Шаехова Л.Р.
ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПЕНТАН-ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ: АКТУАЛЬНОСТЬ, МЕТОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ *
Аннотация:
в статье рассматривается актуальность и необходимость цифровизации процесса изомеризации пентан-гексановой фракции на нефтегазоперерабатывающих предприятиях. Проведен анализ современных мировых исследований и практического опыта внедрения цифровых технологий для оптимизации данного процесса. Описаны ключевые методы цифрового управления, включая передовые системы автоматического управления (APC), моделирование и оптимизацию на основе искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML), цифровые двойники и системы предиктивной аналитики. Представлен обзор текущего состояния внедрения данных технологий в России и за рубежом, а также обозначены перспективы их дальнейшего развития.
Ключевые слова:
изомеризация, пентан-гексановая фракция, цифровизация, автоматическое управление, искусственный интеллект, машинное обучение, цифровой двойник, предиктивная аналитика
1. Введение.Процесс изомеризации легких бензиновых фракций, в частности пентан-гексановой фракции (С5-С6), играет ключевую роль в производстве высокооктановых компонентов бензина, не содержащих свинцовых присадок. Ужесточение экологических требований к качеству моторного топлива во всем мире обуславливает непрерывный поиск путей повышения эффективности и селективности установок изомеризации. В этой связи, цифровая трансформация нефтегазовой отрасли открывает новые возможности для оптимизации технологических процессов, снижения эксплуатационных затрат и повышения конкурентоспособности предприятий [1].Актуальность цифрового управления процессом изомеризации пентан-гексановой фракции обусловлена рядом факторов:Повышение требований к качеству бензина: Необходимость увеличения октанового числа и снижения содержания бензола и ароматических углеводородов стимулирует поиск более эффективных технологий изомеризации.Волатильность цен на сырье и энергоносители: Оптимизация технологических параметров позволяет снизить потребление энергоресурсов и повысить экономическую эффективность процесса.Необходимость повышения безопасности и надежности производства: Цифровые системы мониторинга и диагностики позволяют предотвращать аварийные ситуации и снижать риски.Конкуренция на мировом рынке: Внедрение передовых цифровых технологий является ключевым фактором повышения конкурентоспособности нефтегазоперерабатывающих предприятий.Целью данной статьи является анализ современных методов цифрового управления процессом изомеризации пентан-гексановой фракции, применяемых в мировой практике, и оценка перспектив их внедрения на российских предприятиях.2. Методы цифрового управления процессом изомеризации.Современные цифровые технологии предлагают широкий спектр инструментов для управления процессом изомеризации пентан-гексановой фракции, которые можно условно разделить на следующие группы:2.1. Передовые системы автоматического управления (APC).Системы APC представляют собой многоуровневые комплексы, включающие в себя системы расширенного регулирования (Advanced Regulatory Control, ARC) и оптимизации в реальном времени (Real-Time Optimization, RTO). ARC обеспечивают более стабильное и точное поддержание заданных технологических параметров (температура, давление, расход и т.д.) за счет использования сложных алгоритмов управления, таких как прогнозирующее управление на основе модели (Model Predictive Control, MPC) [2]. RTO, в свою очередь, на основе математических моделей процесса и текущих экономических показателей, рассчитывают оптимальные уставки для контроллеров ARC, максимизируя целевую функцию (например, прибыль) при соблюдении технологических ограничений [3].За рубежом системы APC являются стандартом де-факто на большинстве современных нефтеперерабатывающих заводов. Компании Honeywell, AspenTech и Yokogawa являются ведущими поставщиками таких решений, предлагая как универсальные платформы, так и специализированные модули для установок изомеризации. В России внедрение APC находится на начальном этапе, однако наблюдается растущий интерес к данным технологиям со стороны крупных нефтегазовых компаний.2.2. Моделирование и оптимизация на основе искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML).Технологии AI и ML открывают новые горизонты для оптимизации сложных химических процессов, таких как изомеризация. В отличие от традиционных математических моделей, основанных на физико-химических законах, AI/ML-модели способны выявлять скрытые закономерности в больших объемах исторических и оперативных данных, прогнозировать поведение процесса в различных условиях и находить оптимальные режимы работы без явного знания всех причинно-следственных связей [4].Применительно к процессу изомеризации пентан-гексановой фракции, AI/ML могут использоваться для:Прогнозирования выхода изомератов и побочных продуктов в зависимости от параметров сырья и технологического режима.Оптимизации работы реактора и сепарационного оборудования для максимизации целевого продукта и минимизации энергопотребления.Выявления оптимальных составов катализатора на основе экспериментальных данных и результатов моделирования.Разработки систем советчиков оператору для принятия обоснованных решений в режиме реального времени.В мировой практике активно ведутся исследования по применению нейронных сетей, генетических алгоритмов и других методов AI/ML для управления процессами нефтепереработки [5]. Некоторые зарубежные компании уже успешно внедряют AI-powered решения для оптимизации установок изомеризации, достигая значительного увеличения выхода целевых продуктов и снижения эксплуатационных затрат. В России данное направление находится на стадии активного изучения и пилотных проектов.2.3. Цифровые двойники (Digital Twins).Цифровой двойник представляет собой виртуальную копию физического актива (например, установки изомеризации), которая объединяет данные с датчиков, математические модели, AI/ML-алгоритмы и инструменты визуализации. Он позволяет моделировать поведение реального объекта в различных сценариях, проводить виртуальные эксперименты, оптимизировать режимы работы, прогнозировать отказы оборудования и обучать персонал без риска для реального производства [6].В контексте изомеризации пентан-гексановой фракции, цифровой двойник может включать в себя:Виртуальную модель реактора и сепарационного оборудования с учетом их геометрических параметров, гидродинамики и кинетики реакций.Модели катализатора с учетом его активности и дезактивации.Интегрированные AI/ML-модели для прогнозирования и оптимизации.Инструменты визуализации данных в режиме реального времени для мониторинга ключевых показателей процесса.За рубежом разработка и внедрение цифровых двойников является одним из ключевых трендов цифровой трансформации нефтегазовой отрасли. Такие компании, как Siemens, AVEVA и Bentley Systems, предлагают комплексные платформы для создания и эксплуатации цифровых двойников. В России интерес к данной технологии растет, однако практическое внедрение находится на начальной стадии.2.4. Системы предиктивной аналитики.Системы предиктивной аналитики используют статистические методы, AI/ML и анализ больших данных для прогнозирования будущих событий и состояний оборудования. В процессе изомеризации пентан-гексановой фракции предиктивная аналитика может применяться для:Прогнозирования отказов насосов, компрессоров и другого критически важного оборудования на основе анализа данных вибрации, температуры, давления и других параметров.Оценки остаточного ресурса катализатора на основе анализа данных о его активности и селективности.Прогнозирования изменения качества сырья и корректировки технологического режима для поддержания стабильного качества продукции.Оптимизации графиков технического обслуживания и ремонта на основе прогнозов состояния оборудования.Внедрение систем предиктивной аналитики позволяет снизить затраты на обслуживание, повысить надежность работы установки и минимизировать внеплановые простои. Мировой опыт показывает значительную экономическую эффективность от использования данных технологий в нефтепереработке [7]. В России внедрение предиктивной аналитики также набирает обороты, особенно в части мониторинга состояния оборудования.3. Текущее состояние и перспективы внедрения цифровых технологий.Анализ мировых исследований и практического опыта показывает, что цифровизация процесса изомеризации пентан-гексановой фракции является устойчивым трендом. Зарубежные нефтегазовые компании активно инвестируют в разработку и внедрение передовых цифровых технологий, получая значительные экономические и экологические выгоды.В России внедрение цифровых технологий в нефтегазовой отрасли, в том числе в процесс изомеризации, находится на начальном этапе. Существует ряд сдерживающих факторов, таких как недостаточный уровень развития цифровой инфраструктуры, нехватка квалифицированных кадров и консервативность некоторых предприятий. Однако, в последние годы наблюдается растущее понимание необходимости цифровой трансформации и активизация усилий в этом направлении со стороны государства и крупных нефтегазовых компаний.Перспективы дальнейшего развития цифрового управления процессом изомеризации пентан-гексановой фракции в России связаны с:Развитием отечественных программных и аппаратных решений в области промышленной автоматизации, AI/ML и больших данных.Подготовкой квалифицированных специалистов в области цифровых технологий для нефтегазовой отрасли.Созданием благоприятных условий для инвестиций в цифровизацию производственных процессов.Активным обменом опытом и знаниями с зарубежными компаниями, лидерами в области цифровой трансформации.4. Заключение.Цифровое управление процессом изомеризации пентан-гексановой фракции является актуальным и необходимым направлением развития нефтегазоперерабатывающей отрасли. Внедрение передовых систем автоматического управления, технологий искусственного интеллекта и машинного обучения, цифровых двойников и систем предиктивной аналитики позволяет значительно повысить эффективность, безопасность и экологичность данного процесса. Несмотря на то, что в России внедрение данных технологий находится на начальном этапе, мировой опыт свидетельствует о высоком потенциале цифровизации для повышения конкурентоспособности отечественных нефтегазоперерабатывающих предприятий. Дальнейшее развитие цифровой инфраструктуры, подготовка кадров и государственная поддержка будут способствовать ускорению этого процесса.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 2
Ссылка для цитирования:
Шаехова Л.Р. ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПЕНТАН-ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ: АКТУАЛЬНОСТЬ, МЕТОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ // Вестник науки №5 (86) том 2. С. 1118 - 1125. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/22965 (дата обращения: 20.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+