Лиана Сафиуллина, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Башкирский государственный университет (ул. Валиды, 32, Уфа, Российская Федерация)
Liana F. Safiullina, Cand.Sci. (Phys.-Math.), Researcher of Research Sector, Bashkir State University (Validy Str., 32, Ufa, Russian Federation).
Ирек Губайдуллин, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры технологии нефти и газа Уфимского государственного нефтяного технического университета (ул. Космонавтов, 1, Уфа, Российская Федерация)
Irek M. Gubaydullin, Dr.Sci. (Phys.-Math.), associate professor, professor of the Oil and Gas Technology Department, Ufa State Petroleum Technological University (1 Kosmonavtov St., Ufa, Russian Federation).
Камила Коледина, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математики Уфимского государственного нефтяного технологического университета (ул. Космонавтов, 1, Уфа, Российская Федерация)
Kamila F. Koledina, Cand.Sci. (Phys.-Math.), associate professor, associate professor of the Mathematics Department, Ufa State Petroleum Technological University (1 Kosmonavtov St., Ufa, Russian Federation)
Равиль Зайнуллин, ассистент кафедры нефтегазовой технологии, Уфимский государственный нефтяной технический университет (ул. Космонавтов, 1, Уфа, Российская Федерация).
Ravil’ Z. Zaynullin, assistant of the Oil and Gas Technology Department, Ufa State Petroleum Technological University, (1 Kosmonavtov St., Ufa, Russian Federation)
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 получения сокращенного механизма используется разработанная авторами методика анализа чувствительности математической модели. Схема превращений каталитического риформинга бензина, предложенная авторами, включает в себя 171 стадию. Индивидуальные компоненты объединены в 37 групп, относящихся к следующим классам: нормальные парафины, изо-парафины, пятичленные нафтены, шестичленные нафтены и ароматические углеводороды. Представлена математическая модель каталитического риформинга бензина, учитывающая изменение концентраций реагентов, изменение количества молей реакционной смеси и изменение температуры смеси от времени контакта с катализатором. В данной работе для получения редуцированной модели каталитического риформинга бензина использовался глобальный метод Соболя. Параметры модели, подлежащие исключению, определялись путем глобального анализа чувствительности функционала математической модели к вариации констант скоростей стадий. Разработана новая методика анализа сложных кинетических схем и редуцирования кинетических моделей до размеров, приемлемых с точки зрения точности описания и простоты практического использования. Выявлены наименее влиятельные стадии каталитического риформинга бензина. Исследовано влияние исключения данных стадий на кинетику процесса с химической точки зрения. Предложена редуцированная схема каталитического риформинга бензина. Редуцированная схема обеспечивает вполне удовлетворительное согласие как по профилям температуры, так и по профилям концентраций значимых веществ. Проведен анализ чувствительности математической модели каталитического риформинга бензина. Определены наименее влиятельные стадии реакции, не влияющие на общую динамику изменения концентраций значимых веществ реакции. Получена сокращенная модель реакции исключением данных стадий.
Detailed kinetic model is required to study one of the most important oil refining processes, which is catalytic reforming. The difficulty arises in connection with a large number of components of the reaction mixture and a large number of stages of chemical transformations in developing the kinetic model. The conversion scheme of catalytic reforming of gasoline includes 171 stages. The individual components are combined in 37 groups belonging to the following classes: normal paraffins, isoparaffins, five-membered naphthenes, six-membered naphthenes and aromatic hydrocarbons. An alternative may be reduced reaction mechanisms that are applicable to solve the problem and provide realistic description of the process. In this paper, the sensitivity analysis technique of the mathematical model was used. It was developed by the authors to obtain a reduced mechanism. The new technique has been developed for analyzing complex kinetic schemes and reducing kinetic models to sizes acceptable from the point of view of accuracy of description and ease of practical use. In this work, the global Sobol method was used to obtain a reduced model of catalytic reforming of gasoline. The model parameters were determined by a global analysis of the sensitivity of the functional of the mathematical model to the variation of the rate constants of the stages. The least influential stages of catalytic reforming of gasoline were revealed. The influence of the exclusion of these stages on the kinetics of the process from the chemical point of view is investigated. The reduced scheme for the catalytic reforming of gasoline is proposed. It provides quite satisfactory agreement both in temperature profiles and in concentration profiles of significant substances.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.