Разработка научных основ повышения эффективности технологий и способов защиты окружающей среды при переработке сероводородсодержащих газов и сернистых нефтей

Особенностью описанных процессов стабилизации нефти является то, что интенсификация процесса дегазации нефти достигается одновременно с утилизацией сероводорода с получением дополнительного количества серосодержащих товарных продуктов.

Кроме того, показано, что проблема очистки сбросных вод также может быть решена за счет использования реагентов-нейтрализаторов на основе аминов и формальдегида. Результаты опытных испытаний подтверждают данные лабораторных исследований.

Рис. 6 Принципиальная схема комплексной установки подготовки сероводородсодержащей нефти. 1 - теплообменник; 2 - сепаратор первой ступени; 3 - сепаратор второй ступени; 4 - печь; 5 - мультигидроциклон; 6 - емкость-каплеуловитель; 7 - конденсатор-холодильник; 8 - газосепаратор; 9 - абсорбер; 10 - массообменная насадка; 11 - дозировочный насос; 12 - емкость для реагента-нейтрализатора I - сероводородсодержащая нефть; II - газ высокого давления; III - газ низкого давления; IV - сточные воды; V - промывочные воды; VI - товарная нефть; VII - легкие углеводороды; VIII -сероводородсодержащий углеводородный газ; IX - реагент-нейтрализатор сероводорода; X - биоцид-продукт; XI - очищенный сухой газ

Применение новых технологических схем позволяет повысить производительность установок, снизить их металлоемкость, улучшить качество подготовки нефти за счет эффективного удаления сероводорода при одновременном снижении затрат на подготовку нефти.

Пятая глава посвящена утилизации сероводорода с получением коллоидной серы. Экологическая эффективность технологии газоочистки, во многом зависит от характера получаемых в процессе конечных продуктов. К таким продуктам относится и коллоидная сера - важная малотоннажная товарная серосодержащая продукция.

В работе показано, что газ, полученный после стадии окисления в каталитическом процессе, в процессе конденсации переходит в жидкую высокодисперсную систему. Размер частиц дисперсной фазы составляет 10^-7 -10^-9 м. В условиях рассматриваемого процесса (T=250-300^оC, P=0,05 МПа) это взвешенные в газе пары молекулярной серы, образованные в мицеллы. Молекулы серы состоят из замкнутой цепочки шести-восьми атомов S₆-S₈. Средний параметры мицеллы - это размеры элементарной ячейки, около 1,1 нм и число формульных единиц молекул S₆-S₈ в ячейке шесть.

Коагуляция золя серы в нашем случае вызвана понижением температуры системы в конденсаторе. Конденсатор представляет собой барботажную колонну, где полученные в реакторе продукты в газовой фазе контактируют с водой при 50-85°С. Водный раствор не содержит стабилизаторов, и возможно образование дисперсий субмикронных размеров - до 100 мкм. Процесс агрегации происходит в газовой фазе с последующей конденсацией агрегатов на поверхности раздела газ-вода и происходит совместная конденсация паров вещества, образующих дисперсную фазу и дисперсную среду на охлажденной поверхности с образованием лиозоли.

Показано, что описание процессов конденсации кинетическими методами имеет ограничения при расчете распределения дисперсных частиц по размерам. Это отсутствие кинетических данных для расчета констант скоростей агрегации дисперсной фазы.

В диссертации разработан метод имитационного компьютерного моделирования процессов конденсации серы с решением задачи определения технологических параметров конденсации - температуры и времени конденсации в соответствии с требованиями однородности дисперсной фазы, получением частиц коллоидной (товарной) серы требуемого размера 0,5-5 мкм, получением плотной структуры кластеров серы и селективностью процесса.

Разработан комплекс программ, реализующий следующий алгоритм агрегационной модели. В локальный объем случайным образом запускается большое количество частиц. Генерируются случайные блуждания частиц и моделируются столкновения, агрегирование и фрагментация кластеров, с последующим вовлечением кластеров в процесс блуждания и агрегирования с возможностью образования кластерной сети. Описанный алгоритм реализуется путем компьютерного моделирования.

Основные физико-химические допущения и идентификация параметров агрегационной модели проведена по экспериментальным данным процессов агрегации серы. В качестве выходных параметров рассчитывали характеристики структуры образуемых кластеров - удельную плотность и распределение кластеров по размерам.

Изображение фрагмента кластерной системы, полученное при компьютерной имитации в двумерной решеточной модели кластер-кластерной агрегации серы представлено на рис. 7.

Рис. 7 Фрагмент кластерной системы, полученный при компьютерной имитации в модели кластер-кластерной агрегации серы

Применительно к процессу конденсации серы задача состоит в определении технологических параметров проведения процесса, при которых достигается:

1) увеличение доли извлечения серы из газовой фазы в процессе конденсации;

2) получение частиц коллоидной дисперсности в интервале размеров 0,5-5 микрон;

3) получение заданной структуры кластеров серы (например, плотной или рыхлой).

Управляющими являются два основных параметра - время пребывания серосодержащего газа в конденсаторе и температура конденсации, обеспечивающие заданные требования.

В указанных постановках задач проведено имитационное моделирование процессов конденсации серы. Вычислительные эксперименты по расчету распределения кластеров по размеру проводили при различных начальных концентрациях серы в газовой фазе на входе в конденсатор: S_o = 4; 7; 10%об.; при температурах от 60 до 100^oС c шагом 10; времени конденсации от 60 до 300 сек. с шагом 30.

С использованием математической модели конденсации серы установлены две стадии агрегации - быстрая и медленная. Кривая распределения кластеров по размерам характеризуется двумя выраженными максимумами (рис. 8 и рис. 9).

Первый максимум соответствует стадии быстрой агрегации. Образуется много мелких кластеров примерно одинакового размера. Дальнейшее агрегирование происходит медленно. На медленной стадии появляется еще один максимум на кривой распределения.

Рис. 8 Распределение кластеров по размерам при различных значениях времени конденсации. T=70^oC; S_o=7%об. (статистика по результатам 5 расчетов)

Рис. 9 Распределения кластеров по размерам при различных температурах конденсации. S_o=7 % об; ф=180 сек (статистика по результатам 5 расчетов)

В вычислительных экспериментах по исследованию влияния факторов модели на состав и структуру образуемых кластеров установлены следующие закономерности протекания процесса конденсации серы.

1) С увеличением начальной концентрации серы в газе на входе в конденсатор, образуются более плотные кластеры при прочих одинаковых значениях параметров конденсации (рис. 10, рис. 11).

Рис. 10 Распределение кластеров по размерам при различных начальных концентрациях серы на входе в конденсатор. T=70^oC; ф=60 с (статистика по результатам 5 расчетов)

Рис. 11 Изменение удельной плотности кластеров при различных начальных концентрациях серы на входе в конденсатор. ф=180 с (статистика по результатам 5 расчетов)

2) С увеличением времени конденсации кривая распределения кластеров по размерам смещается в сторону больших размеров кластеров (рис. 8). При более высоком содержании серы в газе на входе в конденсатор образуются более крупные кластеры.

3) С увеличением температуры конденсации кривая распределения смещается в сторону больших размеров кластеров (рис. 9).

4) С уменьшением температуры конденсации (увеличение теплосъема) образуются более мелкие и плотные кластеры (рис. 9 и рис. 11).

Расчеты с использованием математической модели позволили рассчитать оптимальное значение температуры конденсации по критерию максимума выхода коллоидной серы с размерами от 1 до 5 мкм. Оптимальная температура составляет 70±3 ^oС, с долей выхода коллоидной серы размером 1-5 мкм 93±2% от общего количества сконденсированной серы, оптимальное время пребывания газа в конденсаторе 120-180 с. Температура 70^oС соответствует также достаточно высокой удельной плотности кластеров, что улучшает эксплуатационные свойства - устойчивость коллоидной системы в водных растворах.

Для найденных оптимальных значений параметров конденсирования были выполнены лабораторные эксперименты по конденсации серы. По результатам экспериментов определялась массовая доля коллоидно-дисперсных частиц серы с размерами менее 5 мкм методом ультрацентрифугирования, которая составила около 90 %, что соответствует расчетным значениям на математической модели и свидетельствует о ее адекватности.

Испытания процесса получения коллоидной серы проведены на опытной установке переработки кислых газов в кипящем слое катализатора на Шкаповском ГПЗ. Изучено влияние количества компонентов катализатора в процессе окисления и выявлено, что наибольший выход коллоидной высокодисперсной серы достигается при использовании катализатора с содержанием оксида хрома 16 - 18% масс., оксида магния 4,5 - 5,5% масс., оксида ванадия 3,5 - 4,2% масс. Исследования показывают, что окисление сероводорода проходит более эффективно при объемном соотношении H₂S : O₂ = 1 : 0,5 и при температурах 250-300°С. Наиболее благоприятной температурой воды для получения однородной коллоидной массы серы является 75°С. Проведенные исследования показывают, что предлагаемый метод позволяет использовать сероводородсодержащие углеводородные газы с нефтеперерабатывающих заводов для получения высокодисперсной коллоидной серы, находящей широкое применение в нефтехимической промышленности и сельском хозяйстве. Метод не чувствителен к изменению концентрации сероводорода, поэтому на его основе предлагается создать малогабаритные передвижные установки для использования их на тех предприятиях, где отходящие сероводородсодержащие газы сжигаются на факелах.

Шестая глава посвящена дальнейшему совершенствованию процесса гетерогенно-каталитического окисления сероводорода в направлении повышения устойчивости работы реакторного узла. Возможность управления температурным режимом окисления, режимом кипящего слоя катализатора и поддержание требуемого отношения сероводорода к кислороду являются важными условиями стабильного функционирования процесса.

В соответствии с Правилами обеспечения безопасности взрыво - и пожароопасных объектов ПБ 09-540-03 система управления технологическим процессом (ТП) должна решать следующие задачи:

1.Постоянный контроль за параметрами процесса и их поддержание на заданном уровне;

2. Постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений и прогнозирование возможных аварий;

3. Выбор и реализация оптимальных управляющих воздействий;

4. Постоянный контроль за состоянием воздушной среды в пределах объекта;

5. Действие средств управления и противоаварийной защиты, прекращающих развитие опасной ситуации (мягкий вывод аварийной ситуации на безопасный режим);

6. Проведение операций без аварийного пуска, останова и всех для этого переключений.

Для решения этих задач структура системы управления ТП должна содержать центральный промышленный компьютер, подсистему измерения, контроля и сигнализации, подсистему автоматического регулирования ТП и подсистему противоаварийной защиты.

Повышение надежности самой системы автоматизации может быть обеспечено при использовании интеллектуальных датчиков и цифровых регуляторов на управляющем компьютере. С этой точки зрения рассмотрены основные функции, выполняемые подсистемами, на основе которых определены предъявляемые к ним требования по точности и быстродействию.

Проанализировано влияние погрешностей измерения на процесс регулирования соотношения кислород - сероводород. Установлено, что из-за погрешностей измерения соотношение между объемными расходами кислорода и сероводорода может быть установлено с погрешностью 4,4 %. Предложено увеличить объемный расход кислорода на 5 %, чтобы исключить возможность неполного окисления сероводорода.

Качество и надежность подсистемы регулирования и стабилизации, управляемой от компьютера, определяется, прежде всего, параметрами регулятора. В работе рассматривается единый подход проектирования аналоговых и цифровых регуляторов с контурами упреждающего управления по опорному значению и возмущению и контуром обратной связи, позволяющий использовать модели при реализации систем автоматического регулирования на управляющем компьютере. Блок-схему обобщенного дискретного регулятора можно представить тремя составляющими -- контур упреждения по опорному значению, контуров обратной связи по выходу процесса и контур упреждения по измеренному возмущению (рис. 12)

Рис. 12. Блок-схема обобщенного дискретного регулятора

Уравнение обобщенного дискретного регулятора приобретает следующий вид

В этом уравнении оператор обратной связи включает динамику датчика , а оператор упреждающего управления, компенсирующий возмущение, включает динамику датчика , - упреждающий сигнал по опорному значению (задающему воздействию), - сигнал обратной связи, - упреждающий сигнал по возмущению, - шаг дискретизации, - дискретный аргумент.

На основе обобщенного дискретного регулятора разработаны три системы регулирования:

-регулирование температуры в реакторе;

-регулирование соотношения объемных расходов кислорода и сероводорода;

-регулирование уровня кипящего слоя катализатора.

При разработке систем регулирования предложены и обоснованы:

-способ регулирования оптимального соотношения объемных расходов кислорода и сероводорода, заключающийся в изменении концентрации кислорода в воздухе с помощью мембранного газораспределительного аппарата, и реализован с использованием цифрового регулятора на управляющем компьютере. Способ позволяет производить очистку газа с концентрацией сероводорода от 10 до 80 %.

-способ регулирования уровня кипящего слоя катализатора, заключающийся в стабилизации суммарного объемного расхода, поступающего в реактор, за счет изменения расхода рециркулирующего потока с коррекцией по перепаду давления в реакторе. Способ реализован с использованием цифрового регулятора на управляющем компьютере и позволяет производить очистку газа при изменении его расхода в пределах 10 %. Система стабилизации кипящего слоя катализатора включает в себя два контура регулирования (рис. 13). Первый контур осуществляет стабилизацию суммарного расхода газовых потоков, поступающих в реактор за счет изменения расхода рециркуляционного газа. Второй (упреждающий) контур - корректирует уровень кипящего слоя катализатора.

Рис. 13 Система стабилизации уровня кипящего слоя катализатора

Входным сигналом для первого контура регулирования является сигнал, пропорциональный суммарному расходу. При увеличении расхода цифровой регулятор вырабатывает управляющий сигнал, уменьшающий подачу рециркуляционного газа.

Входным сигналом для второго контура регулирования является сигнал, пропорциональный разности давлений до и после кипящего слоя катализатора. При снижении уровня кипящего слоя разность давлений повышается, что приводит к возрастанию подачи рециркуляционного газа и суммарного расхода. Цифровой регулятор представляет собой ПИД-регулятор со своими настройками.

Подсистема противоаварийной защиты предназначена для решения следующих задач:

1. Диагностика предаварийных и аварийных ситуаций:

- постоянный анализ изменения параметров ТП в сторону критических значений;

- прогнозирование возможной аварии;

- сигнализация при достижении критического значения ТП.

2. Выработка управляющих воздействий, предотвращающих развитие опасных ситуаций:

- в процессе пуска и остановки;

- при незначительных отклонениях параметров ТП («мягкий» вывод на безопасный режим);

- при достижении критический значений ТП (вывод из аварийных ситуаций).

Диагностика предаварийных и аварийных ситуаций от внезапных нарушений технологического регламента, отказов оборудования, сбоев автоматики и ошибок операторов осуществляется на основе вероятности возникновения следующих аварийно - информативных событий (параметров):

1. Превышение диапазона перепада давления в реакционной камере, характеризующее оседание или унос кипящего слоя катализатора (Х1);

2. Падение давления сырья (Х2);

3. Температура в реакторе ниже критического значения (Х3);

4. Температура в реакторе выше критического значения (Х4);

5. Коэффициент избытка воздуха выше критического значения (Х5);

6. Давление в реакторе выше критического значения (Х6);

7. Коэффициент рециркуляции ниже критического значения (Х7).

Режимы, в которые необходимо перевести ТП при наступлении события , по степени тяжести последствий можно условно разделит на три категории: холостой ход (ХХ); остановка (ОСТ); аварийная остановка (АВОСТ). После наступления любого из событий необходимо перевести процесс в наименее безопасный режим или останову процесса. Для решения этой задачи синтезированы логические функции для управления предохранительными клапанами. Синтезированные логические функции позволяют перевести ТП в наименее безопасный режим без участия оператора. Вместе с тем в подсистеме противоаварийной защиты предусмотрены звуковая и световая сигнализации при наступлении предаварийных и аварийных ситуаций.

Седьмая глава посвящена разработке эколого-технологических моделей для системы управления технологическим процессом газохимического комплекса по переработке сернистых газов и газовых конденсатов - моделей оптимизации сырьевых потоков при ограничениях на содержание серы в отдельных товарных продуктах, на уменьшение содержания серы в отдельных потоках, поступающих на технологические установки c наибольшей экологической нагрузкой.

Изменение содержания серы в технологических потоках для сложной схемы переработки газовых конденсатов возможно путем варьирования технологического режима процесса и перераспределения содержания серы в различных товарных продуктах (например, в дизельных топливах и мазутах различных марок) за счет регулирования объемов выпуска промежуточной и конечной продукции.

Регулирование содержания серы на промежуточных стадиях и продуктах газоперерабатывающих производств позволит значительно сократить вредные выбросы серосодержащего газа. Особенно это актуально в условиях работы газохимического комплекса при экологически неблагоприятных климатических условиях и изменении содержания серы в сырьевых потоках.

В работе проведена формализация технологической схемы завода (на примере Астраханского ГПЗ) в виде сложного графа, вершинами которого являются технологические установки, а ребрами - сырьевые потоки или промежуточные продукты. Из одной вершины могут исходить несколько ребер и соответственно входить также несколько ребер.

Сырьевые потоки, объем конечных и промежуточных продуктов возможно регулировать варьируя как технологические параметры проведения процессов, так и изменяя направления потоков. Содержание серы в продуктах также будет меняться.

Рассматривается заводская схема переработки нефтяного сырья из M различных установок. Обозначим сырьевые потоки через x_im , промежуточные потоки через y_jm а потоки, идущие в товарный парк через z_km.. (i=1,…, i_m; j=1,…, j_m; k=1,…, k_m; m=1,…, M;). S_rm - доля серы, содержащейся в r-ом потоке m-ой установки

Материальный баланс по сере для m-ой установки запишется в виде

.

Часть продуктов m-ой установки являются промежуточными и направляются на дальнейшую переработку. Поэтому балансовые уравнения (3) должны быть дополнены уравнениями вида:

,

которое означает, что i -ый продукт на входе n -ой установки поступил из m - ой установки и является его j -ым выходом с долей поступления б_jm.

В диссертации предложены четыре математические модели, рекомендованные к использованию как составная часть автоматизированной системы управления технологическим процессом газохимического комплекса и позволяющие решать следующие технологические и экологические задачи при переработке сырья:

1) Модель минимизации суммарного содержания серы в товарных продуктах при одновременном увеличении выпуска товарной серы с учетом ограничений на суммарную прибыль:

> min; S>max; ; ,

где R - планируемая выручка; C_i -стоимость i - го вида продукции.

Экологический эффект при такой постановке задачи достигается если, например, большую долю потоков направить на каталитическое производство, совмещенное с блоком гидроочистки серы. Однако происходит удорожание единицы продукции.

2) Модель минимизации содержания серы в отдельных товарных продуктах при установленных ограничениях по сере для остальных продуктов

> min; ;; ,

где n*- количество товарных продуктов, по которым установлены дополнительные ограничения на уменьшение содержания серы; S_i* - предельные ограничения по сере для отдельных продуктов.

3) Модель минимизации содержания серы в отдельных потоках, поступающих на установки c наибольшей экологической нагрузкой.

> min; ; ,

где n*- количество установок c наибольшей экологической нагрузкой.

4) Модель оптимального распределения потоков между установками по критерию максимизации выпуска дизельного топлива с ограничением концентрации по сере:

Материальный баланс АВТ с ограничениями на пропускную способность запишется в виде:

, ,

где - количество дизельного топлива, полученного из m - го сорта нефти, отправленное с i - ой установки АВТ на j - ую установку разделения на фракции (m=1,…, N _, j=1,…, N₁); - количество дизельного топлива, полученного из m - го сорта нефти, отправленное с i - ой установки АВТ на l - ую установку гидроочистки ( l=1,…, N₂); - количество дизельного топлива, полученного из m - го сорта нефти, отправленное с i - ой установки АВТ на смешение дизельных топлив с целью получения товарного продукта необходимого качества; Ne_im - количество нефти i- го сорта, отправленное на m - ую установку АВТ; - пропускная способность i - ой установки АВТ ; M_m - выход дизельного топлива из m - го сорта нефти, %; S_m - концентрация серы в дизельном топливе, полученном из m - го сорта нефти, %; - потери на i - ой установке АВТ; N - количество нефтей; N₁ -количество установок разделения дизельного топлива на фракции; N₂ - количество установок гидроочистки дизельного топлива.

Разработанные модели совместно с балансовыми уравнениями (3) - (4) представляют собой задачи математического программирования с ограничениями и могут быть реализованы на компьютере известными в настоящее времени методами с использованием готовых пакетов программ.

Интеграция разработанных моделей в автоматизированную систему управления технологическим процессом газохимического комплекса позволит повысить экологическую безопасность комплексов по переработке сернистых газов и конденсатов.

На основе обобщения данных, полученных в ходе эксплуатации пилотных и опытно-промышленных установок на объектах газовой, нефтедобывающей и нефтегазоперерабатывающей отраслей, разработана схема экологически безопасного промышленного газохимического комплекса, обеспечивающая практически безотходную переработку сернистого газа и конденсата. В схеме учитываются требования снижения экологической опасности и сокращения производственных расходов, связанных с добычей, переработкой сернистого сырья и использованием полученной продукции.

Предлагаемая схема позволит комплексно переработать серосодержащие компоненты углеводородного сырья и обеспечить высокую степень защиты окружающей среды.

ВЫВОДЫ

1. На основе результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложено решение важной хозяйственной проблемы в области технологии нефти и газа - повышение эффективности технологий и способов защиты окружающей среды.

2. На основе разработанной кинетической модели и модели реактора прямого окисления сероводорода в псевдоожиженном слое катализатора проведены вычислительные эксперименты по поиску оптимальных условий ведения процесса очистки газов в адиабатическом режиме, в изотермических условиях, а также установлены температура зажигания катализатора и условия, исключающие конденсацию паров серы на катализаторах. Разработана нестационарная двухфазная диффузионная модель реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, которая учитывает переносы тепла и вещества в плотной фазе за счет теплопроводности и продольной диффузии, переносы в плотной и разреженной фазах конвективными потоками, а также изменение реакционного объема и возникающий при этом массоперенос за счет стефановского потока.

3. Предложен ряд технологических решений, направленных на обеспечение экологической безопасности в процессе утилизации сероводородсодержащих газов окислением в кипящем слое катализатора: приемы проведения процесса в условиях изменения концентрации и расхода сероводорода в сырьевых потоках; методы улавливания аэрозольной серы из продуктов процесса получения серы; использование блочных катализаторов сотовой структуры при разработке двухстадийного процесса утилизации высококонцентрированных сероводородсодержащих газов; метод очистки жидкой серы от сероводорода. Показано, что данные технологические решения значительно снижают взрывоопасность установки окисления сероводорода и снижает ее воздействие на окружающую среду.

4. Разработаны основы технологии очистки сероводородсодержащих газов с использованием в качестве поглотителя формальдегида, органического реагента диоксазиновой структуры, а также полиаминов. Для получения поглотителя на основе реагентов диоксазиновой структуры разработана технология и организовано опытно-промышленное производство реагентов.

5. Созданы научные основы химической демеркаптанизации углеводородного сырья и очистки его сероводорода путем взаимодействия с реагентами-нейтрализаторами. Разработаны технологические приемы и схемы очистки газового и нефтегазоконденсатного сырья в процессе их стабилизации. Для эффективного удаления сероводорода и меркаптанов из нефти использован гидроциклон, найдены оптимальные гидродинамические условия его работы, способствующие максимальному выделению сероводорода и легких углеводородов. Особенностью описанных процессов стабилизации нефти является то, что интенсификация процесса дегазации нефти достигается одновременно с утилизацией сероводорода с получением дополнительного количества серосодержащих товарных продуктов.

6. Разработана модель конденсации серы из газовой фазы на основе имитационного математического моделирования случайных агрегаций. В вычислительных экспериментах по исследованию влияния факторов модели на состав и структуру образуемых кластеров установлен ряд закономерностей протекания процесса конденсации серы: установлены две стадии агрегации - быстрая и медленная, распределение кластеров по размерам в зависимости от времени конденсации и концентрации серы на входе в конденсатор и др.

7. Установлены оптимальные технологические параметры получения коллоидной серы в качестве товарного продукта путем переработки сероводородсодержащих газов: оптимальная температура конденсации по критерию максимума выхода коллоидной серы с размерами от 1 до 5 мкм составляет порядка 70±3 ^oС; выход коллоидной серы размером 1-5 мкм достигает 93±2% от общего количества сконденсированной серы; оптимальное время пребывания газа в конденсаторе 120 - 180 с. Температура 70^oС соответствует также достаточно высокой удельной плотности кластеров.

8. Разработана система управления технологическими параметрами с целью повышения эксплуатационных показателей процесса очистки сероводородсодержащих газов: разработан способ регулирования оптимального соотношения объемных расходов кислорода и сероводорода, заключающийся в изменении концентрации кислорода в воздухе с помощью мембранного газораспределительного аппарата, и реализован с использованием цифрового регулятора на управляющем компьютере, позволяющий производить очистку газа с концентрацией сероводорода от 10 до 80 %; разработан способ регулирования уровня кипящего слоя катализатора, заключающийся в стабилизации суммарного объемного расхода, поступающего в реактор, за счет изменения расхода рециркулирующего потока с коррекцией по перепаду давления в реакторе, реализованный с использованием цифрового регулятора на управляющем компьютере и позволяющий производить очистку газа при изменении его расхода в пределах 10%; определены диагностические параметры, характеризующие предаварийные и аварийные ситуации, на основе которых синтезированы алгоритмы сигнализации, остановки или аварийной остановки без участия оператора.

9. Разработан метод математического моделирования, основанный на формализации технологической схемы газохимического комплекса в виде сложного графа, вершинами которого являются технологические установки, а ребрами - сырьевые потоки или промежуточные продукты, позволяющий регулировать содержание серы на промежуточных и конечных продуктах газоперерабатывающих производств с целью повышения экологической безопасности предприятия по переработке сернистых газов и газовых конденсатов. Метод рекомендован к использованию как составная часть автоматизированной системы управления технологическим процессом газохимического комплекса.

10. Разработаны принципы и схемы создания экологически безопасного газохимического комплекса по переработке сернистого газа и конденсата, обеспечивающего практически безотходную их переработку.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ ЖУРНАЛАХ ИЗ СПИСКА ВАК

1. Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Алиев Р.С., Плечев А.В., Вольцов А.А., Кабиров Р.М. Утилизация сероводорода в нефтегазовой промышленности // Экология и промышленность России.- 2000. - № 3. - С. 37-40.

2. Сафин Р.Р., Гайнуллина З.А., Исмагилов Ф.Р., Плечев А.В. Усовершенствование процесса прямого окисления сероводородсодержащих газов в кипящем слое катализатора // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2000. - № 9. - С. 47-50.

3. Исмагилов Ф.Р., Плечев А.В., Сафин Р.Р., Вольцов А.А., Исмагилова З.Ф. Получение водорода на нефтеперерабатывающих предприятиях // Химия и технология топлив и масел. - 2000. - № 6. - С. 3-6.

4. Плечев А.В., Сафин Р.Р., Вольцов А.А., Коншенко Е.В., Исмагилов Ф.Р. Окислительная конверсия сероводородсодержащих газов // Экология и промышленность России. - 2000. - № 6. - С. 18-20.

5. Плечев А.В., Сафин Р.Р., Вольцов А.А., Коншенко Е.В., Исмагилов Ф.Р. Окислительная конверсия сероводородсодержащих газов // Экология и промышленность России. - 2000. - № 7. - С. 28-30.

6. Плечев А.В., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Афлятунов Р.М. Способ автоматического регулирования процесса очистки газа от сероводорода// Нефтепереработка и нефтехимия.- 2000. -№12.- С. 43-45.

7. Гайнуллина А.З., Нугуманов Х.Г., Плечев А.В., Исмагилов Ф.Р., Сафин Р.Р. Автоматическое управление и защита рециркуляционной установки окисления сероводородсодержащих газов в псевдоожиженном слое катализатора// Экология промышленного производства. -2000 -№4. - С.

8. Исмагилов Ф.Р., Гайнуллина З.А., Сафин Р.Р., Плечев А.В., Мухаметзянов И.З., Ибрагимов И.Г. Вариант окислительной утилизации сероводородсодержащих газов // Химия и технология топлив и масел. - 2001. - № 2. - С. 10-12.

9. Плечев А.В., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Способ очистки газов от аэрозольной серы // Экология промышленного производства.- 2001. - № 1. - С. 23-26.

10. Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Трюпина В.М., Плечев А.В., Гайдукевич В.В., Исмагилов Ф.Р. Очистка отходящих газов от аэрозольной серы // Экология промышленного производства.- 2001. - № 3. - С. 16-17.

11. Коншенко Е.В., Балаев А.В., Исмагилов Ф.Р., Спивак С.И., Сафин Р.Р. Прямое каталитическое окисление сероводорода // Химия и технология топлив и масел. - 2001. - № 3. - С.50-53.

12. Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Гайдукевич В.В., Плечев А.В., Исмагилов Ф.Р. Контроль и регулирование псевдоожиженного слоя катализатора// Экология промышленного производства. -2001. - №4. - С. 17-19.

13. Плечев А.В., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Абдюкова Э.А., Исмагилова З.Ф. Пенообразование и пеногашение в процессах этаноламиновой очистки // Экологические системы и приборы. - 2001. - № 9. - С. 33-41.

14. Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Трюпина В.М., Плечев А.В., Гайдукевич В.В., Исмагилов Ф.Р. Усовершенствование очистки отходящих газов от аэрозольной серы // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2001. - № 6. - С. 40-42.

15. Исмагилов Ф.Р., Гафиатуллин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Алеев Р.С., Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В. Очистка сероводородсодержащих газов формальдегидом // Наука и технология углеводородов. - 2002. - № 1. - С. 54-56.

16. Алеев Р.С., Воронов В.Г., Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Очистка газов от сероводорода. Рациональный подход // Химия и технология топлив и масел. - 2002. - № 4. - С.37-40.

17. Алеев Р.С., Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Васько Ю.П., Гафиатуллин Р.Р. Новый поглотитель для очистки сероводородсодержащих газов // Газовая промышленность. - 2002. - № 2. - С. 80-81.

18. Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Кириллова Л.Б., Исмагилов Ф.Р. К вопросу получения сероводорода для аналитических целей // Экологические системы и приборы. - 2003. - № 4. - С. 26-28.

19. Ахсанов Р.Р., Данилов В.И., Гайдукевич В.В., Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Исмагилов Ф.Р. Система выделения и очистки легких углеводородов для экологизации процесса подготовки сернистых нефтей // Экологические системы и приборы. - 2003. - № 7. - С. 16-20.

20. Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В., Исмагилова З.Ф., Исмагилов Ф.Р., Ахсанов Р.Р. Схема очистки сероводородсодержащей нефти // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2003. - № 4. - С. 17-19.

21. Гайдукевич В.В., Сафин Р.Р., Ахсанов Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Повышение октанового числа бензиновых фракций, полученных гидроциклонированием нефти и газового конденсата // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2003. - № 12. - С. 16-18.

22. Гайдукевич В.В., Сафин Р.Р., Ахсанов Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Исмагилова З.Ф. Рациональное использование побочных продуктов нефтехимической промышленности для получения моторных топлив // Экология промышленного производства. - 2003. - № 4. - С. 68-70.

23. Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В., Исмагилова З.Ф., Исмагилов Ф.Р., Андрианов В.М., Дальнова Ю.С. Разработка биоцида для повышения экологической безопасности добычи нефти и газового конденсата // Экологические системы и приборы. - 2003. - № 10. - С. 24-26.

24. Сафин Р.Р. Новые технологии для улучшения экологической ситуации в регионах добычи и переработки сернистых нефтей // Экологические системы и приборы. - 2004. - № 1. - С. 37-39.

25. Сафин Р.Р. Утилизация сероводорода с получением различных серосодержащих соединений // Экология промышленного производства. - 2004. - № 1. - С. 59-62.

26. Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Направления подготовки сернистых нефтей, газоконденсатов и продуктов их переработки к транспортировке и хранению // Экология промышленного производства. - 2004. - № 2. - С. 35-39.

27. Гайдукевич В.В., Ахсанов Р.Р., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Исмагилова З.Ф. Получение бензина методом обработки нефти и газового конденсата в поле центробежных сил // Газовая промышленность. - 2004. - № 10. - С. 64-67.

28. Сафин Р.Р. Моделирование процесса образования коллоидной серы при конденсации из газовой фазы // Обозрение прикладной и промышленной математики. - 2009. - т. 16. - вып. 5. - С. 926 - 927.

29. Сафин Р.Р. Основные принципы управления процессом прямого окисления сероводородсодержащих газов в кипящем слое катализатора // Экологические системы и приборы. - 2009. - № 11. - С. 21-23.

30. Сафин Р.Р. Моделирование образования коллоидной серы при конденсации из газовой фазы // Химия и технология топлив и масел. - 2009. - № 6. - С. 43 - 46.

31. Сафин Р.Р. Методы регулирования содержания серы на промежуточных стадиях и в продуктах переработки нефтяного сырья // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: «Управление, вычислительная техника и информатика». - 2010. - № 2. - С. 105-110.

32. Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф. Схема экологически безопасного газохимического комплекса переработки серосодержащих газов // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело", 2010, http://www.ogbus.ru/authors/SafinRR/SafinRR_1.pdf

Монография

33. Исмагилов Ф.Р., Вольцов А.А., Аминов О.Н., Сафин Р.Р., Плечев А.В. Экология и новые технологии очистки сероводородсодержащих газов. Уфа: изд-во «Экология», 2000. 214 с.

Учебное пособие

34. Исмагилов Ф.Р., Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф. Схемы разделения и очистки газов от сернистых соединений // Уфимск. гос. ин-т сервиса.- Уфа, 2005. - 134 с.

Патент

35. Исмагилов Ф.Р., Андрианов В.М., Сафин Р.Р. и др. Способ очистки нефти, газоконденсата и их фракций от меркаптанов и сероводорода. Пат. 2242499 России, 2004.

В других изданиях

36. Плечев А.В., Коншенко Е.В., Сафин Р.Р., Балаев А.В., Исмагилов Ф.Р. Повышение надежности процесса окисления сероводорода в псевдоожиженном слое катализатора // Материалы IV междунар. конф. «Химия нефти и газа» / Ин-т химии нефти Сибирск. отдел. РАН. - Томск, 2000. - Т. 2. - С. 169-173.

37. Плечев А.В., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Абдюкова Э.А. Пенообразование и пеногашение в процессах этаноаминовой очистки // Обзорная информация. Серия: “Научные и технические аспекты охраны окружающей среды”.- 2000. - № 6. - С. 59-73.

38. Исмагилов Ф.Р., Сафин Р.Р., Алеев Р.С., Исмагилова 3.Ф., Гайдукевич В.В. Исследование поглотителей сероводорода на основе аминов и формальдегида. // Матер. II-ой междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли Казахстана в XXI веке» / Актауский гос. ун-т.- Актау, 2001. - С. 121-127.

39. Исмагилов Ф.Р., Алеев Р.С., Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Андрианов В.М. Новое направление рационального использования сероводорода в нефтегазовой отрасли // Матер. II междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли Казахстана в XXI веке» / Актауский гос. ун-т. - Актау, 2001. - С. 109-115.

40. Алеев Р.С., Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р., Васько Ю.П., Гафиатуллин Р.Р. Новый поглотитель для очистки сероводородсодержащих газов // Матер. междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы нефтегазового комплекса Казахстана» / Атырауск. ин-т нефти и газа. - Атырау, 2001. - С. 200-204.

41. Щербаков Д.В., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Технология доочистки отходящих газов установки Клауса // Тезисы докл. 47 науч. конф. профессорско-преподавательского состава Астраханск. гос. техн. ун-та / Астраханск. гос. техн. ун-т.- Астрахань, 2003. - С. 234.

42. Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Абызгильдин А.Ю. Разработка процесса очистки жидкой серы от сероводорода // Матер. науч.-практ. конф. «Нефтепереработка и нефтехимия-2003. IV конгресс нефтегазопромышленников России» / Ин-т нефтехимпереработки Респ. Башкортостан. - Уфа, 2003. - С. 164-165.

43. Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Исследование промышленного процесса дегазации жидкой серы // Докл. первых междунар. научных Надировских чтений «Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса» / Мин. обр. и науки Респ. Казахстан; Атырауский ин-т нефти и газа. - Алматы -Атырау, 2003. - С. 102-107.

44. Гайдукевич В.В., Сафин Р.Р., Ахсанов Р.Р., Исмагилова З.Ф. Метод получения бензина методом гидроциклонирования нефти и газового конденсата // Матер. науч.-практ. конф. «Экологические технологии в нефтепереработке и нефтехимии» / Ин-т нефтехимпереработки Респ. Башкортостан. - Уфа, 2003. - С. 34-35.

45. Гайдукевич В.В., Андрианов В.М., Сафин Р.Р., Дальнова Ю.С., Исмагилова З.Ф., Исмагилов Ф.Р. Исследование биоцида для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтяной и газовой промышленности // Матер. науч.-практ. конф. «Экологические технологии в нефтепереработке и нефтехимии» / Ин-т нефтехимпереработки Респ. Башкортостан. - Уфа, 2003. - С. 47-48.

46. Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Исмагилов Ф.Р. Разработка технологии очистки жидкой серы от сероводорода и полисульфидов водорода // Тезисы докл. XVII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии «Материалы и нанотехнологии» / Казанск. гос. технол. ун-т. - Казань, 2003. - С. 174.

47. Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Гайдукевич В.В., Абызгильдин А.Ю, Исмагилов Ф.Р. Очистка попутных нефтяных газов нейтрализующим поглотителем // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2003. - № 2. - С. 74-77.

48. Исмагилов Ф.Р., Салина Ю.Б., Сафин Р.Р. Рациональное использование сероорганических соединений нефтяных и газовых месторождений прикаспийской впадины // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2003. - № 2. - С. 77-81.

49. Сафин Р.Р., Вайман Е.В., Мансуров В.Ф., Эльмурзаев А.А., Исмагилов Ф.Р. Расчетные исследования пусковых режимов реактора прямого окисления сероводородсодержащих газов // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2003. - № 3(спецвыпуск). - С. 73-74.

50. Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В., Исмагилов Ф.Р., Исмагилова З.Ф. Получение бензина методом гидроциклонирования нефти и газового конденсата // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2003. - № 3(спецвыпуск). - С. 86-88.

51. Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В., Андрианов В.М., Исмагилова З.М., Исмагилов Ф.Р. Разработка нового биоцида для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтяной и газовой промышленности // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2003. - № 3(спецвыпуск). - С. 88-90.

52. Ахсанов Р.Р., Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В., Мифтахов Р.Ш., Исмагилова З.Ф., Исмагилов Ф.Р. Технология рационального использования легких углеводородов при подготовке сероводородсодержащей нефти // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2003. - № 3(спецвыпуск). - С. 91-98.

53. Исмагилов Ф.Р., Андрианов В.М., Коханчиков Л.А., Сафин Р.Р., Исмагилова З.Ф., Эльмурзаев А.А. Новые схемы стабилизации нефти и очистки газа от сернистых соединений // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2004. № 3(9) (спецвыпуск). - С. 116-128.

54. Исмагилов Ф.Р., Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В., Исмагилова З.Ф. Схема стабилизации нефти с блоком очистки газа от сероводорода // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2004. - № 4(23). - С. 55-63.

55. Андрианов В.М., Исмагилов Ф.Р., Коханчиков Л.А., Исмагилова З.Ф., Сафин Р.Р., Гайдукевич В.В. Комплексная схема стабилизации нефти и очистки газа от сероводорода // Докл. вторых междунар. науч. Надировских чтений «Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса» / Мин. обр. и науки Респ. Казахстан; Кызылординск. гос. ун-т. - Алматы-Кызылорда, 2004. - С. 129-136.

56. Сафин Р.Р. Расчет и оптимизация нефтехимических процессов, проходящих с образованием дисперсной фазы // Матер. междунар. науч.-практ. конф. «Нефтепереработка - 2008» / Ин-т нефтехимпереработки Респ. Башкортостан. - Уфа, 2008. - С. 275-276.

57. Сафин Р.Р. О математическом моделировании процессов образования коллоидной серы // Тезисы докл. 52 науч. конф. профессорско-преподавательского состава Астраханск. гос. техн. ун-та / Астраханск. гос. техн. ун-т.- Астрахань, 2008. - С. 281. (на электр. носителе).

58. Салина Ю.Б., Исмагилов Ф.Р., Сафин Р.Р. Новый подход к утилизации сероорганических соединений Астраханского ГКМ // Сб. науч. работ «Актуальные проблемы экологии» / Сибирск. гос. мед. ун-т. - Томск, 2004. - Т.3. - № 3 - С. 490-491.

59. Сафин Р.Р. Математические модели регулирования содержания серы на промежуточных стадиях и продуктах переработки высокосернистых нефтей // Сб. науч. статей VI междунар. науч.-техн. конф. «Инновации и перспективы сервиса» / Уфимск. гос. акад. эконом. и сервиса. - Уфа, 2009. - С.135-139.

60. Сафин Р.Р., Балаев А.В. Анализ процесса парциального окисления в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора на математической модели // Сб. науч. статей VI междунар. науч.-техн. конф. «Инновации и перспективы сервиса» / Уфимск. гос. акад. эконом. и сервиса. - Уфа, 2009. - С.131-135.

Размещено на Allbest.ru

...