Как не дать дизельному топливу замерзнуть?

Молодые ученые ТПУ работают над улучшением свойств низкотемпературных дизельных топлив методом математического моделирования

Молодые ученые ТПУ работают над улучшением свойств низкотемпературных дизельных топлив методом математического моделирования. Коллектив молодых исследователей Томского политехнического университета занимается научным проектом, который поможет решить сразу несколько проблем. Во-первых, повысить эффективность процессов глубокой переработки нефти, во-вторых, улучшить низкотемпературные свойства дизельных топлив, в-третьих, создать программный продукт для технологов. О том, как парафины мешают автомобилям ездить в Арктике, как заставить катализаторы работать эффективнее, и как исследованиям помогает метод математического моделирования, корреспонденту газеты «За кадры» рассказала научный сотрудник отделения химической инженерии Наталия Белинская.

Холод и парафины

В 2018 году Наталия Белинская стала победителем конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры» и получила поддержку на реализацию проекта «Повышение эффективности процессов глубокой переработки нефти методом математического моделирования». Рациональное использование нефти, которая не является возобновляемым ресурсом, - это одна из важнейших задач государственной политики. При этом, по словам ученого, основным показателем развития нефтеперерабатывающей промышленности является глубина переработки нефти. В России этот показатель составляет 70–71 %, а в ряде западных стран - 85–95 %.

- Одним из ключевых продуктов переработки является дизельное топливо. В последние годы спрос на дизель растет, особенно это касается топлива, пригодного для применения в холодных климатических условиях, включая северные территории Российской Федерации, Арктику. Низкотемпературные свойства дизельных топлив являются определяющими параметрами их использования в условиях холодного климата. В состав дизельного топлива входят парафины неразветвленного строения - н-парафины. При низкой температуре окружающей среды они имеют твердое агрегатное состояние, что является причиной образования кристаллов, которые препятствуют прохождению топлива через фильтр, - говорит Наталия Белинская. - Существует еще одна проблема: сырье для производства дизельного топлива - это смесь нескольких разных по свойствам фракций. Одни фракции являются «тяжелыми» с более высоким содержанием серы, другие «легкими». Переработка «тяжелых» сернистых фракций требует более жестких технологических условий процессов, чем переработка «легких».

Сейчас на нефтеперерабатывающих заводах в России управление технологическими процессами производства дизельных топлив осуществляется без предварительного планирования в зависимости от состава сырья. Корректировка режима проводится только при переходе от производства зимнего и арктического топлива к летнему виду топлива в зависимости от времени года. Кроме того, отсутствие планирования технологических процессов может привести к снижению выхода дизельного топлива, ускорению дезактивации катализатора, повышению выхода малоценных газов, которые требуют утилизации, и т. д.

Короче, но лучше

Для решения поставленных задач ученые ТПУ занимаются изучением процесса каталитической депарафинизации - гидрокрекинга, расщепляющего длинноцепочечные парафины на более короткие, застывающие при низких температурах, например при –35 градусах. - В рамках проекта мною разработана математическая модель процесса каталитической депарафинизации дизельного топлива, учитывающая химию, термодинамику и кинетику процесса. Для построения модели использовались данные по составам сырья, технологическим условиям, работе установки с реального завода - нашего промышленного партнера. В работе учитывалась деактивация катализатора, применяющегося при производстве топлива. В нашем случае это катализатор, содержащий никель - довольно дорогостоящий ингредиент. Если мы будем знать механизм, по которому происходит дезактивация катализатора, мы сможем предложить конкретные технологические решения, которые повлияют на этот процесс, помогут снизить его скорость, продлить срок службы катализатора, - подчеркивает научный сотрудник.

В помощь технологам

В итоге политехники планируют получить программный продукт, которым смогут пользоваться технологи. Он позволит реализовать инновационный ресурсоэффективный подход к управлению производством на основе фундаментальных физико-химических закономерностей процессов переработки нефти: химии, гидродинамики, термодинамики, кинетики и дезактивации катализаторов. - Программа будет в принципе универсальной, можно будет корректировать кинетические константы при использовании другого катализатора или для другой промышленной установки. Повышение ресурсоэффективности будет достигаться за счет проведения процесса с учетом изменяющегося состава сырья при таких условиях, которые обеспечивают получение максимального количества целевого продукта с требуемыми свойствами при минимизации эксплуатационных затрат и сохранении ресурса дорогостоящего катализатора, - поясняет Наталия Белинская.

Работы проводятся в составе коллектива, в который входят молодые ученые, магистранты, аспиранты и даже студенты первого-второго курсов.

- Программа «Постдок ТПУ как аналог докторантуры» - это просто огромная поддержка для молодого ученого, которая позволяет приобрести все необходимое оборудование, обеспечить рабочими местами аспирантов. Например, мы купили криостат, который определяет низкотемпературные свойства дизельных фракций, реактивы, компьютерное оборудование - все, что нужно для реализации проекта. Очень важно, что проекты, которыми занимаются молодые ученые, получают такую же поддержку, как и работы маститых исследователей. И участники могут полностью погрузиться в процесс, не отвлекаясь ни на что. И конечно, есть возможность представить полученные результаты на конференциях, готовить и выпускать статьи в рейтинговых журналах, ездить на стажировки, получать опыт профессионалов, - делится Наталия.

Подготовила Наталья Каракорскова