Использование метода крутого восхождения для оптимизации сырья установки каталитического крекинга 43-103 АО "Газпромнефть-ОНПЗ"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук

Омский государственный технический университет

АО «Газпромнефть-ОНПЗ»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КРУТОГО ВОСХОЖДЕНИЯ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ СЫРЬЯ УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА 43-103 АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ОНПЗ»

А.Л. Букина, А.С. Лутченко, К.И. Дмитриев,

П.В. Липин, Т.П. Сорокина, О.В. Потапенко, В.П. Доронин

Аннотация

крекинг каталитический бензиновый сырье

статья посвящена оптимизации смесевого сырья каталитического крекинга на установке 43-103 АО «Газпромнефть-ОНПЗ» с использованием метода крутого восхождения для получения оптимальных значений выходов бензиновой фракции, пропилена и бутиленов, кокса и конверсии. Из результатов экспериментов было получено, что для получения максимального выхода бензина смесь должна состоять из 21% масс. суммарного 2 и 3 погонов с АВТ-10, 25% масс. 4 погона с АВТ-10, 21% масс. 5 погона с АВТ-10, 33% масс. вакуумного газойля С-001 КТ-1/1; для получения максимального выхода пропилена и бутиленов - 22% масс. суммарного 2 и 3 погонов с АВТ-10, 26% масс. 4 погона с АВТ-10, 20% масс. 5 погона с АВТ-10, 32% масс. вакуумного газойля С-001 КТ-1/1; для максимального выхода кокса - 14% масс. суммарного 2 и 3 погонов с АВТ-10, 25% масс. 4 погона с АВТ-10, 20% масс. 5 погона с АВТ-10, 41% масс. вакуумного газойля С-001 КТ-1/1; для максимальной конверсии - 20% масс. суммарного 2 и 3 погонов с АВТ-10, 24% масс. 4 погона с АВТ-10, 12% масс. 5 погона с АВТ-10, 44% масс. вакуумного газойля С-001 КТ-1/1.

Ключевые слова: каталитический крекинг, смесевое сырье, оптимизация, метод крутого восхождения.

Введение

Каталитический крекинг играет важную роль в глубокой переработки нефти. Он позволяет из малоценного сырья тяжелого фракционного состава получать компонент бензина высокого качества, имеющий октановое число более 90 пунктов по исследовательскому методу. Также целевыми продуктами являются пропан-пропиленовая и бутан-бутиленовая фракции, содержащие в своем составе большое количество непредельных углеводородов, которые используются в качестве сырья для производства компонентов моторного топлива (алкилатов, высокооктановых эфиров и др.) и полимеров.

Большое влияние на выход продуктов каталитического крекинга и их качество оказывает групповой химический состав сырья. [1] Обычно в качестве сырья каталитического крекинга используется вакуумный газойль (350-500?С), в котором содержание углеводородов может колебаться в широких пределах: содержание парафинов может составлять 15-30%, нафтенов - 20-40%, ароматических углеводородов - 15-60%. [2,3] Утяжеление фракционного состава вакуумных газойлей приводит к увеличению содержания высокомолекулярных веществ, а также соединений, содержащих в своем составе серу и азот, а также металлорганических соединений. Это способствует резкому падению активности катализатора и заметному ухудшению качества продуктов крекинга, увеличению выход кокса и снижению выход целевых продуктов. [3]

На установках каталитического крекинга может перерабатываться сырье различного фракционного состава. Очень часто в качестве сырья поступают различные потоки, представляющие собой сложные смеси. Основным компонентом такого смесевого сырья является вакуумный газойль. В результате переработки смесевого сырья переменного состава, становится не возможным прогнозирование выхода и качества целевых продуктов каталитического крекинга. [4,5]

Целью данной работы является определение оптимальных выходов бензиновой фракции, пропилена и бутиленов, кокса и конверсии с использованием метода крутого восхождения.

Экспериментальная часть

Каталитические испытания проводились в соответствии со стандартом ASTM D-3907 на лабораторной установке определения активности катализатора крекинга МАК-10 проточного типа с неподвижным слоем катализатора при температуре 527°С, соотношении катализатор: сырье равном 4. Дозировка сырья проводилась в течение 30 секунд.

Катализатор крекинга, использованный в лабораторных испытаниях, соответствовал по составу новой марке катализаторов крекинга «Авангард». Каталитические испытания катализатора проводили после предварительной термопаровой стабилизации при температуре 788°С в течение 5 часов в среде 100% водяного пара по стандарту ASTM D 4463.

Анализ газообразных продуктов проводился хроматографическим методом на газовом хроматографе Хроматэк Кристалл 5000.1. Анализ жидких продуктов - методом имитированной дистилляции на газовом хроматографе Shimadzu GC-2010. Количество образующегося кокса оценивали гравиметрическим методом.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программы Statistica 10.0 в три этапа, каждый из которых включал нахождение уравнений регрессии по результатам каталитических испытаний и поиск нового состава смесей для получения оптимальных значений выбранных параметров (выходов бензина, пропилена и бутиленов, кокса и конверсии).

Результаты и их обсуждение

На установке каталитического крекинга 43-103 АО «Газпромнефть-ОНПЗ» перерабатывается сырье сложного фракционного состава, состоящего более чем из 10 компонентов. Базовыми компонентами являются 2-5 погоны установки АВТ-10, а также вакуумный газойль С-001 установки КТ-1/1. В таблице 1 представлены характеристики сырья, из которых видно, что при переходе от 2 к 5 погону увеличивается содержание более тяжелых фракций и плотность нефтепродукта, возрастает содержание серы, азота и азотистых оснований.

Таблица 1

Характеристики компонентов сырья установки 43-103 АО «Газпромнефть-ОНПЗ»

В таблице 2 представлены данные по превращению индивидуальных компонентов сырья. Выход продуктов при крекинге 2 и 3 погона практически одинаков, поэтому они были объединены для дальнейших исследований.

Таблица 2

Данные по превращению индивидуальных компонентов сырья

Был найден средний состав и стандартные отклонения содержания компонентов сырья установки каталитического крекинга 43-103 АО «Газпромнефть-ОНПЗ» за период с января 2014 года по июль 2016 года (таблица 3). Используя метод крутого восхождения, найдены составы смесей для проведения первого этапа испытаний (таблица 4). В качестве независимых переменных было выбрано содержание в смеси суммарно 2 и 3 погона, 4 погона и 5 погона. В качестве зависимой переменной было выбрано содержание в смеси вакуумного газойля С-001 КТ-1/1.

Таблица 3

Средний состав сырья установки каталитического крекинга 43-103 АО «Газпромнефть-ОНПЗ» за период с января 2014 года по июль 2016 года

Таблица 4

Составы смесей для проведения первого этапа каталитических испытаний

По результатам всех трех этапов каталитических испытаний были получены уравнения регрессии первого порядка с членами взаимодействия общего вида:

Y=[K₀]+[K_X₁]*X₁+[K_X₂]*X₂+[K_X₃]*X₃+[K_X₁*X₂]*X₁*X₂+[K_X₁*X₃]*X₁*X₃+[K_X₂*X₃]*X₂*X₃,

где X₁ - содержание в смеси 2-го и 3 -го погона;

Х₂ - содержание в смеси 4-го погона;

Х₃ - содержание в смеси 5 погона.

В таблице 5 показаны рассчитанные коэффициенты корреляции и коэффициенты уравнений регрессии по первому и третьему этапу. В основном коэффициенты корреляции достаточно велики и превышают 0,9.

Таблица 5

Коэффициенты уравнений регрессии, полученных на первом и третьем этапе, и коэффициенты корреляции

На основании уравнения регрессии первого порядка, вычисленного на первом этапе, найдены вектора (рис. 1-4), исходя из которых видно, что наибольше влияние на выход бензиновой фракции и пропилена и бутиленов оказывает содержание в смеси суммарного 2 и 3 погона и 4 погона. Практически не оказывает влияние содержание в смеси 5 погона, что можно объяснить содержанием в 5 погоне более высокомолекулярных структур, которые не успевают крекироваться при данных условиях проведения реакции в углеводороды, содержащиеся в бензиновой фракции, и тем более в пропилен и бутилены. Наибольшее влияние на конверсию оказывает содержание в смеси 4 погона. Наибольшее влияние на выход кокса 5 погона объясняется наличием большого количества углеводородов, являющихся предшественниками кокса.

Рис. 1 Влияние содержания в смеси суммарного 2 и 3 погонов,4 погона и 5 погона на выход бензиновой фракции

Рис. 2 Влияние содержания в смеси суммарного 2 и 3 погонов,4 погона и 5 погона на выход пропилена и бутиленов

Рис. 3 Влияние содержания в смеси суммарного 2 и 3 погонов,4 погона и 5 погона на конверсию

Рис. 4 Влияние содержания в смеси суммарного 2 и 3 погонов,4 погона и 5 погона на выход кокса

Результаты обработки экспериментальных данных в программе Statistica 10.0 показали, что увеличение содержание в смеси 4 погона увеличивает выход бензиновой фракции (рис.5). Увеличение содержания в смеси 5 погона приводит к увеличению выхода кокса (что еще раз указывает на увеличенное содержание предшественников кокса) (рис.6) и уменьшению конверсии, за счет увеличения выхода тяжелого газойля (рис. 7), но при этом 5 погон не оказывает влияние на выход пропилена и бутиленов (рис.8).

Рис. 5 Зависимость выхода бензиновой фракции от содержания в смеси 4 погона и 5 погона

Рис. 6 Зависимость выхода кокса от содержания в смеси 4 погона и 5 погона

Рис. 7 Зависимость конверсии от содержания в смеси суммарного 2+3 погонов и 5 погона

Рис. 4 Зависимость выхода пропилена и бутиленов от содержания в смеси 4 погона и 5 погона

В таблице 6 показаны рассчитанные по третьему этапу составы смесей для получения оптимальных значений выбранных параметров.

Таблица 6

Составы смесей

Заключение

Используя метод крутого восхождения, в программе Statistica 10.0 получены уравнения регрессии первого порядка с членами взаимодействия, из которых затем были вычислены составы смесей для получения оптимальных значений выбранных параметров (выходов бензиновой фракции, пропилена и бутиленов, кокса и конверсии).

Из уравнения регрессии первого порядка, полученного на первом этапе, найдены направления векторов и их степень влияния на оптимизируемые параметры.

При осуществлении данной оптимизации на установке 43-103 АО «Газпромнефть-ОНПЗ» можно получить положительный экономический эффект и увеличить прибыль компании.

Список литературы

1. Влияние условий проведения процесса на состав продуктов при традиционном и глубоком каталитическом крекинге нефтяных фракций / В.П. Доронин, П.В. Липин, Т.П. Сорокина // Катализ в нефтеперерабатывающей промышленности. 2012. №1. С. 27-32.

2. Ткачёв С. М. Технология переработки нефти и газа. Процессы глубокой переработки нефти и нефтяных фракций: уч.-методич. комплекс, в двух частях. Часть 1. Курс лекций. Новополоцк: Полоцкий государственный университет, 2006. 345 с.

3. Солодова Н.Л., Терентьева Н.А. Современное состояние и тенденции развития каталитического крекинга нефтяного сырья // Вестник казанского технологического университета. 2012. Т.15. №1. С. 141-147.

4. Understanding the potential for FCC feed to generate valuable products and how this knowledge can benefit refinery operation. Uriel Navarro and etc., Grace Catalyst Technologies / March 2015 // www. digitalrefining.com / article / 1001054.

5. Круглова Л.Э., Хаджиев С.Н. Оценка качества газойлей, получаемых при каталитическом крекинге смешанного сырья // Нефтехимия. 2004. Т.44. №1. С. 11-15.

Размещено на Allbest.ru