ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

121 

 

УДК 662.75:662.732 

 

1,2

Каирбеков Ж.К.*, 

1,2

Ермолдина Э.Т., 

2

Джелдыбаева И.М.*, 

1

Суймбаева С.М. 

 

1

Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан 

2

ДГП НИИ Новых химических технологий и материалов, г. Алматы, Казахстан 

Е-mail: 

us.niinhtm@mail.ru

  

 

Оптимизация процесса гидрогенизации угля мамытского месторождения в 

периодическом режиме 

 

Методом  вероятностно-детерминированного  планирования  эксперимента  на  основе 

нелинейной  множественной  корреляции  определены  оптимальные  параметры  процесса 

гидрогенизации 

угля 

Мамытского 

месторождения. 

Составлено 

обобщенное 

многофакторное  уравнение  основанного  на  известной  формуле  Протодьяконова. 

Проведенные  экспериментальные  данные  подтверждают  адекватность  математической 

модели процесса и ее можно использовать для регулирования технологического режима и 

прогнозирования  коррекции  выхода  в  жидких  продуктах  и  создания  укрупненной 

установки гидрогенизации угля. 

Ключевые слова: гидрогенизация, уголь, Мамыт, периодический режим. 

 

1,2

Қайырбеков Ж.Қ., 

1,2

Ермолдина Э.Т., 

2

Джелдыбаева И.М., 

1

Суймбаева С.М. 

 

1

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан 

2

ЕМК Жаңа химиялық технологиялар мен материалдар ҒЗИ, Алматы қ., Қазақстан 

 

Периодты режимде мамыт кен орны көмірін гидрогендеу үрдісін оңтайландыру 

 

Мамыт кен орны көмірін гидрогендеу үрдісінің оңтайлы жағдайлары сызықтық емес 

көптік  корреляция  негізінде  тәжірибені  мүмкін-детерминирлі  жоспарлау  әдісі  арқылы 

анықталды.  Протодьяконова  теңдеуі  негізінде  жалпыланған  көпфакторлы  теңдеуі 

құрастырылды. Үрдістің математикалық моделінің дұрыс екендігін өткізілген тәжірибелер 

дәлелдеп  отыр  және  математикалық  модельдерді    технологиялық  режимді    реттеу  үшін, 

сұйық  өнім  шығымын  түзетуді  болжау  үшін  және  көмірді  гидрогенизациялайтын 

нығайтылған қондырғы жасауда қолдануға болады. 

Түйін сөздер: гидрогендеу, көмір, Мамыт, периодты  режим. 

 

1,2

Kairbekov Zh.K., 

1,2

Yermoldina E.T., 

2

Jeldybayeva I.M., 

1

Suimbayeva S.M. 

 

1

al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan 

2

Scientific Research Institute of New Chemical Technologies and Materials, Almaty, Kazakhstan 

 

Optimization of process of the hydrogenation of coal of the mamyt field in the 

periodic duty 

 

The  method  of  the  probability  determined  scheduling  of  an  experiment  on  the  basis  of  a 

non-linear multiple correlation determined optimum parameters of process of a hydrogenation of 

coal of the Mamyt field. The generalized multifactorial equation of Protodyakonov based on the 

known  formula  is  worked  out.  The  carried-out  experimental  datas  confirm  adequacy  of 

mathematical model of process and it can be used for regulation of the technological mode and 

prediction of correction of an exit in fluid products and creations of the integrated installation of 

a hydrogenation of coal. 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

122 

 

Keywords: hydrogenation, coal, Mamyt, periodic duty. 

 

Введение 

 

Для определения оптимальных условий и создания математической модели процесса 

гидрогенизации угля Мамытского месторождения проведены лабораторные исследования 

с использованием метода вероятностно – детерминиованного планирования эксперимента 

[1,2], в котором учитывается взаимное влияние различных факторов. 

 

Эксперимент 

 

Опыты проводили на установке периодического режима при температуре 653-713 К, 

давлении  аргона  0,4-0,5  МПа.  В  качестве  катализатора  использовали  Тургайский  боксит 

094,  пастообразователем  служил  нефтяной  остаток  с  температурой  кипения  выше  773К. 

Результаты  эксперимента  оценивали  по  выходу  жидких  продуктов  (до  593К).  Нами 

исследовано влияние пяти факторов на гидрогенизацию Мамытского угля (таблица 1). 

 

Результаты и обсуждения. 

 

Таблица 1 - Изучаемые факторы и их уровни 

 

Факторы 

Уровни 

1 

2 

3 

4 

Х

1

-добавка серы к катализатору, % от m

кт

 

0 

1 

1,25 

1,5 

Х

2

-продолжительность гидрирования, мин 

0 

15 

30 

45 

Х

3

-количество катализатора, г 

0 

0,34 

0,67 

1,0 

Х

4

-соотношение уголь:пастообразователь 

2:1 

1:1 

1:2 

1:3 

Х

5

-температура гидрирования, К 

653 

673 

693 

713 

 

Так как зависимость выхода жидких продуктов из угля от вышеуказанных факторов 

нелинейна, нами был использован метод математического планирования эксперимента. В 

основу которого положена нелинейная множественная корреляция. Переменные факторы 

варьировали на 4-х уровнях. Матрица планирования эксперимента приведена в таблице 1. 

Каждая  строка  матрицы  отвечает  условиям  проведения  эксперимента.  Причем 

структура  матрицы  такова,  что  при  проведении  всех  экспериментов  уровень  любого 

фактора  встречается  один  раз  с  каждым  уровнем  всех  факторов.  Для  этого  каждый 

уровень каждого фактора выдается в эксперимента столько раз, сколько принято уровней. 

В колонке У

эксп

 представлены результаты всех экспериментов, а для У

расч

-расчетные 

значения по обобщенному уравнению Протодьяконова, % [1]. Значения частных функций 

соответственно для каждого фактора приведены в таблице 3. 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

123 

 

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента 

 

№ 

Х

1 

Х

2 

Х

3 

Х

4 

Х

5 

У

эксп

, % 

У

расч

, % 

 

1 

0,00 

0 

0,00 

2:1 

653 

29,30 

21,37 

2 

1,00 

15 

0,34 

1:1 

653 

44,60 

40,44 

3 

1,25 

30 

0,67 

1:2 

653 

56,90 

50,77 

4 

1,50 

45 

1,00 

1:3 

653 

58,40 

45,18 

5 

0,00 

15 

0,67 

1:3 

673 

51,30 

44,85 

6 

1,00 

0 

1,00 

1:2 

673 

32,80 

37,12 

7 

1,25 

45 

0,00 

1:1 

673 

26,50 

26,97 

8 

1,50 

30 

0,34 

2:1 

673 

38,90 

37,45 

9 

0,00 

30 

1,00 

1:1 

693 

20,10 

27,16 

10 

1,00 

45 

0,67 

2:1 

693 

23,70 

27,37 

11 

1,25 

0 

0,34 

1:3 

693 

50,40 

46,71 

12 

1,50 

15 

0,00 

1:2 

693 

39,20 

40,52 

13 

0,00 

45 

0,34 

1:2 

713 

16,90 

27,20 

14 

1,00 

30 

0,00 

1:3 

713 

29,40 

40,16 

15 

1,25 

15 

1,00 

2:1 

713 

27,30 

30,97 

16 

1,50 

0 

0,67 

1:1 

713 

20,20 

34,52 

 

Выборка на уровни проводится из экспериментальных данных У

эксп

 (таблица 2). Для 

получения У

1

 при первом уровне достаточно сложить результаты первых четырех опытов 

и разделить сумму на четыре. Принцип выборки на остальные функции остается тот же, 

но  здесь  одинаковые  уровни  располагаются  вразброс,  поэтому  соответствующие  им 

результаты эксперимента разбросаны по тем же строкам. 

 

Таблица 3 - Экспериментальные значения частных функций 

 

Факт

ор 

1 

2 

3 

4 

У

сред 

Y

1 

29,4 

32,6 

40,3 

39,2 

35,4 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

124 

 

Y

2 

33,2 

40,6 

36,3 

31,4 

35,4 

Y

3 

31,1 

37,7 

38,0 

34,7 

35,4 

Y

4 

29,8 

27,9 

36,5 

47,4 

35,4 

Y

5 

47,3 

37,4 

33,4 

23,5 

35,4 

 

Данные таблицы 3 наносились на график (рисунок 1.) Для описания кривой методом 

наименьших  квадратов  проводился  подбор  и  расчет  эмпирических  формул.  Расчетные 

значения всех частных зависимостей и сами зависимости приведены в таблице 4. 

 

Таблица 4 - Расчетные значения частных функций 

 

Функции 

1 

2 

3 

4 

У

сред 

Y

1

=7,0157х

1

+29,792 

29,79 

36,81 

38,56 

40,32 

36,37 

Y

2

=-0,0137х

2

+0,5543х

2

+33,726 

33,73 

38,96 

38,03 

30,93 

35,41 

Y

3

=-22,339х

3

2

+25,659х

3

+31,212 

31,21 

37,35 

38,38 

34,53 

35,37 

Y

4

=3,1884х

4

2

-3,6475х

4

+29,968 

28,40 

31,47 

37,60 

43,74 

35,30 

Y

5

=-0,0126х

5

2

+10,077х

5

-1967,4 

37,54 

36,03 

34,52 

33,01 

35,28 

 

Каждую из функций проверяли на значимость, использую коэффициент нелинейной 

множественной корреляции 

 

                           (1) 

 

и его значимость: 

 

t

R

                                        (2) 

 

где  N-  число  описываемых  точек,  К-  число  действующих  факторов,  У

э- 

экспериментальный результат (табл.3), У

т

- теоретический (расчетный) результат (табл.4), 

У

ср

- среднее экспериментальное значение (табл.3). 

 

В данном случаеN=4, K=1, так как учитывается влияние только одного фактора, при 

этом У

ср

  совпадает с общим средним. 

При  подборе  частных  зависимостей  использовали  метод  последовательного 

приближения. Вначале точки аппроксимировались на уравнения прямой. Если эта модель 

оказывается адекватной (со значимым коэффициентом корреляции), то ее оставляли, если 

же модель неадекватна- переходили к моделям более высоких порядков. 

Результаты  расчетов  коэффициента  нелинейной  множественной  корреляции  и  его 

значимости представлены в таблице 5.  

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

125 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Частные зависимости выхода жидких продуктов (а-добавка серы, 

продолжительность опыта, в-добавка катализатора, г-соотношение 

угольпастообразователь, д-температура опыта) 

 

Таблица 5 - Значимость частных функций 

 

 

1 

2 

3 

4 

5

 

R

 

0,78 

0,87 

0,99 

0,91 

0,99 

t

R

 

3,46 

6,27 

85,6 

9,26 

85,6 

Значимость

 

значима 

значима 

значима 

значима 

значима 

 

Данные  таблицы  5  свидетельствуют  о  значимости  всех  функций  в  достоверности 

полученных уравнений на основе частных зависимостей. Определив значимость частных 

функций,  составили  обобщенное  уравнение  Протодьяконова  по  каждому  пааремтру 

оптимизации: 

 

                              (3) 

 

где  У

п

-обобщенная  функция,  У

і

-частная  функция, 

-произведение  всех 

частных  функций,  У

ср

-общее  средне  всех  учитываемых  значений,  n-число  факторов 

частных функций 

 

при оптимизации процесса гидрогенизации Мамытского угля обобщенное уравнение 

имеет вид: 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

126 

 

 

  (4) 

 

Обобщенное  уравнение  по  каждой  функции  отклика  проверялось  на  значимость 

путем  сравнения  вычисленных  результатов  по  обобщенному  уравнению  с 

экспериментальными  данными.  Как  видно,  из  пяти  рассмотренных  аргументов  каждый 

может  оказывать  влияние  на  гидрогенизацию  угля  при  проведении  процесса  в 

присутствии пастобразователя. 

Так,  конверсия  ОМУ  повышается  с  увеличением  количества  катализатора  и 

модифицирующей  добавки.  Увеличение  температуры  процесса  выше  673  К  приводит  к 

уменьшению 

конверсии 

угля. 

Следует 

отметить 

положительное 

влияние 

пастообразователя, что свидетельствует о донорной активности остатка нефтей. 

 

Заключение 

 

Таким  образом,  нами  найдены  оптимальные  условия  гидрогенизации  угля 

Мамытского месторождения на катализаторе-Тургайском боксите 094 [3]: 

Х

1

-модифицирование серой в количестве 1,2% от массы катализатора; 

Х

2

-время гидрирования 15-30 мин; 

Х

3

-количество катализатора 6,7% от массы угля; 

Х

4

-соотношение уголь:пастообразователь=1:2; 

Х

5

-температура процесса 673-693 К. 

Реализованный  в  этих  условиях  эксперимент  дает  хорошее  совпадение  с 

теоретически    рассчитанный  конверсией  органической  массы  угля.  Экспериментальные 

данные  подтверждают  адекватность  математической  модели  процесса  и  ее  можно 

использовать для регулирования технологического режима и прогнозирования коррекции 

выхода  в  жидких  продуктах  и  создания  укрупненной  установки  гидрогенизации  угля  и  

проведения испытаний. 

 

жүктеу/скачать 31,15 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: