Прогнозирование содержания сернистых соединений и общей серы в продуктах каталитического крекинга при переработке гидроочищенного и негидроочищенного нефтяного сырья

Abstract

Актуальность исследования обусловлена отсутствием надежной математической модели, пригодной для прогнозирования выхода и качества продуктов установок каталитического крекинга с оценкой экологических показателей топливных фракций при изменении углеводородного состава и распределения сернистых соединений в сырье процесса, а также возможности вовлечения высокосернистых нефтяных потоков в переработку на действующих установках каталитического крекинга. Цель: разработка и применение математической модели процесса каталитического крекинга для прогнозирования содержания сернистых соединений и общей серы в продуктах при переработке гидроочищенного и негидроочищенного нефтяного сырья. Методы: комплекс экспериментальных методов, включая жидкостную и газовую хроматографию для определения состава сырья и распределения сернистых соединений в сырье и продуктах каталитического крекинга, методы квантово-химического моделирования реакций с участием сернистых соединений, а также численные методы обработки и решения систем дифференциальных уравнений; методы квантово-химического моделирования для изучения термодинамических параметров реакций каталитического крекинга серусодержащих соединений. Результаты. Разработана и программнореализована математическая модель каталитического крекинга с участием углеводородов С1-С40+ и сернистых соединений (тиофены С0-С4, алкилбензотиофены С0-С6, С0-С3 дибензотиофены и С4-дибензотиофеныбензонафтотиофены) с целью прогнозирования выхода и состава продуктов процесса, а также экологических показателей моторных топлив. Установлены термодинамические и кинетические параметры реакций каталитического крекинга с использованием методов квантово-химического моделирования и решением обратной кинетической задачи.

Relevance. The lack of a reliable mathematical model suitable for predicting the yield and quality of products in catalytic cracking units, with an assessment of the environmental indicators of fuel fractions when changing the hydrocarbon composition and distribution of sulfur compounds in the process feedstock, as well as the possibility of involving highly sulfur-containing oil streams in processing on existing catalytic cracking units. Aim. To develop and apply a mathematical model of the catalytic cracking to predict the content of sulfur compounds and total sulfur in the products during the processing of hydrotreated and non-hydrotreated petroleum feedstocks. Methods. A complex of experimental methods, including liquid and gas chromatography to determine the composition of the feedstock and the distribution of sulfur compounds in the feedstock and catalytic cracking products, methods of quantum chemical modeling of reactions involving sulfur compounds, as well as numerical methods for processing and solving systems of differential equations. Quantum chemical modeling methods were used to study the thermodynamic parameters of catalytic cracking reactions involving sulfur-containing compounds. Results. The authors have developed and implemented in software a mathematical model of catalytic cracking involving hydrocarbons C1-C40+ and sulfur compounds (thiophenes C0-C4, alkylbenzothiophenes C0-C6, C0- C3 dibenzothiophenes, and C4-dibenzothiophene-benzonaphthothiophenes). The model aims to predict the yield and composition of process products, as well as the environmental indicators of motor fuels. Thermodynamic and kinetic parameters of catalytic cracking reactions were determined using quantum chemical modeling methods and solving the inverse kinetic problem.