].
В зависимости от задачи оптимизации, величина теплоподвода в печь перед вводом в реактор может определяться 2 способами:
Разработанный пакет прикладных программ информационной системы позволил определить оптимальный режим сложной реакционно – ректификационной системы.
Список литературы
1. Ахметов А.Ф. Разработка и исследование комбинированного процесса риформинга бензиновых фракций: дис. конд. техн. наук. - Уфа, 1975. -156 с.
2.
Умергалин Т.Г.
Математическое моделирование основных
химико-технологических процессов. -Уфа: Издательство УГНТУ, 2001. -61 с.
3. Умергалин Т.Г., Галиаскаров Ф.М. Методы расчетов основного оборудования нефтепереработки и нефтехимии. -Уфа: Нефтегазовое дело, 2007. -236 с.
4.
Умергалин Т.Г. О сходимости расчета процесса ректификации в присутствии насыщенного водяного пара // Теоретические основы химической технологии. 1991, Т. 25. № 2. -С. 302-305.
5.
Умергалин Т.Г. Основы вычислительной математики. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. -106 с.
6. Умергалин Т.Г. Процесс совмещенной многоступенчатой конденсации и испарения смеси. - Уфа: Башкирское книжное издательство, 1991. -150 с.
7.
Умергалин Т.Г., Искакова З.М. Компьютерное моделирование и оптимизация производственных технологических установок // Известия ЮФУ. Технические науки. 2005, № 1(45). - С.43-44.
8.
Чикуров А.В., Умергалин Т.Г., Искакова З.М. О применении дискретного принципа максимума Понтрягина к решению задачи оперативного
управления на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. Обозрение прикладной и промышленной математики. 2010, Т17. №1. - С.153-155.
