Створення елементів інформаційно-математичної моделі гідродинамічних процесів на керамічному каталітичному нейтралізаторі для розробки комп’ютерної імітаційної моделі підприємства
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.319177Ключові слова:
керамічні каталізатори, математичне моделювання, комп'ютерна імітаційна модель, гідродинаміка, кінетика реакції, cfd-моделювання, нафтопереробкаАнотація
Об’єктом цього дослідження є гідродинамічні процеси на керамічних каталітичних нейтралізаторах, які використовуються при високотемпературній переробці нафти. Це є важливим для покращення якості палива та дотримання екологічних норм. Дослідження спрямовані на оптимізацію продуктивності каталітичних нейтралізаторів шляхом розуміння процесів взаємодії всередині їхніх пористих керамічних структур під впливом потоку рідини, явищ теплопередачі та хімічних реакцій. Дослідження проводиться задля створення комп’ютерної моделі для більш точного моделювання означених процесів, що дозволить подолати обмеження традиційних методів.
Робота направлена на розробку надійної системи, яка інтегрує експериментальні дані до обчислювальної гідродинаміки (CFD) для оптимізації продуктивності керамічних каталітичних нейтралізаторів. Створено математичну модель, яка поєднує динаміку рідин у пористій структурі кераміки із хімічною кінетикою каталітичних реакцій, що відбуваються при переробці нафти.
Результати роботи показують, що оптимізація таких параметрів, як швидкість потоку та завантаження каталізатора, покращує розподіл реагентів по його поверхні, що призводить до покращення ефективності перетворення та зниження споживання енергії. Дослідження демонструє, що дифузія та кінетичні обмеження критично впливають на каталітичні характеристики виробу. Вищі концентрації кобальту у шарі каталізатора сприяли дифузійно-контрольованим реакціям, що підвищує ефективність при високих швидкостях потоку.
Результати передбачають практичне застосування у нафтопереробній промисловості, що створює основу для розробки більш ефективних каталітичних нейтралізаторів. Цей підхід до моделювання дозволяє інженерам оптимізувати конструкції каталітичних систем, підвищуючи ефективність роботи та відповідність нормативним стандартам.
Крім того, у дослідженні виділяються області для подальших досліджень, такі як розширення моделі для включення більш складних умов експлуатації та інтеграція експериментальних даних у реальному часі для забезпечення кращої точності. Це покращить як процес проектування, так і продуктивність керамічних каталітичних нейтралізаторів у високотемпературних процесах нафтопереробки. Подальша робота може також досліджувати масштабованість рішення для промислових систем, що сприятиме інтеграції оптимізованих каталітичних нейтралізаторів до установок нафтопереробних заводів, забезпечуючи відповідність стандартам виробництва та екологічності.
Посилання
- Li, A., Zhang, W., Zhang, X., Chen, G., Liu, X., Jiang, A. et al. (2024). A Deep U-Net-ConvLSTM Framework with Hydrodynamic Model for Basin-Scale Hydrodynamic Prediction. Water, 16 (5), 625. https://doi.org/10.3390/w16050625
- Krychowska, A., Kordas, M., Konopacki, M., Grygorcewicz, B., Musik, D., Wójcik, K. et al. (2020). Mathematical Modeling of Hydrodynamics in Bioreactor by Means of CFD-Based Compartment Model. Processes, 8 (10), 1301. https://doi.org/10.3390/pr8101301
- Akhtar, M. S., Ali, S., Zaman, W. (2024). Recent Advancements in Catalysts for Petroleum Refining. Catalysts, 14 (12), 841. https://doi.org/10.3390/catal14120841
- Ortloff, C. R. (2024). Engineering and Modeling of Water Flow via Computational Fluid Dynamics (CFD) and Modern Hydraulic Analysis Methods. Water, 16 (21), 3086. https://doi.org/10.3390/w16213086
- Yang, L., Liu, F., Saito, K., Liu, K. (2018). CFD Modeling on Hydrodynamic Characteristics of Multiphase Counter-Current Flow in a Structured Packed Bed for Post-Combustion CO2 Capture. Energies, 11 (11), 3103. https://doi.org/10.3390/en11113103
- Al-Ameri, O. B., Alzuhairi, M., Bailón-García, E., Carrasco-Marín, F., Amaro-Gahete, J. (2024). Transforming Petrochemical Processes: Cutting-Edge Advances in Kaolin Catalyst Fabrication. Applied Sciences, 14 (19), 9080. https://doi.org/10.3390/app14199080
- Oloruntoba, A., Zhang, Y., Hsu, C. S. (2022). State-of-the-Art Review of Fluid Catalytic Cracking (FCC) Catalyst Regeneration Intensification Technologies. Energies, 15 (6), 2061. https://doi.org/10.3390/en15062061
- Bagnato, G., Sanna, A., Paone, E., Catizzone, E. (2021). Recent Catalytic Advances in Hydrotreatment Processes of Pyrolysis Bio-Oil. Catalysts, 11 (2), 157. https://doi.org/10.3390/catal11020157
- Robles-Lorite, L., Dorado-Vicente, R., Torres-Jiménez, E., Bombek, G., Lešnik, L. (2023). Recent Advances in the Development of Automotive Catalytic Converters: A Systematic Review. Energies, 16 (18), 6425. https://doi.org/10.3390/en16186425
- Emberru, R. E., Patel, R., Mujtaba, I. M., John, Y. M. (2024). A Review of Catalyst Modification and Process Factors in the Production of Light Olefins from Direct Crude Oil Catalytic Cracking. Sci, 6 (1), 11. https://doi.org/10.3390/sci6010011
- Hayes, R. E., Fadic, A., Mmbaga, J., Najafi, A. (2012). CFD modelling of the automotive catalytic converter. Catalysis Today, 188 (1), 94–105. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2012.03.015
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Anton Myronov, Mariia Ilchenko, Yevheniia Ponomarenko, Kostiantyn Gorbunov, Serhii Bykanov, Hanna Ponomarenko, Liudmyla Solovei
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
