От нефти до бензина

Разработка ученых ТПУ создает ресурсоэффективные «рецепты» нефтепереработки

СОВРЕМЕННЫЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНА НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕМ ПРЕДПРИЯТИИ МОЖНО СРАВНИТЬ С КУЛИНАРНЫМ МАСТЕРСТВОМ. ПРИ ЭТОМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНЕЧНОГО ПРОДУКТА НЕОБХОДИМО БОЛЕЕ 20 РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, А ВСЕ ИНГРЕДИЕНТЫ ИМЕЮТ РАЗЛИЧНЫЕ, ПОСТОЯННО МЕНЯЮЩИЕ СВОЙСТВА. ИМЕННО ПОЭТОМУ ПРЕДСКАЗАТЬ СВОЙСТВА ПОЛУЧИВШЕГОСЯ ПРОДУКТА ОЧЕНЬ СЛОЖНО, А КОНЕЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ ЗАЧАСТУЮ НЕ СОВПАДАЕТ С ЗАПЛАНИРОВАННЫМ. УЧЕНЫЕ КАФЕДРЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТОПЛИВА И ХИМИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА СОЗДАЛИ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС, КОТОРЫЙ, АНАЛИЗИРУЯ ИСХОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ПОЗВОЛЯЕТ СОЗДАТЬ ТОЧНЫЕ РЕЦЕПТЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕНЗИНОВ НА КАЖДОЙ СТАДИИ И ПОЛУЧИТЬ ПРОГНОЗИРУЕМЫЙ РЕЗУЛЬТАТ, ТЕМ САМЫМ ИЗБЕЖАТЬ ПЕРЕРАСХОДА РЕСУРСОВ.

Одна цель — разные средства

— Процесс переработки нефтепродуктов в бензин с октановыми числами 92, 95, 98 — тот самый, которым заправляются все автомобили, — достаточно сложный, он связан с большим количеством химических превращений. Одна из проблематик этих процессов состоит в том, что при смешивании нескольких углеводородных потоков различных составов, они проявляют неаддитивность в свойствах. То есть если смешать бензин с октановым числом 92 с равным количеством бензина с октановым числом 96, то мы не можем гарантированно получить бензин со средним значением — 94. Это значение может получиться самым разным, поскольку молекулы углеводородов взаимодействуют друг с другом, так как имеют разный дипольный момент, что всегда дает разный результат. Такое взаимодействие может как увеличить, так и уменьшить октановое число, — рассказывает доцент кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики Игорь Долганов. Как поясняет молодой ученый, разницу между запланированным октановым числом и тем, что получается в результате процесса нефтепереработки, предприятиям приходится компенсировать путем добавления синтетических присадок, что снижает его безопасность для двигателя и окружающей среды, а также значительно повышает стоимость бензина.

Программный комплекс, разработанный учеными кафедры, на основе математических расчетов и накопленного эмпирического материала способен точно рассчитать рецептуру приготовления бензина с нужным октановым числом из заданных исходных продуктов. — Аналогов программному комплексу, разработанному на нашей кафедре, в России пока не существует. Особенность нашей программы в том, что она учитывает нестационарность протекания процессов нефтепереработки, то есть малейшие изменения состава сырья и активности катализаторов на стадиях, предшествующих процессу компаундирования, — отмечает Игорь Долганов.

Кроме того, программа позволяет вовлечь в процесс приготовления бензина низкокачественные нефтепродукты, которые постоянно присутствуют на нефтеперерабатывающих заводах, но неохотно ими используются. Программный комплекс, созданный в ТПУ, способен подобрать такие «рецепты» приготовления бензина, которые позволяют использовать даже компоненты низкого качества. Это не только понизит себестоимость бензина, но и позволит более полно использовать низкокачественные потоки в процессе производства.

Прогноз на день, месяц и год

— Моделирование процессов нефтепереработки — это та фундаментальная часть нашей работы, которая уже проделана. А ее прикладное значение — это помощь нефтеперерабатывающим предприятиям в их работе. С одной стороны, использование нашей программы позволит им создавать более качественный продукт, с другой — сделать свое производство ресурсоэффективным, — рассказывает ассистент кафедры химической технологии топлива и химической кибернетики Мария Киргина. — Работа любого нефтеперерабатывающего предприятия тщательно планируется. Такое планирование проводится на год вперед, на месяц, на каждый день. Но, как правило, запланированные результаты, и то, что получается в итоге, очень сильно отличаются. Наш научный коллектив настаивает на том, что рецептуру производства бензина на предприятии нужно менять каждый день в зависимости от мельчайших изменений свойств сырья. На практике же рецептуру меняют раз в месяц, а то и реже.

По словам ученых кафедры, они сотрудничают как с крупнейшими российскими нефтеперерабатывающими предприятиями, так и с множеством небольших заводов. Так, среди партнеров: ОАО «Киришинефтеоргсинтез», Омский нефтеперерабатывающий завод, АО «Сызранский НПЗ», Ачинский нефтеперерабатывающий завод, Ангарская нефтехимическая компания и другие. Для этих предприятий политехники проводят расчеты с использованием разработанной в вузе модели.

— Например, наше недавнее сотрудничество с Сызранским НПЗ показало, что использование нашей технологии за счет точных расчетов позволяет проводить более точное планирование. Благодаря этому заводу удалось точно прогнозировать свойства полученных продуктов, предугадать ряд ошибок и таким образом уменьшить перерасходы и затраты, — говорит Мария Киргина. Партнерство с нефтеперерабатывающими предприятиями также позволяет ученым ТПУ использовать эмпирические данные для совершенствования своего программного комплекса.

— Совершенствование модели происходит постоянно. Сейчас появляются новые виды нефти, увеличивается глубина ее переработки, все больше и больше специфических продуктов вовлекаются в процесс производства бензина. Например, когда в 2013 году мы начали работу с Омским заводом, это было первое предприятие, на котором мы столкнулись с вовлечением продуктов каталитического крекинга в производство бензинов. Установки для его проведения очень дорогие, поэтому в России этот процесс есть не на многих заводах, в то время как в Америке это основной процесс производства. Тогда у нас появился новый продукт, для которого нам пришлось провести отдельные расчеты, корректировку нашей модели. Сейчас таких новых процессов становится все больше, — поясняет Мария Киргина.

В планах научного коллектива кафедры сделать программный комплекс «самообучающимся», а также расширить его возможности до прогнозирования производства других видов топлива: дизельного и даже ракетного.

Елизавета Муравлева