DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v21r435

Исследование математической модели каталитического риформинга бензина методами анализа чувствительности

Авторы

  • Л.Ф. Сафиуллина
  • К.Ф. Коледина
  • И.М. Губайдуллин
  • Р.З. Зайнуллин

Ключевые слова:

каталитический риформинг
математическая модель
химическая кинетика
анализ чувствительности
редуцированная модель

Аннотация

Для изучения одного из важнейших процессов нефтепереработки — каталитического риформинга, требуется детализированная кинетическая модель. При разработке кинетической модели возникает сложность в связи с большим количеством компонентов реакционной смеси и большим количеством стадий химических превращений. Альтернативой могут быть сокращенные механизмы реакций, которые применимы для решения задачи и обеспечивают реалистичное описание процесса. В данной работе для анализа кинетической модели и получения сокращенного механизма реакции используются методы анализа чувствительности математической модели. Применение указанной методики позволяет выявить стадии каталитического риформинга бензина, наименее влияющие на общую динамику изменения концентраций значимых веществ реакции. Исследовано влияние исключения данных стадий на кинетику процесса с химической точки зрения. Предложена редуцированная схема каталитического риформинга бензина с исключением данных стадий. Редуцированная схема обеспечивает вполне удовлетворительное согласие как по профилям температуры, так и по профилям концентраций значимых веществ реакции.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2020-12-14

Выпуск

Том 21 (2020): Выпуск 4.

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения

Авторы

Л.Ф. Сафиуллина

Башкирский государственный университет,
Научно-исследовательский сектор (НИС),
ул. Заки Валиди, 32, 450076, Уфа
• научный сотрудник

К.Ф. Коледина

Институт нефтехимии и катализа РАН,
лаборатория математической химии,
проспект Октября, 141, 450075, Уфа,
• научный сотрудник;
Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ),
ул. Космонавтов, 1, 450062, Уфа,
• доцент

И.М. Губайдуллин

Институт нефтехимии и катализа РАН,
лаборатория математической химии,
проспект Октября, 141, 450075, Уфа,
• ведущий научный сотрудник;
Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ),
ул. Космонавтов, 1, 450062, Уфа,
• профессор

Р.З. Зайнуллин

Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ),
Кафедра "Технология нефти и газа",
ул. Космонавтов, 1, 450062, Уфа,
• ассистент

Библиографические ссылки

  1. R. Z. Zainullin, K. F. Koledina, A. F. Akhmetov, and I. M.Gubaidullin, “Possible Ways of Upgrading Reactor Unit of Catalytic Reforming Based on Kinetic Model,” Elektron. Nauch. Zh. Neftegazovoe Delo, No. 6, 78-97 (2018).
  2. M. Z. Stijepovic, A. Vojvodic-Ostojic, I. Milenkovic, and P. Linke, “Development of a Kinetic Model for Catalytic Reforming of Naphtha and Parameter Estimation Using Industrial Plant Data,” Energy Fuels 23 (2), 979-983 (2009)
  3. O. A. Stadnichenko, L. F. Nurislamova, N. S. Masyuk, et al., “Radical Mechanism for the Gas-Phase Thermal Decomposition of Propane,” Reac. Kinet. Mech. Cat. 123 (2), 607-624 (2018).
  4. Z. Qin, V. V. Lissianski, H. Yang, et. al., “Combustion Chemistry of Propane: A Case Study of Detailed Reaction Mechanism Optimization,” Proc Combust Inst. 28 (2), 1663-1669 (2000).
  5. T. Lu and C. K. Law, “Toward Accommodating Realistic Fuel Chemistry in Large-Scale Computations,” Prog. Energy Combust. Sci. 35 (2), 192-215 (2009).
  6. C. K. Law, C. J. Sung, H. Wang, and T. F. Lu, “Development of Comprehensive Detailed and Reduced Reaction Mechanisms for Combustion Modeling,” AIAA J. 41 (9), 1629-1646 (2003).
  7. L. F. Nurislamova and I. M. Gubaydullin, “Mechanism Reduction of Chemical Reaction Based on Sensitivity Analysis: Development and Testing of Some New Procedure,” J. Math. Chem. 55 (9), 1779-1792 (2017).
  8. L. F. Safiullina, I. M. Gubaydullin, R. M. Uzyanbaev, and A. E. Musina, “Computational Aspects of Simplification of Mathematical Models of Chemical Reaction Systems,” J. Phys.: Conf. Ser. 1368 (2019).
    doi 10.1088/1742-6596/1368/4/042022
  9. D. Iranshahi, S. Amiri, M. Karimi, et al., “Modeling and Simulation of a Novel Membrane Reactor in a Continuous Catalytic Regenerative Naphtha Reformer Accompanied with a Detailed Description of Kinetics,” Energy Fuels 27 (7), 4048-4070 (2013).
  10. R. Z. Zainullin, K. F. Koledina, A. F. Akhmetov, and I. M. Gubaidullin, “Kinetics of the Catalytic Reforming of Gasoline” Kinet. Catal. 58, 279-289 (2017).
  11. B. C. Gates, J. R. Katzer, and G. C. A. Shuit, Chemistry of Catalytic Processes (McGraw-Hill, New York, 1979; Mir, Moscow, 1981).
  12. T. Ikonen and V. Tulkki, “The Importance of Input Interactions in the Uncertainty and Sensitivity Analysis of Nuclear Fuel Behavior,” Nucl. Eng. Des. 275, 229-241 (2014).
  13. A. S. Tomlin, T. Turányi, and M. J. Pilling, “Mathematical Tools for the Construction, Investigation and Reduction of Combustion Mechanisms,” in Comprehensive Chemical Kinetics (Elsevier, New York, 1997), Vol. 35, pp. 293-437.
  14. M. S. Okino and M. L. Mavrovouniotis, “Simplification of Mathematical Models of Chemical Reaction Systems,” Chem. Rev. 98 (2), 391-408 (1998).
  15. L. S. Polak, M. Ya. Goldenberg, and A. A. Levitskii, Computational Methods in Chemical Kinetics (Nauka, Moscow, 1984) [in Russian].
  16. A. Saltelli, M. Ratto, S. Tarantola, and F. Campolongo, “Sensitivity Analysis for Chemical Models,” Chem. Rev. 105 (7), 2811-2828 (2005).
  17. T. Turányi, “Sensitivity Analysis of Complex Kinetic Systems. Tools and Applications,” J. Math. Chem. 5 (3), 203-248 (1990).