catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2019-6-465-473catal-665Research ArticleКАТАЛИЗ В НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИСATALYSIS IN PETROLEUM REFINING INDUSTRYМногокритериальная оптимизация реакторного блока каталитического риформинга с использованием генетического алгоритмаMulticriteria Optimization of the Catalytic Reforming Reactor Unit Using the Genetic AlgorithmЗайнуллинР. З.ZainullinR. Z.ctls@kalvis.ruЗагоруйкоА. Н.ZagoruikoA. N.ctls@kalvis.ruКолединаК. Ф.KoledinaK. F.ctls@kalvis.ruГубайдуллинИ. М.GubaidullinI. M.ctls@kalvis.ruФасхутдиноваР. И.FaskhutdinovaR. I.ctls@kalvis.ruУфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ), УфаРоссияUfa State Oil Technical University; Institute of Petrochemistry and Catalysis, UfaRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationУфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ), Уфа; Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН (ИНК УФИЦ РАН), УфаРоссияUfa State Oil Technical University; Institute of Petrochemistry and Catalysis, UfaRussian FederationИнститут нефтехимии и катализа УФИЦ РАН (ИНК УФИЦ РАН), УфаРоссияInstitute of Petrochemistry and Catalysis, UfaRussian Federation201914112019196465473Copyright © LLC "KALVIS", 20192019LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/665

Работа посвящена многокритериальной оптимизации работы реакторного блока процесса риформинга нефтяных фракций на основе ранее созданной математической модели. Модель способна учитывать изменение температуры и мольного расхода реакционной смеси в ходе химических превращений, учитывать состав перерабатываемого сырья, качество и кратность циркуляции водородсодержащего газа. В качестве критериев многокритериальной оптимизации используются: октановое число, выход целевого продукта (риформата), содержание суммы ароматических углеводородов и бензола в отдельности. Оптимизация реализована с помощью методов Парето аппроксимации с использованием генетического алгоритма. В качестве управляющих параметров использовались температуры на входе реакторов. По результатам оптимизации достигается снижение содержания суммы ароматических углеводородов с 56 до 45 мас.%, при этом октановое число снижается с 92,7 до 90,7 пунктов по исследовательскому методу. Также рассмотрена трехкритериальная оптимизация, обеспечивающая снижение содержания бензола с 4 до 3,08 мас.%, при снижении октанового числа с 92,7 до 91,8 пунктов по исследовательскому, методу. В обоих случаях снижение октанового числа носит приемлемый характер, с учетом выполнения сформулированных требований по предельному содержанию бензола и ароматических углеводородов в риформате.

The study is devoted to multicriteria optimization of the operation of the reactor unit intended for reforming of oil fractions. The optimization is based on the earlier developed mathematical model, which can take into account changes in the temperature and molar consumption of the reaction mixture during chemical transformations, the composition of the feedstock being processed, and the circulation quality and ratio of the hydrogen-containing gas. The following criteria are used in such optimization: octane number, yield of the target product (reformate), content of the sum of aromatic hydrocarbons, and content of benzene. The optimization was implemented using Pareto approximation with the genetic algorithm. Temperatures at the reactor inlets served as the control parameters. As a result of optimization, the sum content of aromatic hydrocarbons decreases from 56 to 45 wt.%, and the octane number measured by the research method (RON) decreases from 92.7 to 90.7 points. The three-criteria optimization is also considered; it provides a decrease in the benzene content from 4 to 3.08 wt.% with a decrease in RON from 92.7 to 91.8 points. In both cases, the decrease in the octane number is admissible, taking into account the fulfilled requirements to the limiting content of benzene and aromatic hydrocarbons in the reformate.

каталитический риформингреакторный блокмногокритериальная оптимизациягенетический алгоритмтемпературный режимсоотношение катализатораcatalytic reformingreactor unitmulticriteria optimizationgenetic algorithmtemperature modecatalyst ratioReferencesЯковлев А.А., Ахметов А.Ф., Павлова И.Н. // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2006. № 2. С. 32.Яковлев А.А., Ахметов А.Ф., Павлова И.Н. // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2006. № 2. С. 32.Кондрашев Д.О., Ахметов А.Ф. // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2006. № 2. С. 34.Кондрашев Д.О., Ахметов А.Ф. // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2006. № 2. С. 34.Белый А.С. // Кинетика и катализ. 2005. No. 46(5). С. 728—737.Белый А.С. // Кинетика и катализ. 2005. No. 46(5). С. 728—737.Островский Н.М. Кинетика дезактивации катализаторов. М.: Наука, 2001. 334 с.Островский Н.М. Кинетика дезактивации катализаторов. М.: Наука, 2001. 334 с.Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Интеллектуальные системы в химической технологии и инженерном образовании. Новосибирск: Наука, 1996. 200 с.Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Интеллектуальные системы в химической технологии и инженерном образовании. Новосибирск: Наука, 1996. 200 с.Rahimpour M.R., Jafari M., Iranshahi D. Applied Energy. 109(2013) 79-93Rahimpour M.R., Jafari M., Iranshahi D. Applied Energy. 109(2013) 79-93Krane H.G., Groh A.B., Shulman B.L., Sinfelt J.H. 5th World Petroleum Congress. New York. USA. 1960. P. 39—53.Krane H.G., Groh A.B., Shulman B.L., Sinfelt J.H. 5th World Petroleum Congress. New York. USA. 1960. P. 39—53.Жоров Ю.М, Панченков Г.М, Тираньян Ю.А. // Кинетика и катализ, 1965. Т. 6. No. 6. С. 1091—1097.Жоров Ю.М, Панченков Г.М, Тираньян Ю.А. // Кинетика и катализ, 1965. Т. 6. No. 6. С. 1091—1097.Шариков Ю.В., Петров П.А. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. No. 10. С. 9—11.Шариков Ю.В., Петров П.А. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. No. 10. С. 9—11.Aguilar R., Anchyeta J. // Oil Gas J. July 25 1994a, 80—83.Aguilar R., Anchyeta J. // Oil Gas J. July 25 1994a, 80—83.Aguilar R., Anchyeta J. // Oil Gas J. January 31 1994b, 93—95.Aguilar R., Anchyeta J. // Oil Gas J. January 31 1994b, 93—95.Jenkins J.H., Stephens T.W. Hydrocarbon Processing, November 1980, 163—167.Jenkins J.H., Stephens T.W. Hydrocarbon Processing, November 1980, 163—167.Ramage M.P., Graziani K.P., Krambeck F.J. Chem. Eng. Sci. 1980, 35, 41—48.Ramage M.P., Graziani K.P., Krambeck F.J. Chem. Eng. Sci. 1980, 35, 41—48.Ramage M.P., Graziani K.R., Shipper P.H., Krambeck F.J., Choi B.C. Adv. Chem.Eng. 1987, 13, 193.Ramage M.P., Graziani K.R., Shipper P.H., Krambeck F.J., Choi B.C. Adv. Chem.Eng. 1987, 13, 193.Marin G.B., Froment G.F. Reforming of C6 hydrocarbons on a Pt-Al2O3 catalyst.Marin G.B., Froment G.F. Reforming of C6 hydrocarbons on a Pt-Al2O3 catalyst.Chem. Eng. Sci. 1982, 37, (5), 759—773.Chem. Eng. Sci. 1982, 37, (5), 759—773.Van Trimpont P.A., Marin G.B., Froment G.F. Ind. Eng. Chem. Res. 1988, 27, 1.Van Trimpont P.A., Marin G.B., Froment G.F. Ind. Eng. Chem. Res. 1988, 27, 1.Coppens M.O., Froment G.F. Fractal aspects in the catalytic reforming of naphtha.Coppens M.O., Froment G.F. Fractal aspects in the catalytic reforming of naphtha.Chem. Eng. Sci. 1996, 51, 2283—2292.Chem. Eng. Sci. 1996, 51, 2283—2292.Lee J.W., Ko K.Y., Jung Y.K., Lee K.S. // Comp. Chem. Eng., 1997, 21, S1105— S1110.Lee J.W., Ko K.Y., Jung Y.K., Lee K.S. // Comp. Chem. Eng., 1997, 21, S1105— S1110.Дюсембаева А.А., Вершинин В.И. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. No. 5. С. 24—29.Дюсембаева А.А., Вершинин В.И. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. No. 5. С. 24—29.Belinskaya N., Ivanchina E., Ivashkina E., Silko G. // Procedia Chemistry. V. 10. 2014. P. 267—270Belinskaya N., Ivanchina E., Ivashkina E., Silko G. // Procedia Chemistry. V. 10. 2014. P. 267—270Zagoruiko A., Belyi A., Smolikov M., Noskov A. // Catalysis Today. 2014. 220—222. P. 168—177.Zagoruiko A., Belyi A., Smolikov M., Noskov A. // Catalysis Today. 2014. 220—222. P. 168—177.Hou W., Su H., Mu S., Chu J. // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007. No. 15. P. 75—80.Hou W., Su H., Mu S., Chu J. // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007. No. 15. P. 75—80.Stijepovic M.Z., Linke P., Kijevcanin M. // Energy and Fuels. 2010. 24. P. 1908—1916Stijepovic M.Z., Linke P., Kijevcanin M. // Energy and Fuels. 2010. 24. P. 1908—1916Hou W., Su H., Hu Y., Chu J. // J. Chem. Eng. 2006. 14(5). P. 584—591.Hou W., Su H., Hu Y., Chu J. // J. Chem. Eng. 2006. 14(5). P. 584—591.Lid T., Skogestad S. // J. Process Control 18 (2008) 320-331.Lid T., Skogestad S. // J. Process Control 18 (2008) 320-331.Sepehr Sadighi, Reza Seif Mohaddecy, Ali Norouzian // Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis. 2015. No 10, pp 210-220.Sepehr Sadighi, Reza Seif Mohaddecy, Ali Norouzian // Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis. 2015. No 10, pp 210-220.Zainullin R.Z., Koledina K.F., Akhmetov A.F., Gubaidullin I.M. // Kinetics and Catalysis. 2017. Vol. 58. No. 3. pp. 279—289.Zainullin R.Z., Koledina K.F., Akhmetov A.F., Gubaidullin I.M. // Kinetics and Catalysis. 2017. Vol. 58. No. 3. pp. 279—289.Гейтс Б., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. М.: Мир, 1981. С. 551.Гейтс Б., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. М.: Мир, 1981. С. 551.Taskar U., Riggs J.B. // AIChE Journal. 1997. № 43. P. 740.Taskar U., Riggs J.B. // AIChE Journal. 1997. № 43. P. 740.Padmavathi G., Chaudhuri K.K. // Can. J Chem. Eng. 1997. № 75. P. 930.Padmavathi G., Chaudhuri K.K. // Can. J Chem. Eng. 1997. № 75. P. 930.Iranshahi D., Amiri H., Karimi M. // Energy Fuels. 2013. № 27. P. 4048.Iranshahi D., Amiri H., Karimi M. // Energy Fuels. 2013. № 27. P. 4048.Прямые и обратные задачи в химической кинетике. Под ред. В.И. Быкова. Новосибирск: Наука, 1993. 288 с.Прямые и обратные задачи в химической кинетике. Под ред. В.И. Быкова. Новосибирск: Наука, 1993. 288 с.Коледина К.Ф., Губайдуллин И.М. // Журнал физической химии. 2016. Т. 90. № 5. С. 671.Коледина К.Ф., Губайдуллин И.М. // Журнал физической химии. 2016. Т. 90. № 5. С. 671.Gubaydullin I., Koledina K. and Sayfullina L. // Eng. J. 2014. Vol. 18. No. 1. pp. 13-24.Gubaydullin I., Koledina K. and Sayfullina L. // Eng. J. 2014. Vol. 18. No. 1. pp. 13-24.Nurislamova L., Gubaydullin I., Koledina K. and Safin R. // Reac. Kinet. Mech. Cat. 2016. Vol. 117. No. 1, pp. 1-14.Nurislamova L., Gubaydullin I., Koledina K. and Safin R. // Reac. Kinet. Mech. Cat. 2016. Vol. 117. No. 1, pp. 1-14.Deb K., Mohan M. and Mishra S. Evolutionary Multi-Criterion Optimization, Faro, Portugal, April 8-11, 2003, Springer, pp. 222-236.Deb K., Mohan M. and Mishra S. Evolutionary Multi-Criterion Optimization, Faro, Portugal, April 8-11, 2003, Springer, pp. 222-236.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.