Моделирование процесса каталитического риформинга с неподвижным слоем катализатора на основе промышленных данных
Просмотры: 4 / Загрузок PDF: 5
DOI:
https://doi.org/10.32523/2616-6771-2025-150-1-36-51Ключевые слова:
математическое моделирование, нефтепереработка, оптимизация, ресурсоэффективность, нефтехимия, каталитический риформингАннотация
В данном исследовании была разработана кинетическая модель процесса каталитического риформинга с использованием данных с коммерческой установки с неподвижным слоем катализатора. Параметры модели были определены путем минимизации расхождений между расчетными значениями и промышленными данными, что обеспечивает высокую точность прогнозирования состава риформата. Предложенная модель сочетает в себе простоту обобщенных подходов с преимуществами более подробных моделей, что позволяет эффективно прогнозировать состав риформата и учитывать ключевые переменные процесса (температуру, давление, соотношение водорода и углеводородов и скорость подачи). Валидация была проведена как с лабораторными изотермическими данными, так и с промышленными данными, что подтвердило ее практическую применимость. Разработанное на основе этой модели программное обеспечение продемонстрировало высокую точность с погрешностью расчетов менее 3% и погрешностью определения концентрации ароматических углеводородов менее 1%. Эти результаты подтверждают точность модели, что делает ее пригодной для управления процессом в реальном времени и его оптимизации. Применение модели в промышленности позволит не только увеличить выход целевых продуктов и улучшить качество топлива, но и снизить себестоимость продукции за счет оптимизации режимов работы и продления срока службы катализатора. Учитывая ужесточение экологических норм, модель является важным инструментом для обеспечения устойчивого развития нефтеперерабатывающих заводов. Дальнейшие исследования могут улучшить интеграцию с цифровыми системами управления и оптимизировать энергоэффективность на нефтегазовых предприятиях Казахстана.
Скачивания
Библиографические ссылки
Arani, H. M., Shirvani, M., Safdarian, K., & Dorostkar, E. (2009). Lumping procedure for a kinetic model of catalytic naphtha reforming. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 26(4), 723–732. https://doi.org/10.1590/S0104-66322009000400011
Chen, J. (2023). Hydrogen production in fixed-bed reactors with combined reformer-burner modules by steam-ethanol reforming at different temperatures. Authorea Preprints, 6, 18. https://doi.org/10.22541/AU.167569381.13621304/V1
Chen, Z., Wang, Y., Li, Y., Wu, J., & Zhang, L. (2023). Explicit molecule-based reaction network simplification: Theory and application on catalytic reforming. Chemical Engineering Science, 277, 118833. https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118833
Elizalde, I., & Ancheyta, J. (2015). Dynamic modeling and simulation of a naphtha catalytic reforming reactor. Applied Mathematical Modelling, 39(3-4), 764–775. https://doi.org/10.1016/j.apm.2014.07.013
GOST 6370-83 (ST SEV 2876-81). (n.d.). Neft', nefteprodukty i prisadki. Metod opredeleniya mekhanicheskikh primesey (utratil silu) [Oil, petroleum products and additives. Method for determining mechanical impurities (invalid)]. Retrieved February 2, 2025, from https://online.zakon.kz/Document/?doc_id=30008237
Gosudarstvennyy standart Soyuza SSR. (n.d.). Neft'. Izdaniye ofitsial'noye. IPK Izdatel'stvo Standartov Moskva sertifikatsiya elektrooborudovaniya [State Standard of the Union of the SSR. Oil. Official Edition. IPK Publishing House of Standards Moscow certification of electrical equipment].
Jarullah, A. T., Ahmed, A. N., Altabbakh, B. A., & Ahmed, A.M. (2023). Design of new composites nano-catalysts for naphtha reforming process: Experiments and process modeling. Tikrit Journal of Engineering Sciences, 30(2), 46–59. https://doi.org/10.25130/TJES.30.2.6
Krane, H., Groh, A., Schulman, B., & Sinfelt, J. (1959). Reactions in catalytic reforming of naphthas.
Martínez, J., Zúñiga-Hinojosa, M. A., & Ruiz-Martínez, R. S. (2022). A thermodynamic analysis of naphtha catalytic reforming reactions to produce high-octane gasoline. Processes, 10(313), 22. https://doi.org/10.3390/PR10020313
Matematicheskoye modelirovaniye dlya prognozirovaniya raboty katalizatorov riforminga na ustanovke so statsionarnym sloyem. (n.d.). Retrieved February 25, 2025, from https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/786371-matematicheskoe-modelirovanie-dlya-prognozirovaniya-raboty-katalizatorov-riforminga-na-ustanovke-so [Mathematical modeling for predicting the performance of reforming catalysts in a fixed bed reactor].
Mokheimer, E. M. A., Shakeel, M. R., Harale, A., Paglieri, S., & Mansour, R. B. (2024). Fuel reforming processes for hydrogen production. Fuel, 359, 130427. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130427
Pasandide, P., & Rahmani, M. (2021). Simulation and optimization of continuous catalytic reforming: Reducing energy cost and coke formation. International Journal of Hydrogen Energy, 46(43), 30005–30018. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.151
Ramage, M. P., Graziani, K. R., & Krambeck, F. J. (1980). Development of Mobil’s kinetic reforming model. Chemical Engineering Science, 35(1), 41–48. https://doi.org/10.1016/0009-2509(80)80068-6
Ramage, M. P., Graziani, K. R., Schipper, P. H., Krambeck, F. J., & Choi, B. C. (1987). Kinptr (Mobil’s Kinetic Reforming Model): A review of Mobil’s industrial process modeling philosophy. Advances in Chemical Engineering, 13, 193–266. https://doi.org/10.1016/s0065-2377(08)60018-6
Rekoske, J. E., Abrevaya, H., Bricker, J. C., Zhu, X., & Bricker, M. (2017). Advances in refining technologies. In Advances in refining catalysis (pp. 3–58). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781315370125-2/ADVANCES-REFINING-TECHNOLOGIES-JAMES-REKOSKE-HAYIM-ABREVAYA-JEFFERY-BRICKER-XIN-ZHU-MAUREEN-BRICKER
Rodríguez, M. A., & Ancheyta, J. (2011). Detailed description of kinetic and reactor modeling for naphtha catalytic reforming. Fuel, 90(11), 3492–3508. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.05.022
Russel, A. S., Gupta, S., & Deo, G. (2023). The rate determining steps and rate equation for the oxidative dry reforming of methane over supported Ni catalyst. Journal of Environmental Chemical Engineering, 11, 110479. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110479
Samad, A., Ahmad, I., Kano, M., & Caliskan, H. (2023). Prediction and optimization of exergetic efficiency of reactive units of a petroleum refinery under uncertainty through artificial neural network-based surrogate modeling. Process Safety and Environmental Protection, 177, 1403–1414. https://doi.org/10.1016/j.psep.2023.07.046
Sapre, A. V., & Katzer, J. R. (2020). Some aspects of modeling in petroleum processing. In Computer-Aided Design of Catalysts (pp. 553–602). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781003067115-13
Sotelo-Boyás, R., & Froment, G. F. (2008). Fundamental kinetic modeling of catalytic reforming. Industrial & Engineering Chemistry Research, 48(3), 1107–1119. https://doi.org/10.1021/ie800607e
Stijepovic, M. Z., Vojvodic-Ostojic, A., Milenkovic, I., & Linke, P. (2009). Development of a kinetic model for catalytic reforming of naphtha and parameter estimation using industrial plant data. Energy and Fuels, 23(2), 979–983. https://doi.org/10.1021/ef800771x/suppl_file/ef800771x_si_001.pdf
Sundari, R., & Vaidya, P. D. (2012). Reaction kinetics of glycerol steam reforming using a Ru/Al₂O₃ catalyst. Energy and Fuels, 26(7), 4195–4204. https://doi.org/10.1021/ef300658n
Velázquez, H. D., Cerón-Camacho, R., Mosqueira-Mondragón, M. L., Hernández-Cortez, J. G., Montoya de la Fuente, J. A., Hernández-Pichardo, M. L., Beltrán-Oviedo, T. A., & Martínez- Palou, R. (2023). Recent progress on catalyst technologies for high quality gasoline production. Catalysis Reviews, 65(3), 1079–1299. https://doi.org/10.1080/01614940.2021.2003084
Wei, M., Yang, M., Qian, F., Du, W., He, W., & Zhong, W. (2017). Dynamic modeling and economic model predictive control with production mode switching for an industrial catalytic naphtha reforming process. Industrial & Engineering Chemistry Research, 56(33), 8961–8971. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b02610/asset/images/medium/ie-2017-02610s_0013.gif
Wei, W., Bennett, C. A., Tanaka, R., Hou, G., & Klein, M. T. (2008). Detailed kinetic models for catalytic reforming. Fuel Processing Technology, 89(4), 344–349. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2007.11.014
Wei, W., Bennett, C. A., Tanaka, R., Hou, G., & Klein, M. T. (2008). Computer aided kinetic modeling with KMT and KME. Fuel Processing Technology, 89(4), 350–363. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2007.11.015
Yang, X., Wang, S., & He, Y. (2022). Review of catalytic reforming for hydrogen production in a membrane-assisted fluidized bed reactor. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 154, 111832. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111832
Zhorov, Y. M., Kartashev, Y. N., Panchenkov, G. M., & Tatarintseva, G. M. (1980). Mathematical model of platforming under stationary conditions with allowance for isomerization reactions. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 16(6), 297–300. https://doi.org/10.1007/BF00730570
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 R. Dyussova, M. Borashova, Ya. Sergeyevs, I. Kuanyshev (Author)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.