Главная / Цифровизация переработки нефти и газа / Моделирование технологических процессов / Проекты /

Моделирование процесса каталитического бензольного риформинга

С помощью моделей процессов выделения бензола из катализата риформинга рассчитали оптимальные режимы и повысили качество товарного бензола

2009

8 мин

Эксперт

Резюме

Дарья Смирнова

менеджер продукта

Годовой экономический эффект 12,3 млн руб

Снижены потери углеводородных газов

Увеличена выработка товарного бензола на 15%

Содержание

Предпосылки

Изначально технический отдел заказчика обратился к инженерам научно-исследовательского отдела NAUKA с запросом на проведение НИОКР на блоке стабилизации установки бензольного риформинга.

После комплексного обследования выяснилось, что есть сопутствующие проблемы и стабилизация — не единственный узел, где можно повысить эффективность процессов производства продукции.

Принципиальная схема блока стабилизации катализата

С анализа работы процессов в стабилизаторе, представленногона принципиальной схеме, началось комплексное обследование

Суть проблемы заключалась в нарушении качества как товарной, так и промежуточной продукции на установке по производству бензола и толуола из нефтяного сырья. В побочной продукции — газах стабилизации — было превышено допустимое содержание тяжелых углеводородов — и составляло 20% при норме не более 5%. Это приводило к потерям товарных углеводородов в объеме около 3000 тонн в год при производительности 420 000 тонн по сырью в год. С другой стороны, качество целевых продуктов — бензола и толуола — было нестабильным, наблюдались случаи брака товарной продукции.

менеджер продукта

Дарья Смирнова

Принципиальная схема блока вторичной ректификации

Анализ соотношения бензола и толуола в блоке вторичной ректификации
и его влияние на качество продукта

Работы по оптимизации разделились на два направления: на блоке стабилизации и блоке вторичной ректификации. На блоке стабилизации решалась задача увеличения количества получаемого целевого продукта. На блоке вторичной ректификации специалисты NAUKA исследовали влияние соотношения бензола и толуола на качество товарной продукции и разработали гипотезы для его оптимизации.

На установку риформинга поступает сырье с разным соотношением ароматических углеводородов. Это вносило нестабильность в работу исследуемых блоков. Качество исходных потоков невозможно отрегулировать, но можно определить их состав. Ориентируясь на соотношение веществ в исходном потоке перед его подачей на блок вторичной ректификации, можно изменить режимы работы таким образом, чтобы на выходе иметь более качественную продукцию. Теперь на установке стало возможным переработать сырье с различным соотношением компонентов и получился кондиционный продукт. Для этого не потребовалось дополнительное оборудование — решение основано на правильной настройке режимов в зависимости от качества исходных потоков.

Повысить качество можно двумя способами:

Усовершенствовать технологический процесс — например, заменить оборудование.
Выработать рекомендации по оптимизации блоков.

Мы предложили заказчику второй способ — чтобы снизить затраты, ускорить достижение результата и обойтись без остановки действующего оборудования. Для этого использовали математическое моделирование.

менеджер продукта

Дарья Смирнова

Цель проекта

Заказчику нужно было повысить эффективность выделения товарных и промежуточных продуктов на блоках стабилизации и вторичной ректификации установки бензольного риформинга.

Этапы проекта

Проведение комплексного обследования работы блоков стабилизации и ректификации установки бензольного риформинга.
Разработка адекватных математических моделей для технологических блоков установки.
Выработка рекомендаций по оптимизации блоков, проведение пилотных испытаний и оценка эффективности гипотез.

1. Комплексное обследование

На первом этапе инженеры провели комплексное обследование работы производственного объекта и выявили узкие места технологической схемы, которые влияли на качество продуктовых потоков. Например, для блока вторичной ректификации проанализировали влияние соотношения бензола и толуола на качество продукта.

Влияние соотношения бензола и толуола в сырье на качество продукта

Зависимость изменения качества продукции от параметров сырья. График с треугольными
маркерами показывает соотношение бензола и толуола. Красная и пунктирная линия - содержание
компонентов в продукте

Инженеры научно-исследовательского отдела NAUKA выяснили, как именно исходный состав влияет на качество продуктов в процессе разделения бензола и толуола. Если режим выбран верно — продукты получают без превышения нормируемого содержания бензола в толуоле или толуола в бензоле. Если режим выбрали неправильно — получается брак, который необходимо повторно перерабатывать.

Особая сложность управления данным процессом в том, что допустимое содержание бензола в толуоле и толуола в бензоле — это сотые доли процента. Продукты на выходе - фактически чистые вещества, качество которых зависит от выбранной температуры в колоннах К2, К3. При этом диапазон варьирования температуры—всего 1–2 градуса. До начала нашей работы системного правила выбора параметров режима установки не было и получение качественного продукта во многом зависело от квалификации и опыта оператора.

менеджер продукта

Дарья Смирнова

2. Математическая модель

На примере блока вторичной ректификации: с помощью математической модели выполнили расчет зависимости соотношения толуола и бензола от температуры в разных зонах колонн.

Расчет зависимости соотношения толуола и бензола от температуры в колонне

Диапазон допустимого изменения температуры на контрольных тарелках. Сплошными и пунктирными линиями показан диапазон для сырья разного качества - при соотношении бензол/толуол от 1,2 до 1,8. Линии 1 и 2 - предельные их значения.

Исходя из взаимного расположения кривых следует: если слишком повысить температуру — уровень бензола в толуоле снижается, но по толуолу в бензоле будет превышение. Если температура низкая — произойдет обратная ситуация. Именно от температуры режимов в колоннах зависит качество разделения.

С помощью математической модели удалось вычислить температуры, при которых сохраняется приемлемый баланс бензола и толуола.
Исходя из графиков, выбор режима зависит от начального состава сырья. Например, в одной зоне при соотношении бензола и толуола в сырье 1,2 нужно поддерживать температуру около 99,2°C. Если соотношение бензол/толуол равно 1,8 — оптимальной температурой будет примерно 102,2°C. Используя данный расчет можно найти оптимальную температуру при любом составе сырья — и получать в итоге продукт должного качества.

На основании выработанного алгоритма мы разрабатывали аналитику и выбирали режимные параметры блока. В итоге обобщили данные в рекомендации для оптимизации процессов разделения — их можно было внедрять в производство.

менеджер продукта

Дарья Смирнова

3. Рекомендации по оптимизации

По результатам расчета математической модели разработали алгоритмы оптимизации процессов разделения на рассматриваемых блоках. Проверили предложенные рекомендации на действующем промышленном объекте. Расчеты математической модели подтвердились — на блоке выделения бензола и толуола при соблюдении указанных параметров температуры содержание примесей в компонентах нормализовалось и не превышало предельно допустимых значений. Содержание компонентов неизменно остается в рамках норм, стабильное среднее содержание толуола в бензоле достигает значения менее 0,03% мас.

Изменение качества продуктов

Стабильное среднее содержание толуола в бензоле достигает значения менее 0,03% масс.

Качество продукции на блоке стабилизации

Результаты проекта

После завершения пилотных испытаний предложения по коррекции режимов с учетом состава сырья внедрили в эксплуатацию.

Установка стала работать стабильнее, нормализовалось качество выпускаемой товарной продукции.
Уменьшился объем производственного брака, в том числе при повышенной загрузке.
На 15% увеличилась выработка товарного бензола за счет снижения количества брака и возможности повысить загрузку блока вторичной ректификации.
При изменении состава сырья по компонентам в пределах 30% можно прогнозировать параметры качества бензола и выпускать чистый товарный продукт.
Снизились потери углеводородных газов.

Аналогичный подход используется при оптимизации схожих процессов разделения — например, в процессе гидроочистки средних нефтяных дистиллятов. Математическое моделирование процессов можно применять на схожем предприятии отрасли, где есть соответствующее технологическое оборудование.

менеджер продукта

Дарья Смирнова