Опыт приготовления товарных бензинов на нефтеперерабатывающих заводах

  Главная      Учебники - АЗС, нефть     Производство высокооктановых бензинов (Гуреев А.А., Жоров Ю.М.) - 1981 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36 

 

Опыт приготовления товарных бензинов на нефтеперерабатывающих заводах

Применение количественных методов оптимизации при приготовлении бензинов получило распространение на нефтеперерабатывающих заводах. На этой основе не только решаются задачи приготовления требуемого качества продукта самым дешевым способом, но и выявляются наиболее целесообразные для данного производства процессы получения компонентов бензина. Например, октановое число и приемистость к топливу алкилата выше, чем октановое число и приемистость изомеризата, но и стоимость алкилата выше. Возникает вопрос о перспективности способов получения компонентов бензина алкилированием и изомеризацией, но решение вопроса возможно после обсуждения вариантов смешения. Различные варианты смешения должны учитывать вовлечение в компаундирование наборов других компонентов, а также возможность добавления этиловой жидкости. Например, на одном из заводов для приготовления этилированного бензина АИ-93. сме-шивали приведенные ниже компоненты (в скобках указано окта новое число компонента по моторному методу) в следующем со отношении (в %):

 

 

Бензин каталитического крекинга (78—79) ..........28—32

Платформат (75—76)...........25—26

Изопентан (89).............12—13

Алкилат (89).............16—25

Толуол (100).............9—10

 

 

 

Расчеты по методу линейного программирования показали, что нужно ограничить содержание бензина каталитического крекинга из-за высокого содержания в нем серы) и алкилата (из-за высокой стоимости) и увеличить на заводе производство изомеризата. Кроме того, при приготовлении бензина марки АИ-93 оказалось целесообразным использовать в качестве компонента другой товарный бензин марки А-76, спрос на который был значительно выше и его производили в больших количествах.

Расчетный оптимальный рецепт смешения был следующим: изомеризат (С5 + Сб)—35%, платформат — 35%, бензин каталитического крекинга — 20%, бензин А-76—10%. Смесь при добавлении ТЭС имела октановое число 93,5 (по исследовательскому методу), давление насыщенных паров — 860 Па; она удовлетворяла и всем другим требованиям стандартов. За счет изменения рецепта себестоимость бензина марки АИ-93 снизилась на 45% [27].

Известно, что увеличение октанового числа прямогонного бензина с 69 до 76 (моторный метод) может быть осуществлено двумя способами: добавлением высокооктановых компонентов или введением этиловой жидкости. Затраты на повышение октанового числа бензина при добавлении высокооктановых компонентов составляют 8—12 руб. на 1 т, а при введении этиловой жидкости — менее 1 коп. на 1 т. Понятно, что создание высокоэффективных и нетоксичных антидетонационных присадок может привести к значительному изменению и упрощению технологической схемы нефтеперерабатывающих заводов топливного профиля.

При компаундировании, как ясно из сказанного выше, нужно учитывать приемистость к антидетонаторам. В товарном бензине присутствие низкоприсмистых компонентов, а также наличие соединений серы и кислорода значительно снижает эффективность действия антидетонатора. Если предполагается добавлять этиловую жидкость, то смешение низкоприемистых и высокоприемистых компонентов нежелательно.

Укажем для иллюстрации, что на одном из заводов получают свыше 20 различных бензиновых фракций. Среди них продукты прямой перегонки, термического и каталитического крекинга, плат-форминга, коксования, рафинаты платформинга и изомеризаты. При приготовлении товарных бензинов для «упрощения» прибегают к объединению этих фракций, т. е. предварительному смешению на основе октановых чисел на 4 группы: первая — бензины платформинга и изомеризации, вторая — бензины каталитическо-

 

 

го крекинга, третья — бензины-рафинаты, четвертая—бензины термических процессов и прямогонные.

Анализ такой группировки показал, что она нецелесообразна, поскольку не учитывали приемистость к тетраэтилсвинцу (ТЭС). Например, высокосернистые бензины термического крекинга обладают низкой приемистотью к ТЭС. Их смешение с высокоприемистыми бензинами прямой перегонки приводит к тому, что октановое число смеси слабо изменяется при введении ТЭС.

Охарактеризуем в связи с этим данные о приемистости бензиновых фракций к ТЭС, которую будем оценивать изменением октанового числа 1 кг этилированного и неэтилированного бензинов, отнесенным к количеству добавленного тетраэтилсвинца. Для всех фракций наибольший эффект оказывает введение небольших добавок антидетонатора. Например, для бензиновой головки (фракция 30—70 °С) приемистость составляет: при добавлении 0,2, 0,3, 0,4 и 0,7 ТЭС на 1 кг бензина соответственно 32,5, 28, 23 и 16 октановых единиц.

При добавлении 0,4 г/кг ТЭС приемистость составляет: для

тяжелых ароматизированных фракций (выше 145—150°С) и для бензина каталитического крекинга (установка 1 А/ 1м)—3—7; для прямогонного бензина и фракции выше 140°С (установка 22/4) — 32; для пентан-амилеиовой фракции термокрекинга — 24. Как уже отмечалось, приемистость существенно снижается в случае присутствия соединений серы — относительное понижение приемистости пропорционально концентрации соединений серы в степени

0,36, а коэффициент пропорциональности составляет от 4,8 до 12 в зависимости от природы этих соединений.

Поскольку содержание соединений серы в бензиновых фракциях разных заводов различно, так же как и различен химический состав фракций, желательно экспериментальное изучение приемистости на каждом заводе.

Приближенные оценки приемистости некоторых компонентов товарных бензинов при добавлении 0,4 г/кг ТЭС следующие (повышение октанового числа по исследовательскому — в числителе и моторному — в знаменателе методам):
При решении задачи оптимизации товарных бензинов на нефтеперерабатывающих заводах формулируют целевую функцию вида (/) (см. с. 185) и следующие типы ограничений.

 

 

1. Ограничения по количествам товарных бензинов. Эти ограничения устанавливаются плановым заданием или складывающейся экстремальной ситуацией. Они представляют собой неравенства, в которых устанавливается, что сумма масс компонентов, входящих в / товарный бензин не должна быть меньше планируемой массы этого бензина.

2. Ограничения по количествам компонентов, входящих в товарные бензины. Эти ограничения устанавливаются в виде неравенств, определяющих максимально возможные количества компонентов, производимых на установках нефтеперерабатывающего предприятия.

3. Ограничения по октановому числу товарных бензинов. Эти ограничения представляют собой уравнения для расчета октановых чисел смешения, но в соответствии со сказанным выше они должны учитывать приемистость и влияние количества антидето-пационной присадки.

4. Ограничения по другим нормируемым характеристикам качества товарных бензинов: давлению насыщенного пара, содержанию серы, смол и др. Эти характеристики перечислены на стр. 193. Обычно нет необходимости учитывать их все, так как большая часть требований к качеству бензинов выполняется, например, по температуре застывания. При постановке задачи оптимизации учитывают лишь ограничения по показателям, которые, как показывают анализы, могут не соответствовать стандарту.

Ограничения четвертого типа также представляют собой уравнения для расчета результатов смешения.

5. Ограничения по запасам антидетонационной присадки устанавливают, что количество присадки, имеющейся на заводе, не должно быть меньше ее затрат на приготовление товарных бензинов.

После формулирования системы уравнений, характеризующих ограничения, разработка оптимального рецепта смешения и на его основе оптимального плана работы предприятия не вызывает принципиальных затруднений.

Дополнительные проблемы возникают при оперативном управлении процессом смешения, они вызваны следующими причинами:

1) отклонениями текущих характеристик качества и количеств компонентов от планируемых. Например, на одном из заводов

[28] наблюдали следующие отклонения: по октановым числам — до 6 пунктов, по давлению насыщенного пара—до 500 Па, по содержанию компонентов — до 25%;

2) недостаточной емкостью резервуаров для хранения компонентов и товарных бензинов; неритмичностью отгрузки последних;

3) необходимостью изменения плановых количества и качества товарной продукции, вызываемой меняющейся ситуацией с ее потреблением.

Указанные причины ставят задачу использования оптимального плана работы предприятия при оперативном управлении про-цессом приготовления товарных бензинов. В работе [28] описана последовательность операций, позволившая осуществить оптимальное оперативное управление. Приведенная последовательность включает:

1) формулирование с учетом складывающейся ситуации частных критериев оптимизации оперативного (пяти-шестисуточного) плана; на первом этапе учитывают, что оперативный критерий должен обеспечить эффективное выполнение месячного плана;

2) прогнозирование параметров качества и количеств компонентов, поступающих на смешение; формулирование оперативных ограничений;

3) расчет оптимального оперативного плана, в том числе очередности приготовления различных бензинов;

4) определение последовательности использования резервуаров с компонентами (это выполняется ежесуточно); одновременно уточняются данные о показателях качества компонентов.

На основе такой последовательности реализована система оперативного управления процессом приготовления товарных бензинов, позволившая получить значительный экономический эффект. Ниже приведены данные о рецептах смешения при приготовлении бензинов марок А-76, А-72 и А-66 до оптимизации (в числителе) и после (в знаменателе):

 

 

 

Как видно из приведенных данных, основной экономический эффект достигается за счет улучшения приемистости этилируемых бензинов, главным образом А-76: в результате оптимального рецепта приемистость бензина марки А-76 повысили почти на 3 пункта за счет использования более дешевых (в сумме) компонентов; для неэтилированного бензина марки А-72 можно при этом понизить приемистость.

На нефтеперерабатывающих заводах число потоков компонентов бензинов достаточно велико. При оперативном управлении необходимо выбрать наиболее эффективный путь их объединения, поскольку число резервуаров для хранения меньше числа компонентов.

 

 

 

Из приведенных выше примеров ясна важность учета при предварительном смешении не октановых чисел, а приемистости. В работе [29] приводится пример расчета вариантов предварительного смешения 19 компонентов. Если стоимость продукта при раздельном смешении этих 19 компонентов обозначить за 100, то имеются варианты группировки их в 4 или даже 3 резервуара, причем стоимость продукции после смешения таких 4 или 3 групповых компонентов будет более 91,1. Рекомендуемое в работе

[29] объединение потоков приведено ниже:

 

 

 

Объединяемые компоненты группы № I:

Фрацни 30—70 °С и 140 — к.к. с установки 22/4 Фракция н.к. — 70 °С и 140 — к.к. с установки ГК-3 Пентан газового завода и установки ГФУ Пентан-амиленовая фракция Бензин-головка с установки 35/6 Тяжелые фракции с установки 35/6 Объединяемые компоненты группы № 2:

Бензины каталитических крекингов 1 А/1м и ГК-3 Высшие ароматические углеводороды Объединяемые компоненты группы № 3: Бензины-рафинаты Эфирная головка фракции до 125°С Прямогонный бензин Объединяемые компоненты группы № 4:

Бензины термических крекингов Г идрогенизаты
В промышленных разработках установлено, что нелинейные модели смешения оказываются более надежными, чем линейные. Ниже это иллюстрируется данными по приготовлению товарного бензина марки А-76 [29]:

 

 

 

 

Нужно заметить, однако, что если осуществить «запас» по октановому числу в 0,5—0,7 единиц, то применение линейной модели вполне допустимо. Поэтому в практике внедрение систем управления смешением начинают, как правило, с использования линейных моделей смешения и, лишь убедившись в эффективности расчетов, переходят к нелинейным моделям (см. также стр. 180 сл.).

 

 

В последние годы ряд фирм использует рекомендации, полученные при расчетах смешения, для определения схемы нефтеперерабатывающих заводов и заданий отдельным установкам. Так, реализована комплексная программа снижения энергетических затрат, позволяющая увеличить мощность завода на 30% без повышения расхода энергии. Для этого завода суточное потребление электроэнергии составляет 90 тыс. кВ-А, а потребление природного газа — 4,5 млн. м3/ сут. Изучение возможностей снижения затрат энергии проведено с помощью ЭВМ, причем около 75% всего времени затрачено на сбор информации и около 5% —на ее систематизацию.

Наиболее важным этапом машинного анализа задачи является определение возможных путей изменения схемы завода. На этом этапе определяется область поиска оптимальных решений. Использование ЭВМ уменьшает вероятность того, что тот или иной важный вариант останется не учтенным. Разработанные программы позволяют сопоставлять схемы, базирующиеся на различном оборудовании и технологии со стандартной схемой. Таким образом, учитывается возможность замены не только энергетического оборудования, но и изменения основной технологии. Программа существенно усложняется, но становится более универсальной.

В процессе управления ЭВМ «прочитывает» показание датчиков каждые 110 или 30 с в зависимости от важности параметров. Показания датчиков температур, расходов, потоков, уровней и анализаторов на потоках усредняются за различные периоды времени и записываются в память ЭВМ для учета и анализа. Для большинства входных переменных ЭВМ запоминают средние показания за последние 1-, 5-, 10- и 30-минутные, а также 24-часовые и 45-дневные интервалы, стирая устаревшую информацию. Помимо непосредственных показаний датчиков такой обработке подвергаются дополнительно около 1000 переменных, вычисляемых ЭВМ на основе этих показаний.

Управление процессами с помощью ЭВМ осуществляется посредством 74 регуляторов НЦУ. Система объединяет 24 взаимосвязанных контура управления; она позволяет максимизировать выпуск продукции (с расчетом на прибыль), минимизируя затраты на установках. Известен и ряд других систем управления процессами, в которых учитывается «ценность» потоков установок для выпуска товарных бензинов [30].

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

1. Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. 6-е изд. перераб. и доп. М., Химия, 1978. 424 с,

2. Товарные нефтепродукты. Свойства и применение/Под ред. В. М. Школьникова. 2-е изд., М., Химия, 1978. 470 с.

3. Гуреев А. А. Применение автомобильных бензинов. М., Химия, 1972. 364 с.

4. Саблина 3. А., Г уреев А. А. Присадки к топливам. 2-е изд перераб. и доп. М., Химия, 1977. 258 с.

5. Азев В. С., Малыхин В. Д., Лебедев С. Р.—Хим. и тех-пол. топлив и масел, 1977, № 4, с. 19—21.

6. Поршневые и газотурбинные двигатели. Экспресс-информ. 1978, № б, с. 11 — 13.

7. Радченко Е. Д. и др. — Хим. и технол. топлив и масел, 1976, № 5, с. 6—9.

8. Пенни Д., Флорис Т. — Переработка углеводородов, 1977, № 12, с. 31—35.

9. Unzelman G., Forster Е. — Petrol. Refiner, I960, v. 39, N 10, p. 109—140.

10. Вставская Л. И. и др. — Нефтепереработка и нефтехимия, 1973,'№ 4, с. 5—7.

11. Водров А. П. — В кн.: Автоматизация и КИП. М,

ЦНИИТЭнефтехим, 1975, № 3, с. 12—15.

12. Rusin М.—Chem. Eng. Sci. 1975, v. 30, N 8, p. 937— 945.

13. Жоров Ю. М. Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии. М., Химия, 1978. 376 с.

14. Чуприн И. Ф. и др. — В кн.: Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. М., ЦНИИТЭнефтехим, '1974, № 3, с. 7—12.

15. Бояринов А. И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии. 2-е изд., М., Химия, 1975. 575 с.

16. Розенброк X., Стори С. Вычислительные методы для инже-неров-химиков/Пер. с англ. Б. М. Авдеева, Ю. В. Ковачи-ча, В. Н. Левитского. М., Мир, 1968. 443 с.

17. Плискин Л. Г. Оптимизация производственной программы при переменных коэффициентах выпуска и затрат. М., Ин-т Проблем управления, 1973. 124 с.

18. Бодров А. Я. — В кн.: Автоматизация и КИП. М.,

ЦНИИТЭнефтехим, 1977, № 4, с. 2—5.

19. Гуреев А. А. — Нефтепереработка и нефтехимия, 1977, № Ю, с. 14—17.

20. Азев В. С. и др. — Химия и технол. топлив и масел, 1976, No 3, с. 51—53.

21. Лулова И. И.—Химия и технология топлив и масел, 1973, № Ю, с. 58-62.

22. Емельянов В. £., Кюрегян С. К. — Химия и технология топлив и масел, 1978, № 4, с, 36—38.

23. Емельянов В. Е., Кюрегян С. К., Рудяк К. Б. — Нефтепереработка и нефтехимия, 1980, № 11, с. 8—10.

24. Азев В. С, и др. — Химия и технология топлив и масел, 1980, № 4, с. 24—26.

25. Кюрегян С. КДемиденко К. А. — Химия и технология топлив и масел, 1979, № 1, с. 60—62.

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36