Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0209

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0209
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Название доклада
Разработка энергосберегающей технологии производства окисленных нефтяных битумов в условиях сонохимической активации
Докладчик
Пивсаев Вадим Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основной целевой направленностью проекта является разработка инновационных энергоэффективных технологий процессов нефтепереработки, которая представляет собой одно из приоритетных направлений прогрессивного развития науки и промышленного производства в Российской Федерации. Данное направление развития нефтеперерабатывающей промышленности названо приоритетным и в Энергетической стратегии России до 2030 г.
Для достижения поставленной цели будет решена научно-техническая задача получения требуемых физико-химических качеств окисленных нефтяных битумов с минимальным энергопотреблением. Традиционные инженерные решения указанной проблемы, как правило, характеризуются наличием значительных неиспользуемых внутренних резервов по снижению энергопотребления производственных процессов нагрева и окисления гудронов.
Актуальность и новизна исследования
Потребность в модернизации существующих битумных производств в России оценивается в 20-25 единиц. Среднегодовой расход электроэнергии одной битумной установки составляет около 1,7-2,0 ГВт, расход топлива на сжигание газов окисления составляет в среднем порядка 2000 тонн в год. При снижении рабочих температур процесса производства битумов условно на 30 % от существующих, прогнозируемая экономия энергии от внедрения предлагаемых инновационных технологий составляет до 10 ГВт установленной мощности, снижение расхода топлива до 12 тыс тонн/год. Прогнозируемая потенциальная емкость рынка применения предлагаемых технологий в денежном выражении составляет до 20 миллиардов рублей.
Описание исследования

Объектом исследования в проекте является процесс производства нефтяных битумов, который относится к классу многоступенчатых технологических объектов с распределенными параметрами, характеризуемых пространственно-временным распределением физико-химических характеристик материальных потоков. Для получения нефтяных дорожных битумов с улучшенными эксплуатационными свойствами необходим комплексный подход, заключающийся в разработке технологических решений, ориентированных на природу сырья и оптимальный групповой углеводородный состав битума, основанный на подборе состава сырья окисления, параметров ведения процесса окисления и компаундирования. Для активации процесса окисления предлагается применить ультразвуковое воздействие, что позволит снизить температуру окисления, а, следовательно сократить энергетические затраты на нагрев сырья. Интенсивность и длительность ультразвукового воздействия являются оптимизируемыми режимными параметрами, для определения которых предполагается разработать специальные проблемно-ориентированные оптимизационные процедуры.

Для математического описания  объекта исследования предполагается разработать математические модели, которые достоверно прогнозируют углеводородный состав сырья для получения битумов с заданным комплексом физико-химических свойств. Задачи математического моделирования будут решены на основе корректного применения фундаментальных законов физики и химии, теории тепло- и массопереноса, механики сплошных сред, методов конечно-элементного анализа, методов аналитического и численного моделирования, экспериментальных методов исследования, компьютерных вычислительных экспериментов, методов идентификации.

Для решения задач оптимизации предполагается использовать методы математического программирования, эволюционные и детерминистские алгоритмы оптимизации, теорию оптимальности Парето, методы параметрической оптимизации, методы теории оптимального управления систеДля экспериментальных исследований в ПНИЭР предлагается исследование и апробирование результатов в лабораторных условиях, в том числе с использованием сконструированной опытной лабораторной установки, позволяющей получать образцы окисленных дорожных, кровельных и строительных битумов с использованием ультразвуковой активациимами с распределенными параметрами, компьютерные вычислительные эксперименты.

Результаты исследования

При выполнении ПНИЭР должны быть получены следующие научно-технические результаты:

- технологическая документация для производства окисленных нефтяных битумов с использованием сонохимической (ультразвуковой) активации процесса окисления

- рекомендации по обеспечению безопасной для производства окисленных нефтяных битумов с использованием сонохимической (ультразвуковой) активации процесса окисления

-  опытная лабораторная установка получения окисленных нефтяных битумов в условиях сонохимической активации;

- технология производства окисленных нефтяных битумов с гибкой технологической схемой, основанной на интенсификации окислительных процессов при воздействии ультразвука и снижении общих энергозатрат за счет повышения эффективности взаимодействия гудрона с кислородом воздуха и снижения температуры окисления;

- образцы дорожных, кровельных и/или изоляционных битумов, полученных с применением сконструированной лабораторной установки и разработанных технологий производства окисленных нефтяных битумов с использованием сонохимической (ультразвуковой) активации процесса окисления;

- результаты исследования влияния ультразвукового воздействия на физико-химические параметры процесса производства окисленных нефтяных битумов в условиях сонохимической активации;

- лабораторный технологический регламент производства дизельных топлив марок Л и З из побочных продуктов процесса сонохимической (ультразвуковой) активации окисления гудрона;

- экспериментальные и опытные образцы дизельных топлив марок Л и З;

- экспериментальные и опытные образцы дорожных асфальтобетонных смесей;

- математические модели технологии производства окисленных нефтяных битумов в условиях сонохимической активации;

- проблемно-ориентированные процедуры оптимизации по критерию энергосбережения режимных параметров технологии производства окисленных нефтяных битумов в условиях сонохимической активации

- типовые модельные модули и оптимизационные процедуры для реализации  множественных приложений разработанной методики в нефтехимической промышленности;

- рекомендации по возможности использования результатов проведенных ПНИЭР для оптимального проектирования инновационных энергосберегающих технологий производства окисленных нефтяных битумов в условиях сонохимической активации.

 

Практическая значимость исследования
В проекте впервые предлагается исследовать, апробировать в лабораторных условиях и реализовать на практике процесс производства окисленных нефтяных битумов с гибкой технологической схемой, основанной на интенсификации окислительных процессов при воздействии ультразвука и снижении общих энергозатрат за счет повышения эффективности взаимодействия гудрона с кислородом воздуха и снижения температуры его окисления. Для этого будет сконструирована опытная лабораторная установка, позволяющая получать образцы окисленных дорожных, кровельных и строительных битумов с использованием ультразвуковой активации. В установку будет интегрирована система многоуровневого контроля и автономного поддержания температуры, запорная арматура обеспечивающая отбор проб без прерывания процесса окисления, а также механизм регулирования расхода газа для окисления.
Подобный подход открывает новые возможности по снижению энергопотребления традиционных широко распространенных процессов производства нефтяных битумов, позволяя решить принципиальные проблемы разработки технологических инструкций по длительности и интенсивности ультразвукового воздействия в процессе окисления гудронов.
Постер

Poster_SamGTU_EE.pptx