Разработка модели процесса переработки продуктов синтеза Фишера-Тропша, получаемых на кобальтовом катализаторе

Сокращение запасов легкодоступной нефти делает актуальным получение синтетических углеводородных топлив из альтернативного сырья [1,2,3]. Таким сырьём являются любые углеродсодержащие органические вещества: природный и попутный газы [4], уголь [5], газогидраты [6,7,8,9], биомасса, сланцы, органический мусор и т. д. Это сырьё может быть переработано в синтез-газ, из которого по методу Фишера-Тропша (ФТ) получается синтетическая нефть [10], представляющая собой смесь нормальных парафинов, олефинов, спиртов и других оксигенатов. Смесь этих веществ не является моторным топливом и требует химической переработки, чтобы быть использованной в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Смешение продуктов синтеза ФТ с сырой нефтью с целью их совместной переработки на нефтеперерабатывающих предприятиях, во-первых, может негативно сказаться на протекании нефтехимических процессов [11], во-вторых, синтетическая нефть является более ценным сырьём, поэтому смешение её с сырой нефтью приведёт к снижению качества продуктов ФТ.

По этим причинам при создании крупнотоннажных производств, сырьём для которых являются углеводороды, получаемые по методу ФТ, необходима разработка процессов, обеспечивающих рациональное использование сырья [12].

Нефтеперерабатывающая промышленность располагает несколькими процессами, применение которых может позволить получить топлива с высокими эксплуатационными характеристиками из продуктов ФТ. С одной стороны, это могут быть процессы, преобразующие структуру нормальных парафинов и олефинов. Изомеризация — преобразование линейных структур в разветвлённые [13,14], которые являются востребованными компонентами бензинов, поскольку имеют высокие октановые числа. Изопарафины также являются желательными компонентами дизельного топлива, так как наряду с высокими цетановыми числами имеют хорошие низкотемпературные свойства, которыми не обладают нормальные парафины с тем же числом атомов углерода [15]. С другой стороны это могут быть процессы, направленные на преобразование нормальных парафинов и олефинов в циклические углеводороды, которые имеют более высокие эксплуатационные характеристики.

Из сказанного следует, что для обеспечения качества моторных топлив, получаемых из продуктов синтеза ФТ, необходимо провести изменение их группового состава (апгрейд). В качестве процессов, изменяющих групповой состав продуктов синтеза ФТ, могут применяться: риформинг, каталитический крекинг или гидрокрекинг.

При создании современных процессов невозможно обойтись без применения математического моделирования [16]. Применение математических моделей позволяет прорабатывать конструкцию аппаратов и технологическую схему ещё до создания пилотной установки.

Существующие в литературе математические модели имеют существенные упрощения. Упрощения, с одной стороны, облегчают процесс создания модели, но с другой — не позволяют в полной мере использовать возможности моделирования.

В диссертации показана специфика продуктов, получаемых по методу ФТ, описаны способы их переработки в моторные топлива, процесс гидрокрекинга выбран в качестве основы для моделирования, сделан обзор математических моделей процесса гидрокрекинга парафинов и перечислены их преимущества и недостатки. На основе одной из моделей создана улучшенная модель, учитывающая недостатки исходной. С её помощью рассчитаны варианты реактора гидрокрекинга парафинов.