Повышение эффективности процессов переработки нефти с использованием методов математического моделирования : монография (290,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

УДК 665.6:51.001.57 ББК 35.514:22.1 П34 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р техн. наук, проф. А. Ф. Кемалов канд. техн. наук М. Р. Идрисов П34 Авторы: И. В. Пискунов, В. М. Капустин, Е. А. Чернышева, Н. Ю. Башкирцева Повышение эффективности процессов переработки нефти с использованием методов математического моделирования : монография / И. В. Пискунов, В. М. Капустин, Е. А. Чернышева, Н. Ю. Башкирцева; под ред. О. Ф. Глаголевой; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 2-е изд. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 384 с. ISBN 978-5-7882-3275-1 Представлены данные о свойствах, особенностях и превращениях нефтяных дисперсных систем различного типа: от малоструктурированных (нефти) до связнодисперсных, таких как тяжелые нефтяные остатки и битумы. Показаны примеры регулирования технологических процессов с целью повышения их эффективности за счет лучшей управляемости, которая достигается использованием математических моделей, учитывающих неаддитивные явления в нефтяных дисперсных системах. Предназначена для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 18.03.01 (18.04.01) «Химическая технология». Подготовлена на кафедре химической технологии переработки нефти и газа. УДК 665.6:51.001.57 ББК 35.514:22.1 ISBN 978-5-7882-3275-1 © Пискунов И. В., Капустин В. М., Чернышева Е. А., Башкирцева Н. Ю., 2023 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2023 2

Стр.2

СО Д ЕРЖ АН И Е ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ ................................................................................... 6 ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................................. 7 1. ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЯНОЙ ОТРАСЛИ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА К НИЗКОУГЛЕРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ .............................................................................................. 11 1.1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ НЕФТЯНОЙ ОТРАСЛИ В МИРЕ ............................................................... 11 1.2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ....................................................................................... 14 1.3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ...................................................... 19 1.3.1. Традиционные нефтяные топлива ............................................................................................. 19 1.3.2. Альтернативные низкоуглеродные виды топлива .............................................................. 23 1.3.3. Нефтепродукты нетопливного назначения .......................................................................... 25 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 ............................................................................................................................................... 36 2. ПРИМЕНЕНИЕ НА НПЗ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ............................................................................................................................................. 38 2.1. ЦИФРОВИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ ................................................................................ 38 2.2. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССАМИ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ....... 40 2.2.1. Системы производственного и календарного планирования .......................................... 46 2.2.2. Моделирующие программы, системы сведения баланса и другое ПО .......................... 48 2.2.3. Системы управления технологическими процессами (СУУТП) ....................................... 50 2.3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ ...................................................................................... 54 2.4. ГИБРИДНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ........................................................................... 57 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 ............................................................................................................................................... 59 3. НЕФТЬ И ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ КАК НЕФТЯНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ (НДС) .................................................................................................................................. 61 3.1. ДИСПЕРСНАЯ ПРИРОДА НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ ............................................................................................... 61 3.2. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ .................................................................. 73 3.3. НЕАДДИТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ ПРИ СМЕШЕНИИ НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ ....................................... 80 3.3.1. Сырьевые компаунды ......................................................................................................................... 85 3.3.2. Компаундирование нефтепродуктов и полуфабрикатов ................................................. 87 3.4. ВОПРОСЫ АГРЕГАТИВНОЙ И КИНЕТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ .............................. 90 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 ............................................................................................................................................ 100 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ ............................................................................................. 102 4.1. ПРИМЕНЕНИЕ ИК-СПЕКТРОМЕТРИИ ......................................................................................................... 102 4.2. ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ БИК-СПЕКТРОМЕТРИИ .......... 110 4.3. ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ................................................................................................................................................................ 119 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 ............................................................................................................................................ 125 3

Стр.3

5. ОПТИМИЗАЦИЯ СМЕШЕНИЯ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НЕСОВМЕСТИМОСТИ КОМПОНЕНТОВ ......................................................................................... 127 5.1. РОЛЬ СМЕШЕНИЯ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ...................................................... 127 5.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛП-МОДЕЛЕЙ ПРИ ВЫБОРЕ НЕФТЕЙ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ........................................ 132 5.3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ И НЕСОВМЕСТИМОСТИ НЕФТЕЙ В СМЕСЯХ ................................... 136 5.3.1. Методы, основанные на титровании образцов .................................................................. 137 5.3.2. Методы на основе данных по химическому составу нефтей ....................................... 139 5.3.3. Методы на основе физико-химических свойств нефтей ................................................ 140 5.4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДИК ОЦЕНКИ НЕСОВМЕСТИМОСТИ ................................................. 141 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 ............................................................................................................................................ 148 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ .................................. 150 6.1. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ ЧЕРЕЗ ПОДБОР И ОПТИМАЛЬНОЕ СМЕШЕНИЕ СЫРЬЯ ..................................................................................................................................................................... 150 6.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ НА НПЗ ................................................................................................................................ 154 6.3. ПЕРЕГОНКА НЕФТИ В СМЕСИ С ГАЗОКОНДЕНСАТОМ ............................................................................... 156 6.3.1. Лабораторные исследования перегонки нефтегазоконденсатных смесей ............. 162 6.3.2. Опытно-промышленные исследования перегонки нефтегазоконденсатных смесей .................................................................................................................................................................. 167 6.4. ПЕРЕГОНКА СМЕСЕЙ НЕФТИ С АРОМАТИЧЕСКОЙ ДОБАВКОЙ ................................................................. 174 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6 ............................................................................................................................................ 177 7. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ ............... 179 7.1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРИМЕНЕНИИ БИТУМОВ ................................................ 179 7.2. ИЗМЕНЕНИЕ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ И ПЕРЕХОД НА СМЕСЕВОЕ СЫРЬЕ ........................................................... 183 7.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК .................................................................................. 200 7.3.1. Полимерные добавки ....................................................................................................................... 200 7.3.2. Добавки и присадки других типов ............................................................................................ 206 7.3.3. Вторичные ресурсы и отходы производства ...................................................................... 208 7.3.4. Добавки и технологии для энергосбережения и защиты экологии ............................ 212 7.4. ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ И СТАНДАРТОВ .................................................................. 215 7.4.1. Развитие методологии Superpave ............................................................................................ 215 7.4.2. Анализ и моделирование климатических условий .............................................................. 218 7.4.3. Методики расчетов температурных параметров в РФ ................................................ 221 7.5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ БИТУМНЫХ ПРОИЗВОДСТВ И ТЕРМИНАЛОВ ...................................................................................................................................................... 230 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 7 ............................................................................................................................................ 232 8. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ .................................................................................................................................... 235 8.1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ................................................................................ 235 4

Стр.4

8.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БИТУМОВ ........................................................ 236 8.2.1. Взаимосвязь стандартных показателей качества битумов ........................................ 239 8.2.2. Вязкостные показатели битумов ............................................................................................. 245 8.2.3. Структурные характеристики битума ................................................................................ 252 8.2.4. Реологические модели битума .................................................................................................... 253 8.2.5. Связь реологических и стандартных показателей битума .......................................... 256 8.2.6. Моделирование параметров битумов на основе молекулярной структуры .......... 258 8.2.7. Термоокислительное старение и поведение битума при эксплуатации ................ 260 8.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ .......................................... 261 8.3.1. Основные факторы, оказывающие влияние на качество битума .............................. 262 8.3.2. Математическое описание процесса окисления ................................................................ 271 8.3.3. Автоматизация процесса производства битумов ............................................................ 280 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 8 ............................................................................................................................................ 282 9. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ОСТАТОЧНЫХ ТОПЛИВ .................... 284 9.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В СИСТЕМАХ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ НПЗ ........................................................................................................................................... 284 9.1.1. Неаддитивность свойств нефтей и остаточных топлив ........................................... 286 9.1.2. Примеры моделей для расчета вязкости нефтяных систем ........................................ 289 9.1.3. Практические примеры расчета неаддитивных свойств при смешении ................ 297 9.1.4. Применение математических моделей смешения в планировании НПЗ .................. 304 9.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОСТАТКА ГИДРОКРЕКИНГА ГУДРОНА МЕТОДАМИ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ .............................................................................................................................................................. 307 9.2.1. Описание процесса гидрокрекинга гудрона H-oil ................................................................ 309 9.2.2. Построение виртуального анализатора показателей качества продукта .......... 311 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 9 ............................................................................................................................................ 314 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................................... 316 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................................................... 332 5

Стр.5