Способ получения дизельного топлива зимнего
Владельцы патента RU 2778983:
Общество с ограниченной ответственностью "Наука, технология, информатика, контроль" (RU)
Изобретение относится к области нефтяной промышленности, в частности к способу получения дизельного топлива зимнего (ДТЗ), содержащему этапы депарафинизации смеси гидроочищенной дизельной фракции 200-320°С (ДФ1), водородсодержащего газа (ВСГ), гидроочищенного ДТЗ (ГОДТЗд) с выделением парафинов на цеолитах, с получением денормализата, десорбата и смеси углеводородного газа (УГ) с ВСГ, и компаундирования денормализата, дизельной фракции 150-310°С (ДФ2), гидроочищенного ДТЗ (ГОДТЗк), с получением на выходе дизельного топлива зимнего (ДТЗ). Режимы работы установок, реализующих указанные этапы способа, регулируются в соответствии с математической моделью, основанной на решении задачи оптимизации на основе качественных характеристик компонентов, участвующих в процессе согласно способу, определении массовых характеристик потоков компонентов, участвующих в процессе, причём решение задачи оптимизации и определение массовых характеристик потоков компонентов выполняются в несколько итераций. Технический результат - оптимизация параметров процесса и выхода готового продукта в способе производства дизельного топлива зимнего. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к области нефтяной промышленности, и более конкретно - к способу получения дизельного топлива зимнего (далее - ДТЗ).
Уровень техники
Дизельное топливо представляет собой жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти. Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт (тепловозы, автомотрисы, дизель-поезда), грузовой автотранспорт, автобусы, водный транспорт, военная техника, дизельные электрогенераторы, сельскохозяйственная техника, а также легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах и закалочных жидкостях, при механической и термической обработке металлов.
Климатические условия многих стран, в частности, России, обуславливают большую потребность в высококачественных низкозастывающих дизельных топливах. Для дизельных топлив требуемые показатели низкотемпературных характеристик достигаются в результате снижения содержания высококипящих н-парафинов С18+ при оптимальном соотношении с н-парафинами С10-С15, углеводородами изостроения и моноциклическими аренами, которые являются растворителями высококипящих алканов (Кинзуль А.П., Хандархаев С.В., Писаренко Н.О. и др. Совершенствование технологии производства низкозастывающих дизельных топлив // Мир нефтепродуктов. 2012. № 8. С. 7-11). В настоящее время в России требования к депарафинированному зимнему и арктическому дизельному топливу сформулированы в ГОСТ Р 55475, в соответствии с которым определяются следующие требования к зимнему дизельному топливу: температура применения, °С: –(48÷52), температура помутнения, °С:–(38÷42), предельная температура фильтруемости, °С: –(48÷52).
Среди способов, которые в настоящее время применяются для улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива, можно отметить способ, состоящий в снижении конца кипения дизельной фракции. К недостаткам этого способа можно привести то, что он сопряжён со снижением выхода дизельного топлива.
Ещё одним способом является смешивание дизельного топлива с керосиновой фракцией. Однако этот способ более сложен, поскольку требует выполнения гидроочистки керосина.
Для улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива может производиться удаление н-парафинов методом экстрактивной кристаллизации. Однако и такой способ имеет недостатки, состоящие, в частности, в низком качестве парафина.
Низкотемпературное (зимнее) дизельное топливо может быть получено путём добавления депрессорно-диспергирующих присадок. Однако такой способ является малоэффективным с точки зрения снижения температуры помутнения дизельного топлива для достижения соответствия, например, вышеприведённым требованиям ГОСТ Р 55475.
Ещё одним возможным способом получения низкотемпературного (зимнего) дизельного топлива является каталитическая изомеризация. Однако и этот способ имеет недостаток, состоящий в очень высокой стоимости ввиду использования катализаторов, содержащих металлы платиновой группы. В качестве альтернативы каталитической изомеризации может применяться каталитическая депарафинизация, при использовании которой снижается необходимость в дорогостоящих металлах.
В патенте РФ № 2455342 (опубликован 10.07.2012) раскрыт способ получения зимнего дизельного топлива, в котором при перегонке нефти выделяют фракции, выкипающие в пределах от 180 до 300-310 ºС и от 180 до 335- 345 ºС, и осуществляют их компаундирование в соотношениях: 40-60 : 60-40 для получения топлива 1 класса (с температурой помутнения не выше –16 ºС) и 80-85 : 20-15 для получения топлива 2 класса (с предельной температурой фильтруемости –32°С). В известном решении обеспечивается возможность регулирования низкотемпературных свойств дизельного топлива за счёт компаундирования сырьевых фракций с различным концом кипения. Недостаток такого подхода заключается в отсутствии гарантии обеспечения минимального запаса по качеству, при этом в известном аналоге нужное сочетание параметров процесса находится путем комбинаторного перебора вариантов сочетаний параметров компаундирования. Так, например, при компаундировании в соотношении 80:20 в соответствии с известным способом может быть получено значение показателя качества, а именно предельной температуры фильтруемости (ПТФ), равное -34°С, что дает возможность изменить процент соотношения фракций в сторону более тяжелой фракции.
Данный известный способ может быть рассмотрен в качестве ближайшего аналога (прототипа) заявляемого изобретения.
С учётом вышеописанного уровня техники, существует потребность в способе получения зимнего дизельного топлива, который выгодно отличался бы по меньшей мере исключением или уменьшением вышеописанных недостатков, присущих известным из уровня техники способам.
Раскрытие изобретения
С учётом вышеуказанных недостатков уровня техники, техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в необходимости оптимизации процесса производства дизельного топлива зимнего с точки зрения затрат на производство, сложности процесса и величины выхода готового продукта.
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в создании способа производства дизельного топлива зимнего, который является оптимальным с точки зрения затрат на производство и выхода готового продукта.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, состоит в оптимизации параметров процесса и выхода готового продукта в способе производства дизельного топлива зимнего.
Вышеуказанная задача изобретения решается способом производства дизельного топлива зимнего, содержащим этап депарафинизации смеси гидроочищенной дизельной фракции 200-320°С (ДФ1), водородсодержащего газа (ВСГ), гидроочищенного ДТЗ (ГОДТЗд) с выделением парафинов на цеолитах, и с получением денормализата, десорбата и смеси углеводородного газа (УГ) с ВСГ, и этап компаундирования денормализата, дизельной фракции 150-310°С (ДФ2), гидроочищенного ДТЗ (ГОДТЗк), с получением на выходе дизельного топлива зимнего (ДТЗ). В соответствии с изобретением, этапы депарафинизации и компаундирования выполняются в соответствии с режимами, количественные и качественные параметры которых определяются посредством решения задачи оптимизации для целевой функции, рассчитываемой с условием максимизации прибыли, причём в задаче оптимизации учитываются по меньшей мере следующие компоненты: ДФ1, ВСГ, ГОДТЗд, денормализат, полученный на этапе депарафинизации, десорбат, потери на этапе депарафинизации, смесь углеводородного газа (УГ) с ВСГ, ДФ2, ГОДТЗк, итоговое ДТЗ; при этом в задаче оптимизации также учитываются доли перерабатываемого сырья от целевого сырья при i-ом режиме работы установки для депарафинизации, коэффициенты отбора соответствующего компонента для i-ого режима работы установки для депарафинизации, коэффициент потребления водорода, отнесенный на сырье, для i-ого режима работы установки для депарафинизации, сернистость, температура вспышки и плотность соответствующих компонентов, причём решение задачи оптимизации выполняется в несколько итераций до достижения заданного значения критерия сходимости.
Более конкретно, количественные и качественные параметры режимов в заявляемом способе определяются следующей системой уравнений:
где ЦФ – целевая функция, рассчитываемая с условием максимизации прибыли, х1 - ДФ1, х2 - ВСГ, х3 – ГОДТЗд, х4 - денормализат, полученный на этапе депарафинизации, x5 - десорбат, x6 - потери, x7 - смесь углеводородного газа (УГ) с ВСГ, х8 - дизельная фракция 150-310°С (ДФ2), х9 - гидроочищенное ДТЗ, х10 - итоговое ДТЗ; di - доли перерабатываемого сырья от целевого сырья при i-ом режиме работы установки для депарафинизации; с1, с3, с8, с9 – затраты на тонну соответствующего компонента (х1, х3, х8, х9); р10, р5, p7 – стоимость соответствующего компонента (х10, х5, х7); k4i, k5i, k6i, k7i – коэффициенты отбора соответствующего компонента (х4, х5, х6, х7) для i-ого режима; t10, t4, t8, t9 - температура вспышки соответствующего компонента (х10, х4, х8, х9); s10, s4, s8, s9 - сернистость соответствующего компонента (х10, х4, х8, х9); ρ4, ρ8, ρ9 - плотность соответствующего компонента (х4, х8, х9); ρmin - минимальная плотность итогового ДТЗ (х10), ρmax - максимальная плотность итогового ДТЗ (х10); α2i – коэффициент потребления водорода отнесенный на сырье для i-ого режима; β1 – доля вовлечения компонента дизельная фракция 150-310°С (ДФ2) относительно денормализата, β2 - доля вовлечения компонента гидроочищенного ДТЗ относительно денормализата
Число режимов работы установки для депарафинизации на этапе депарафинизации может составлять i = 1 ... 4, при этом режимы отличаются значениями перерабатываемой доли от целевого сырья и коэффициентами отбора для каждого вида продукта. Коэффициенты отбора могут быть подобраны несколькими способами: статистическими методами для типовых режимов работы установки с учетом сезонности, конъюнктуры рынка и других влияющих факторов; организацией пробега установки под определенные условия работы; с помощью системы технологического моделирования при условиях идеальности работы установки.
На этапе компаундирования режим работы установки для компаундирования определяется системой уравнений:
х4+х8+х9=х10
х4=х41+х42+х43+х44
х8= β1х4
х9= β2х4
s10х10 -s4x4-s8x8-s9x9≤0
x10t10=x4t4+x8t8+x9t9
x10 ρmin ≤x4 ρ4+x8 ρ8+x9 ρ9
x10 ρmax ≥ x4 ρ4+x8 ρ8+x9 ρ9.
Для всех режимов работы установки для депарафинизации справедливо:
х1+х3 ≥ А
х1+х3 ≤ B,
где А, В – минимальная и максимальная границы емкости установки депарафинизации.
Способ может дополнительно содержать преобразование по меньшей мере одной качественной характеристики сырьевого потока в качественную характеристику продукта. Способ может дополнительно содержать этап, на котором преобразуют по меньшей мере одну качественную характеристику сырьевого потока в отбор на установке для депарафинизации.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показана принципиальная схема этапа депарафинизации в способе согласно изобретению на примере первого режима работы установки для депарафинизации.
На Фиг. 2 показана принципиальная схема этапа компаундирования в способе согласно изобретению.
На Фиг. 3 показана принципиальная схема варианта выполнения способа согласно изобретению, дополнительно содержащего этап преобразования свойств сырьевого потока в качественную характеристику продукта.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ получения зимнего дизельного топлива (далее - ДТЗ) относится в общем к способам на основе каталитической депарафинизации с последующим компаундированием полученного депарафинизацией денормализата.
Предлагаемый способ содержит два основных этапа. Первый этап способа получения ДТЗ представляет собой депарафинизацию смеси гидроочищенной дизельной фракции 200-320°С (далее – ДФ1), водородсодержащего газа (далее – ВСГ) и гидроочищенного ДТЗ (далее – ГОДТЗд). ВСГ в данном случае считается средой, в которой происходит выделение парафинов на цеолитах. Следует понимать, однако, что цеолиты приведены в качестве лишь одного из примеров катализатора, который может быть использован в процессе депарафинизации в предлагаемом способе. Специалистам в данной области техники будут очевидны другие возможные варианты катализатора, пригодного для использования в предлагаемом способе.
Второй этап состоит в компаундировании денормализата, дизельной фракции 150-310°С (ДФ2), гидроочищенного ДТЗ (ГОДТЗк), с получением на выходе дизельного топлива зимнего (ДТЗ).
Количественные параметры процессов, осуществляемых в рамках заявляемого способа, рассчитывается на целевое сырье, т.е. за исключением ВСГ. При этом ограничение по мощности установки, реализующей заявляемый способ, устанавливается именно на целевое сырье. Выход продукта так же зависит только от целевого сырья.
С точки зрения расчёта количественных параметров предлагаемый способ отличается тем, что степенью свободы в данном случае при расчёте количественных параметров является выход углеводородного газа (УГ).
Этап депарафинизации смеси ДФ1, ВСГ и ГОДТЗд выполняется на имеющей надлежащие параметры установке для депарафинизации, которая может работать в одном из 4 режимов (далее - i-ый режим, где i = 1 ... 4).
В качестве установки для депарафинизации в соответствии с изобретением может использоваться установка, которая позволяет извлекать парафины с определенной длиной цепи углеводородов на цеолитах, тем самым снижая предельную температуру фильтруемости (ПТФ) выходного потока. Компонент, который поступает на установку депарафинизации, имеет повышенную ПТФ за счет растворенных парафинов в сырье, что может негативно сказаться на товарном продукте в случае направления сырьевого потока напрямую в цех товарного смешения. Извлечение парафинов позволяет снизить ПТФ и нивелировать пагубное влияние растворенных парафинов длинной углеводородной цепи.
Для каждого i-го режима у каждого вида продукта, соответственно, предусмотрены свои коэффициенты отбора. В каждом режиме установка перерабатывает определенную долю от целевого сырья. Выбор одного из 4 режимов работы установки будет обусловлен требованием выпуска определенного объема товарной продукции с заданным качеством. Режимы работы установки и определяющие их математические модели будут описаны ниже.
На Фиг. 1 представлена в качестве примера схема этапа депарафинизации при первом режиме работы установки (i=1). На выходе этапа депарафинизации получаются следующие компоненты:
- денормализат (который используется в качестве сырья на последующем этапе компаундирования);
- десорбат;
- смесь УГ с ВСГ.
Кроме того, некоторая доля преобразуемых компонентов в ходе этапа депарафинизации в результате приходится на потери.
Для оптимизации параметров способа производства дизельного топлива зимнего (ДТЗ) в соответствии с изобретением в расчёт параметров процессов, основанный на целевом сырье, введена математическая модель, в основе которой лежит расчёт целевой функции с условием максимизации прибыли, и в которую включены, в частности, следующие условия, характеризующие количественные и качественные параметры процесса и задействованных в нём компонентов:
– баланс по массе компонентов на этапе компаундирования;
– общий объем денормализата как сумма количеств, полученных на каждом режиме;
– ДФ2 как доля от денормализата;
– ГОДТЗк как доля от денормализата;
– условие по сернистости ДТЗ;
– баланс по условным тонно-градусам;
– условие для минимальной плотности ДТЗ по условной тонно-плотности;
– условие для максимальной плотности ДТЗ по условной тонно-плотности.
В соответствии с вышеуказанной математической моделью, этапы депарафинизации и компаундирования выполняются в соответствии с режимами, определяемыми следующей системой уравнений:
где ЦФ – целевая функция, рассчитываемая с условием максимизации прибыли, х1 - ДФ1, х2 - ВСГ, х3 – ГОДТЗд, х4 - денормализат, полученный на этапе депарафинизации, x5 - десорбат, x6 - потери, x7 - смесь углеводородного газа (УГ) с ВСГ, х8 - дизельная фракция 150-310°С (ДФ2), х9 - гидроочищенное ДТЗ (ГОДТЗк), х10 - итоговое ДТЗ; di - доли перерабатываемого сырья от целевого сырья при i-ом режиме работы установки для депарафинизации; с1, с3, с8, с9 – затраты на тонну соответствующего компонента (х1, х3, х8, х9); р10, р5, p7 – стоимость соответствующего компонента (х10, х5, х7); k4i, k5i, k6i, k7i – коэффициенты отбора соответствующего компонента (х4, х5, х6, х7) для i-ого режима; t10, t4, t8, t9 - температура вспышки соответствующего компонента (х10, х4, х8, х9); s10, s4, s8, s9 - сернистость соответствующего компонента (х10, х4, х8, х9); ρ4, ρ8, ρ9 - плотность соответствующего компонента (х4, х8, х9); ρmin - минимальная плотность итогового ДТЗ (х10), ρmax - максимальная плотность итогового ДТЗ (х10); α2i - коэффициент потребления водорода, отнесенный на сырье для i-ого режима; β1 – доля вовлечения компонента дизельная фракция 150-310°С (ДФ2) относительно денормализата, β2 - доля вовлечения компонента гидроочищенного ДТЗ относительно денормализата.
Следует понимать, что уравнения, системы уравнений и другие математические выражения, приведённые в настоящей заявке, характеризуют отношения между количественными параметрами химического процесса, определяющие оптимальные сочетания параметров способа получения дизельного топлива зимнего при нескольких возможных режимах работы установки, а не абстрактный математический метод как таковой.
На этапе депарафинизации первый-четвёртый режимы работы установки для депарафинизации отличаются значениями перерабатываемой доли от целевого сырья и коэффициентами отбора для каждого вида продукта.
Первый режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями:
Второй режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями:
Третий режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями
Четвертый режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями
где k4i, k5i, k6i, k7i – коэффициенты отбора для i-го режима работы установки для депарафинизации.
Уравнение (1) – уравнение баланса по массе для 1-го режима, (1’) - для второго режима, (1’’) - для третьего режима, (1’’’) - для четвёртого режима.
Уравнение (2) – уравнение выхода денормализата для 1-го режима (в остальных режимах в уравнения обозначаются штрихами аналогично указанному выше в отношении уравнения (1)).
Уравнение (3) – уравнение выхода десорбата для 1-го режима. Уравнение (4) – уравнение выхода технологических потерь (например, вследствие неплотности фланцевых соединений, через которые могут испаряться нефтепродукты) для 1-го режима. Уравнение (5) – уравнение выхода смеси УГ и ВСГ для 1-го режима. Уравнение (6) – сумма коэффициентов отбора превышает 1 ровно на коэффициент ВСГ.
Для всей установки также справедливы ограничения по емкости установки (уравнения (7) и (8)):
где А, В – границы мощности установки депарафинизации (в одном конкретном неограничивающем примере возможны следующие значения – от A=1176 т до В=2256 т).
На Фиг. 2 проиллюстрирован этап компаундирования, в котором задействован денормализат, полученный на этапе депарафинизации, а также дизельная фракция 150-310°С (ДФ2) и гидроочищенное ДТЗ (ГОДТЗк). Причем количества ДФ2 и ГОДТЗк можно задать как доли от количества денормализата. Результатом выполнения этапа компаундирования является выход на заданное качество ДТЗ. Показатели качества компонентов для компаундирования и ДТЗ приведены ниже в Таблице 1.
Таблица 1. Показатели качества компонентов для компаундирования и ДТЗ
| № | Вещество | с, кг/м3 | S, ppm | tвспышки, °С |
| 1 | Денормализат (х4) | с4=832,4 | S4=2 | t4=72 |
| 2 | ГОДТЗк (х9) | с9=786,4 | S9=10 | t9=34,5 |
| 3 | ДФ2 (х8) | с8=798 | S8=1,3 | t8=41 |
| 4 | ДТЗ (х10) | сmin=800 сmax=840 |
S10=10 | t10=40 |
Показатели качества для компонентов компаундирования, приведенные в таблице 1, являются статистическими данными за временной интервал с разбегом в 1 год. Значения показателей качества для ДТЗ являются ограничениями, основанными на нормативной документации (ГОСТ, ТУ и т.д.). При выпуске товарной продукции в соответствии в нормативной документацией заданного объема необходимо учитывать, что итоговое значение товарной смеси будет построено на связи показателей качества компонентов и их соотношения в итоговой смеси. Так, например, если в топливе допускается содержание серы в размере 1,5 ppm минимум, то для получения, например, 1000 т ДТЗ необходимо подобрать компоненты в таком соотношении, чтобы выйти на минимальный уровень показателя качества, равный 1500 ppm*Т (1,5*1000): 900 т (ДФ2) + 16,25 т (ГОДТЗк), + 83,75 (Денормализат) = 900 * 1,3 + 16,25 * 10 + 83,75 * 2 = 1500.
На этапе компаундирования режим работы установки для компаундирования также определяется системой уравнений:
Данная система уравнений основана на количественных параметрах процесса и по существу характеризует систему ограничений по качеству ДТЗ. В этой системе уравнений, уравнение (9) описывает баланс по массе компонентов на входе и на выходе. Уравнение (10) характеризует общий объем денормализата как сумму количеств, полученных на каждом режиме. Уравнение (11) – ДФ2 как доля от денормализата. Уравнение (12) – ГОДТЗк как доля от денормализата. Уравнение (13) описывает условие по сернистости ДТЗ. Уравнение (14) – баланс компонентов на входе и на выходе по условным тонно-градусам. Уравнение (15) – условие для минимальной плотности ДТЗ (ρmin) по условной тонно-плотности; уравнение (16) – условие для максимальной плотности ДТЗ (ρmax) по условной тонно-плотности.
В качестве установки для компаундирования может быть использована установка, принцип которой по существу повторяет работу резервуара в товарно-сырьевом парке, либо установка, основанная на принципе компаундирования через приготовление в линии, либо установка, основанная на использовании компонентных резервуаров, или любое сочетание охарактеризованных выше установок. Специалистам в данной области техники будут очевидны и другие варианты известных установок для компаундирования, пригодных для использования в способе согласно изобретению, при этом объём правовой охраны изобретения не ограничен выбором конкретного типа установки для компаундирования.
С учётом описанных выше режимов математическая модель, введённая в предлагаемый способ производства дизельного топлива зимнего (ДТЗ), может быть обобщена следующим выражением, характеризующим целевую функцию (ЦФ) с условием максимизации прибыли. Выражение может быть выведено следующим образом:
Из уравнений (12, 13, 14):
Тогда уравнения (13, 14, 15, 16) могут быть переписаны с учетом уравнений (11,12) в следующем виде:
Тогда целевая функция может быть выражена в виде:
где р10, р5, p7 – цены ДТЗ, десорбата и углеводородного газа (руб./т); с1, с3, с8, с9 – затраты на тонну (т) соответствующего компонента.
На основании вышеуказанного, математическая модель, введённая в способ производства ДТЗ при сочетании режимов депарафинизации, охарактеризованных выше, выглядит следующим образом:
В соответствии с одним или более вариантами выполнения, ДФ1 и ГОДТЗд имеют следующие стартовые справочные характеристики, представленные ниже в таблице 2.
Таблица 2. Характеристики ДФ1 и ГОДТЗд
| № | Вещество | ρ, кг/м3 | S, ppm | tвспышки, °С | Содержание парафинов (С10-С23), %масс |
| 1 | ДФ1 (х1) | ρ10=823,1 | S10=2 | T10=72 | A10=14 |
| 2 | ГОДТЗд (х9) | ρ11=785 | S1=10 | T11=38 | A11=12 |
В способе согласно изобретению сырьевые потоки компонентов, используемых на описанных выше первом и втором этапах предлагаемого способа, имеют качественные характеристики, которые могут быть преобразованы в двух направлениях (см. Фиг. 3):
1) Преобразование качественной характеристики сырья в качественную характеристику продукта. Так, в качестве неограничивающего примера, сырье ДФ1 (х1) с плотностью = 823,1 кг/м3 будет преобразовано в продукт денормализат с плотностью 832,4 кг/м3. Таким образом будет определена качественная характеристика продукта (компонента), который будет участвовать в смешении.
2) Преобразование качественной характеристики сырья в отбор на установке. Так, например, сырье ДФ1 с массовым содержанием парафинов = 14% будет преобразовано в отбор десорбат, х5 = 0,14. Иными словами, в контексте настоящего изобретения качественная характеристика сырья являет собой связь с количественной характеристикой будущего выходного потока. Например, если сырьевой поток ДФ1 с массой, например, 1000 т/сутки имеет характеристику общего содержания парафинов равным 14%, как указано выше, то физически установка может выводить 140 т парафина в сутки с установки депарафинизации. В составе по общей массе 140 т/сутки парафинов содержание парафинов С10-С13 и С14-С17 также имеет определенную характеристику по их содержанию в смеси, которая будет определять возможный объем выпуска товарных парафинов для их реализации на рынке.
Для этого, в системе уравнений, характеризующей математическую модель, введённую в способ производства дизельного топлива зимнего (ДТЗ) в соответствии с изобретением, может быть задана стартовая плотность денормализата (х4).
Исходя из этого, для обеспечения оптимальных параметров способа согласно изобретению на основе математической модели, введённой в способ, может быть проведено, в качестве неограничивающего примера, 4 итерации, в ходе которых:
- решается задача оптимизации на основе качественных характеристик компонентов, участвующих в процессе;
- определяются массовые характеристики потоков компонентов, участвующих в процессе;
- на второй итерации рассчитываются оптимизированные качественные характеристики по известным массовым характеристикам потоков компонентов;
- решается задача оптимизации с вновь определёнными качественными характеристиками;
- и так далее.
Критерием сходимости для предлагаемой математической модели, используемой для решения задачи оптимизации в способе согласно изобретению, можно считать неизменность массовых, качественных и экономических характеристик в пределах определенной (или заранее заданной) дельты. В качестве неограничивающего примера, расчет при решении задачи оптимизации можно считать сошедшимся при условии неизменности расхода в пределах 2 килограммов и неизменности показателей качества в пределах 0,2 пунктов для плотности и содержания серы).
Дельта для условия сходимости может быть определена в зависимости от требования к точности вычисления. Так, например, если нормируемый показатель измеряется с точностью до десятых долей, то минимальная дельта может быть определена как 0,15 по модулю. При определении критерия сходимости и его минимального значения число итераций при расчетах может быть нефиксированным, но, желательно, не превышающим 20 циклов.
Благодаря описанным выше усовершенствованиям предлагаемый способ согласно изобретению реализуется с достижением технического результата, состоящего в оптимизации параметров процесса и выхода готового продукта в способе производства дизельного топлива зимнего.
1. Способ производства дизельного топлива зимнего, содержащий этапы:
депарафинизации смеси гидроочищенной дизельной фракции 200-320°С (ДФ1), водородсодержащего газа (ВСГ), гидроочищенного дизельного топлива зимнего (ДТЗ) (ГОДТЗд) с выделением парафинов на цеолитах, с получением денормализата, десорбата и смеси углеводородного газа (УГ) с ВСГ, и
компаундирования денормализата, дизельной фракции 150-310°С (ДФ2), гидроочищенного ДТЗ (ГОДТЗк), с получением на выходе дизельного топлива зимнего (ДТЗ),
отличающийся тем, что
этапы депарафинизации и компаундирования выполняются в соответствии с режимами, количественные и качественные параметры которых определяются посредством решения задачи оптимизации для целевой функции, рассчитываемой с условием максимизации прибыли, причём в задаче оптимизации учитываются по меньшей мере следующие компоненты:
ДФ1, ВСГ, ГОДТЗд, денормализат, полученный на этапе депарафинизации, десорбат, потери на этапе депарафинизации, смесь углеводородного газа (УГ) с ВСГ, ДФ2, ГОДТЗк, итоговое ДТЗ;
при этом в задаче оптимизации также учитываются доли перерабатываемого сырья от целевого сырья при i-м режиме работы установки для депарафинизации, где i = 1...4, коэффициенты отбора соответствующего компонента для i-го режима работы установки для депарафинизации, коэффициент потребления водорода, отнесенный на сырье, для i-го режима работы установки для депарафинизации, сернистость, температура вспышки и плотность соответствующих компонентов,
причём решение задачи оптимизации выполняется в несколько итераций до достижения заданного значения критерия сходимости,
при этом при расчёте целевой функции количественные и качественные параметры режимов определяются следующей системой уравнений:
ЦФ=p10x10+p5x5+p7x7-c1x1-c3x3-c8β1х4-c9β2х4→max
k41+ k51+ k61 + k71 – 1 – α21 = 0
k42+ k52+ k62 + k72 – 1 – α22 = 0
k43+ k53+ k63 + k73 – 1 – α23 = 0
k44+ k54+ k64 + k74 – 1 – α24 = 0
х10-х4(1+ β1+ β2) = 0
s10х10 -х4(s4+s8 β1+s9 β2)≤0
x10t10-x4(t4+t8 β1+t9 β2)=0
x10 ρmin -x4 (ρ4+ ρ8 β1+ ρ9 β2) ≤0
x10 ρmax -x4 (ρ4+ ρ8 β1+ ρ9 β2) ≥0
где ЦФ – целевая функция, рассчитываемая с условием максимизации прибыли, х1 - ДФ1, х2 - ВСГ, х3 – ГОДТЗд, х4 - денормализат, полученный на этапе депарафинизации, x5 - десорбат, x6 - потери, x7 - смесь углеводородного газа (УГ) с ВСГ, х8 - дизельная фракция 150-310°С (ДФ2), х9 - гидроочищенное ДТЗ (ГОДТЗк), х10 - итоговое ДТЗ; di - доли перерабатываемого сырья от целевого сырья при i-м режиме работы установки для депарафинизации; с1, с3, с8, с9 – затраты на тонну соответствующего компонента (х1, х3, х8, х9); р10, р5, p7 – стоимость соответствующего компонента (х10, х5, х7); k4i, k5i, k6i, k7i – коэффициенты отбора соответствующего компонента (х4, х5, х6, х7) для i-го режима; t10, t4, t8, t9 - температура вспышки соответствующего компонента (х10, х4, х8, х9); s10, s4, s8, s9 - сернистость соответствующего компонента (х10, х4, х8, х9); ρ4, ρ8, ρ9 - плотность соответствующего компонента (х4, х8, х9); ρmin - минимальная плотность итогового ДТЗ (х10), ρmax - максимальная плотность итогового ДТЗ (х10); α2i - коэффициент потребления водорода, отнесенный на сырье, для i-го режима; β1 – доля вовлечения ДФ2 относительно денормализата, β2 - доля вовлечения ГОДТЗк относительно денормализата; - сумма долей по заданным режимам в ходе оптимизации равна 1.
2. Способ по п. 1, в котором число режимов работы установки для депарафинизации на этапе депарафинизации i = 1 ... 4, при этом режимы отличаются значениями перерабатываемой доли от целевого сырья и коэффициентами отбора для каждого вида продукта, при этом:
первый режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями:
d1(х1+x3)+ α21d1(x1+x3)=х41+х51+х61+х71
х41 –k41d1(х1+х3)=0
х51 –k51d1(х1+х3)=0
х61 –k61d1(х1+х3)=0
х71 –k71d1(х1+х3)=0
k41+ k51+ k61 + k71 – 1 – α21=0;
второй режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями:
d2(х1+x3)+ α22d2(x1+x3)=х42+х52+х62+х72
х42 –k42d2(х1+х3)=0
х52 –k52d2(х1+х3)=0
х62 –k62d2(х1+х3)=0
х72 – k72d2(х1+х3)=0
k42+ k52+ k62 + k72 – 1 – α22=0;
третий режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями
d3(х1+x3)+ α23d3(x1+x3)=х43+х53+х63+х73
х43 –k43d3(х1+х3)=0
х53 –k53d3(х1+х3)=0
х63 –k63d3(х1+х3)=0
х73 – k73d3(х1+х3)=0
k43+ k53+ k63 + k73 – 1 – α23=0;
четвертый режим работы установки для депарафинизации определяется уравнениями
d4(х1+x3)+ α24d4(x1+x3)=х44+х54+х64+х74
х44 –k44d4(х1+х3)=0
х54 –k54d4(х1+х3)=0
х64 –k64d4(х1+х3)=0
х74 –k74d4(х1+х3)=0
k44+ k54+ k64 + k74 – 1 – α24=0.
3. Способ по п. 1, в котором на этапе компаундирования режим работы установки для компаундирования определяется системой уравнений:
х4+х8+х9=х10
х4=х41+х42+х43+х44
х8= β1х4
х9= β2х4
s10х10 -s4x4-s8x8-s9x9≤0
x10t10=x4t4+x8t8+x9t9
x10 ρmin ≤x4 ρ4+x8 ρ8+x9 ρ9
x10 ρmax ≥ x4 ρ4+x8 ρ8+x9 ρ9.
4. Способ по п. 1, в котором для всех режимов работы установки для депарафинизации справедливо:
х1+х3 ≥ А
х1+х3 ≤ B,
где А, В – минимальная и максимальная границы емкости установки депарафинизации.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором преобразуют по меньшей мере одну качественную характеристику сырьевого потока в качественную характеристику продукта.
6. Способ по п. 5, в котором упомянутый сырьевой поток содержит гидроочищенную дизельную фракцию 200-320°С (ДФ1), а продукт содержит денормализат.
7. Способ по п. 6, в котором ДФ1 имеет плотность = 823,1 кг/м3, денормализат имеет плотность 832,4 кг/м3.
8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором преобразуют по меньшей мере одну качественную характеристику сырьевого потока в отбор на установке для депарафинизации.
9. Способ по п. 1, в котором критерием сходимости при решении задачи оптимизации является неизменность массовых, качественных и экономических характеристик в пределах определенной дельты.
