Подходы к описанию состава и свойств вакуумного газойля для построения математических моделей процессов глубокой переработки нефти

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В данной работе представлены результаты определения состава вакуумного газойля – сырья процессов глубокой переработки нефти с помощью двумерной газовой хроматографии. Данные результаты являются основой для описания формализованного механизма превращений углеводородов высококипящих нефтяных фракций в процессах гидрокрекинга и каталитического крекинга. Установленный углеводородный состав использован при моделировании состава вакуумного газойля с помощью метода structure-oriented lumping, или структурно-ориентированного объединения. Составлены векторы приращений углеводородов, содержащихся в вакуумном газойле. Для данных векторов рассчитана нормальная температура кипения фракции. С помощью разработанного алгоритма воссоздан компонентный состав сырья второй ступени гидрокрекинга, согласно которому рассчитан его фракционный состав, погрешность расчета не превышает 4°С. На основе лабораторных и численных исследований составлены реакционные схемы процессов гидрокрекинга и каталитического крекинга вакуумного газойля. Выполненные исследования с использованием математической модели крекинга показали, что вовлечение в переработку смесевого сырья, содержащего 15% гача дистиллятного и 15% экстракта селективной очистки масел, позволяет увеличить производительность установки каталитического крекинга и обеспечивает благоприятный топливный режим ее работы.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. Н. Ивашкина

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Author for correspondence.
Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Томск

Г. Ю. Назарова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Томск

А. Ю. Дементьев

ООО “КИНЕФ”

Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Кириши

В. А. Чузлов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Томск

Д. Ю. Сладков

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Томск

Е. Р. Самойлов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Томск

М. С. Григораш

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ivashkinaen@tpu.ru
Russian Federation, Томск

References

  1. Хавкин В.А., Гуляева Л.А., Чернышева Е.А. Нефтяные остатки – сырье гидрогенизационных процессов // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2020. № 1. С. 12–18.
  2. Анчита Х., Спейт Д. Переработка тяжелых нефтей и нефтяных остатков. Гидрогенизационные процессы. СПб.: ЦОП “Профессия”, 2012.
  3. Muller H., Alawani N.A., Adam F.M. Innate sulfur compounds as an internal standard for determining vacuum gas oil compositions by APPI FT-ICR MS // Energy & Fuels. 2020. V. 34. №. 7. P. 8260–8273.
  4. Rakhmatullin I.Z. et al. Application of high resolution NMR (1H and 13C) and FTIR spectroscopy for characterization of light and heavy crude oils // J. Petr. Sci. Eng. 2018. V. 168. P. 256–262.
  5. Rakhmatullin I. et al. Qualitative and quantitative analysis of heavy crude oil samples and their SARA fractions with 13C nuclear magnetic resonance // Processes. 2020. V. 8. №. 8. P. 995.
  6. Dutriez T., Thiébaut D., Courtiade M., Dulot H., Bertoncini F., Hennion M.C. Application to SFC-GCxGC to heavy petroleum fractions analysis // Fuel. 2013. V. 104. P. 583–592.
  7. Quann R.J., Jaffe S.B. Structure-oriented lumping: describing the chemistry of complex hydrocarbon mixtures // Ind. Eng. Chem. Res. 1992. V. 31. № 11. P. 2483–2497.
  8. Chen J., Fang Z., Qiu T. Molecular reconstruction model based on structure-oriented lumping and group contribution methods // Chinese J. Chem. Eng. 2018. V. 26. № 8. P. 1677–1683.
  9. Nazarova G. et al. A predictive model of catalytic cracking: Feedstock-induced changes in gasoline and gas composition // Fuel Process. Technol. 2021. V. 217. № 106720.
  10. Назарова Г.Ю. Повышение эффективности процесса каталитического крекинга вакуумного дистиллята в лифт-реакторе с применением метода математического моделирования. Томск: ТПУ, 2020. С. 22–23.
  11. Виноградов О.В. Лабораторная установка для хроматографического анализа “Градиент-М” конструкции ИНХП РБ. Методика определения группового состава нефтепродуктов, выкипающих выше 300°С. Уфа, 2009.
  12. Абилова Г.Р. Особенности состава смол тяжелых нефтей и их влияние на стабильность асфальтенов в нефтяных системах: дис… канд. хим. наук. Уфа: Ин-т, 2021.
  13. Богомолов А.И. Современные методы исследования нефтей / Под ред. А.И. Богомолова, М.Б. Темянко, П.И. Хотынцевой. Л.: Недра, 1984.
  14. Marrero J., Gani R. Group-contribution based estimation of pure component properties // Fluid Phase Equilibria. 2001. V. 183. P. 183–208.
  15. Кривцов Е.Б., Ивашкина Е.Н., Кривцова Н.И. Математическое моделирование процесса гидроочистки вакуумного газойля // Катализ в промышленности. 2022. Т. 22. № 5.
  16. Mahé L. et al. Global approach for the selection of high temperature comprehensive two-dimensional gas chromatography experimental conditions and quantitative analysis in regards to sulfur-containing compounds in heavy petroleum cuts // J. of Chromatography A. 2011. V. 1218. № 3. P. 534–544.
  17. Yakubov M.R. et al. Composition and properties of heavy oil resins // Petroleum Chem. 2020. V. 60. № 6. P. 637–647.
  18. Jaffe S.B., Freund H., Olmstead W.N. Extension of structure-oriented lumping to vacuum residua // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. № 26. P. 9840–9852.
  19. Tian L. et al. Building a kinetic model for steam cracking by the method of structure-oriented lumping // Energy & fuels. 2010. V. 24. № 8. P. 4380–4386.
  20. Feng S. et al. Molecular composition modelling of petroleum fractions based on a hybrid structural unit and bond-electron matrix (SU-BEM) framework // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 201. P. 145–156.
  21. Kolská Z., Zábranský M., Randová A. Group contribution methods for estimation of selected physico-chemical properties of organic compounds. London, UK: IntechOpen, 2012. P. 135–161.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Flow chart of two-line two-stage hydrocracking with sampling points for laboratory studies: R-2001, R-2003 – first stage hydrocracking reactors, V-2011, V-2013 – low-pressure hot separators, T-2002 – reactor product fractionation column, T-2003 – second line reactor product stripping column, R-2002, R-2004 – second stage hydrocracking reactors, V-2007, V-2010 – high-pressure hot separators; I – first (a) and second (b) stage circulating HCG, II – low-pressure HCG, III – hydrocarbon gases and unstable gasoline.

Download (401KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of hydrocarbon groups in VGO by the number of carbon atoms in a mixture of saturated and aromatic hydrocarbons after separation 1.

Download (173KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of hydrocarbon groups in VGO by the number of carbon atoms in a mixture of saturated and aromatic hydrocarbons after separation 2.

Download (169KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of hydrocarbon groups in VGO by the number of carbon atoms in a mixture of saturated and aromatic hydrocarbons after separation 3.

Download (171KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of hydrocarbon groups in gas product mixture V-2011 by the number of carbon atoms in the molecule.

Download (180KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Distribution of hydrocarbon groups in the bottom product of the fractionation column by the number of carbon atoms in the molecule.

Download (142KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Distribution of hydrocarbon groups in a sample of summer diesel fuel component by the number of carbon atoms in the molecule.

Download (108KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Distribution of hydrocarbon groups in a sample of winter diesel fuel component by the number of carbon atoms in the molecule.

Download (163KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Nonylbenzene molecule.

Download (13KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Reaction scheme of the vacuum gas oil hydrocracking process.

Download (238KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Reaction scheme of the catalytic cracking process of vacuum gas oil.

Download (662KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. The influence of the composition of the mixed raw material on the yield and octane number of gasoline (at a constant cracking temperature and raw material consumption), calculation using the model.

Download (119KB)
Indexing metadata
14. Fig. 13. The effect of the composition of the mixed feedstock on the yield and octane number of gasoline with an increase in the unit's feedstock loading (at a constant cracking temperature), calculation using the model.

Download (155KB)
Indexing metadata
15. Table 6. Structural increments and their group contribution [8]

Download (243KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences