Исследование математической модели каталитического риформинга бензина методами анализа чувствительности

Авторы

DOI:

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

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.

Авторы

Л.Ф. Сафиуллина

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

Библиографические ссылки

  1. Зайнуллин Р.З., Коледина К.Ф., Ахметов А.Ф., Губайдуллин И.М. Возможные пути модернизации реакторного блока каталитического риформинга на основе кинетической модели // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2018. № 6. 78–97.
  2. Stijepovic M.Z., Vojvodic-Ostojic A., Milenkovic I., Linke P. Development of a kinetic model for catalytic reforming of naphtha and parameter estimation using industrial plant data // Energy Fuels. 2009. 23, N 2. 979–983.
  3. Stadnichenko O.A., Nurislamova L.F., Masyuk N.V., Snytnikov Vl.N., Snytnikov V.N. Radical mechanism for the gas-phase thermal decomposition of propane // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2018. 123, N 2. 607–624.
  4. Qin Z., Lissianski V.V., Yang H., Gardiner W.C., Davis S.G., Wang H. Combustion chemistry of propane: a case study of detailed reaction mechanism optimization // Proc Combust Inst. 2000. 28, N 2. 1663–1669.
  5. Lu T., Law C.K. Toward accommodating realistic fuel chemistry in large-scale computations // Progress in Energy and Combustion Science. 2009. 35, N 2. 192–215.
  6. Law C.K., Sung C.J., Wang H., Lu T.F. Development of Comprehensive Detailed and Reduced Reaction Mechanisms for Combustion Modeling // AIAA Journal. 2003. 41, N 9. 1629–1646.
  7. Nurislamova L.F., Gubaydullin I.M. Mechanism reduction of chemical reaction based on sensitivity analysis: development and testing of some new procedure // Journal of Mathematical Chemistry. 2017. 55, N 9. 1779–1792.
  8. Safiullina L.F., Gubaydullin I.M., Uzyanbaev R.M., Musina A.E. Computational aspects of simplification of mathematical models of chemical reaction systems // Journal of Physics: Conference Series. 2019. 1368. doi 10.1088/1742-6596/1368/4/042022.
  9. Iranshahi D., Amiri H., Karimi M. Modeling and simulation of a novel membrane reactor in a continuous catalytic regenerative naphtha reformer accompanied with a detailed description of kinetics // Energy Fuels. 2013. 27, N 7. 4048–4070.
  10. Zainullin R.Z., Koledina K.F., Akhmetov A.F., Gubaidullin I.M. Kinetics of the Catalytic Reforming of Gasoline // Kinetics and Catalysis. 2017. 58. 279-289.
  11. Гейтс Б., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. М.: Мир, 1981.
  12. Ikonen T., Tulkki V. The importance of input interactions in the uncertainty and sensitivity analysis of nuclear fuel behavior // Nuclear Engineering and Design. 2014. 275. 229-241.
  13. Tomlin A.S., Tur´anyi T., Pilling M.J. Mathematical tools for the construction, investigation and reduction of combustion mechanisms // Comprehensive Chemical Kinetics. 1997. 35. 293-437.
  14. Okino M.S., Mavrovouniotis M.L. Simplification of mathematical models of chemical reaction systems // Chemicals Reviews. 1998. 98, N 2. 391–408.
  15. Полак Л.С., Гольденберг М.Я., Левицкий А.А. Вычислительные методы в химической кинетике. М.: Наука, 1985.
  16. Saltelli А., Ratto M., Tarantola S., Campolongo F. Sensitivity analysis for chemical models // Chem. Rev. 2005. 105, N 7. 2811–2828.
  17. Tur´anyi T. Sensitivity analysis of complex kinetic systems. Tools and applications // Journal of Mathematical Chemistry. 1990. 5, N 3. 203–248.

Загрузки

Опубликован

2020-12-14

Как цитировать

Сафиуллина Л.Ф., Коледина К.Ф., Губайдуллин И.М., Зайнуллин Р.З. Исследование математической модели каталитического риформинга бензина методами анализа чувствительности // Вычислительные методы и программирование. 2020. 21. 440-451. doi 10.26089/NumMet.v21r435

Выпуск

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)