Том 337 № 3 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/3/5133
Компьютерное моделирование печи пиролиза этан-пропановой фракции в программной платформе Symmetry
Актуальность исследования обусловлена необходимостью оптимизации процессов пиролиза в нефтехимической промышленности, сосредоточенной на повышении эффективности работы пиролизных печей, играющих ключевую роль в производстве таких углеводородов, как этилен и пропилен, которые являются основными сырьевыми материалами для многих химических производств. Цель. Разработка модели печи пиролиза этан-пропановой фракции и использование её в качестве инструмента для прогнозирования состояния пиролизной установки в рамках технологического режима работы. Объект. Процесс пиролиза этан-пропановой фракции, учитывающий реакции образования кокса. Методы. Моделирование химико-технологических процессов. Результаты и выводы. Разработана модель печи пиролиза этан-пропановой фракции в программной платформе Symmetry, учитывающая процессы коксообразования. Вычислено распределение скорости образования кокса по длине радиантного пирозмеевика. Максимальна скорость коксообразования составила 4,86 нм/с в концевом участке пирозмеевика, что является показателем интенсивного протекатиня вторичных (нежелательных) реакций на конце радиантного змеевика. Определено влияние ключевых параметров, таких как температура, давление, расход реакционного газа на выход целевых продуктов и скорость образования кокса. Так, с ростом давления происходит снижение выхода этилена и пропилена, а при повышении температуры выход этилена увеличивается, в то время как содержание пропилена в пирогазе снижается. Однако в двух случаях происходит рост скорости образования кокса, что приводит к снижению времени пробега печи. В свою очередь, повышение расхода реакционного газа через пирозмеевик способствует снижению коксообразования и повышению содержания пропилена в пирогазе, но при этом снижается выход этилена. Применяя созданную модель, можно прогнозировать содержание компонентов в составе полученного пирогаза при изменении параметров работы печи. На основе этих данных, учитывая требуемое время пробега печи и конверсию целевых продуктов, можно формировать оптимальный режим работы печи пиролиза.
Для цитирования: Компьютерное моделирование печи пиролиза этан-пропановой фракции в программной платформе Symmetry. Р.А. Лановой, С.С. Садовский, К.В. Селянгин, П.А. Коваленко, Г.Р. Романов. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 3, С. 36–46. https://doi.org/10.18799/24131830/2026/3/5133
Ключевые слова:
пиролиз, пирогаз, углеводороды, этилен, пропилен, этан-пропановая фракция, конверсия, коксообразование
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов А.П., Петров С.И. Современные методы моделирования пиролиза. Химическая технология, 2021, T. 64, № 2, C. 45–58.
2. Смирнов Д.В. Оптимизация процессов пиролиза: новые подходы и технологии. Нефтехимия, 2021, T. 58, № 4, C. 321–330.
3. Кузнецов В.А., Лебедев И.Н. Моделирование термодинамических процессов в пиролизных печах. Журнал прикладной химии, 2022, T. 95, № 3, C. 234–240.
4. Орлов Е.М. Эффективность пиролизных реакторов: математическое моделирование и анализ. Химическая инженерия, 2022, T. 72, № 1, C. 123–135.
5. Соловьев А.Н. Кинетические модели пиролиза: обзор и применение. Нанотехнологии в России, 2022, T. 17, № 5, C. 345–356.
6. Федоров Р.И. Использование программного обеспечения Symmetry для моделирования пиролизных процессов. Химическая промышленность, 2023, T. 101, № 2, C. 67–78.
7. Ковалев С.В., Морозов И.А. Моделирование процессов пиролиза: от теории к практике. Нефтехимическая промышленность, 2024, T. 59, № 2, C. 112–123.
8. Чернов А.В. Методы математического моделирования в пиролизе: достижения и перспективы. Журнал теплотехники, 2024, T. 56, № 3, C. 234–245.
9. Лисов В.И., Тихонов М.Ю. Пиролизные процессы: моделирование и оптимизация. Химическая реакционная инженерия, 2025, T. 12, № 1, C. 45–58.
10. Ермаков Д.Н. Моделирование термодинамических процессов в пиролизных установках. Энергетика и ресурсы, 2024, T. 47, № 5, C. 67–72.
11. Лаврентьева Т.А., Ишмухамедов Р.Р. Перспективы развития процесса пиролиза углеводородного сырья. Международный научный журнал «Символ науки», 2021, № 4, С. 14–17.
12. Нестационарное моделирование пиролиза бензиновой фракции. А.А. Бунаев, И.М. Долганов, И.О. Долганова, Е.М. Юрьев. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2023, Т. 334, № 3, С. 73–88.
13. Арапов Д.В. Оптимизация пиролизных печей типа SRT-VI крупнотоннажной этиленовой установки. Теоретические основы химической технологии, 2020, Т. 54, № 2, С. 244–256.
14. Веревкин А.П. Построение математической модели трубчатой печи пиролиза для целей оптимизации режимов и диагностики прогаров змеевика. Нефтегазовое дело, 2010, Т. 8, № 1, С. 70–73.
15. Захаров М.Е., Ганджа Т.В. Компьютерное моделирование теплообменника печи пиролиза для оптимизации процесса пиролиза углеводородов, Компьютерные технологии и анализ данных: Материалы IV Международной научно-практ. конф. Минск, 25–26 апреля 2024. Минск: Белорус. гос. ун-т, 2024. С. 168–169.
16. Бунаев А.А., Долганов И.М., Долганова И.О. Нестационарная математическая модель пиролиза бензиновой фракции. Деловой журнал «Neftegaz.RU», 2023, Т. 137, № 5, С. 73–88.
17. Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. Пиролиз углеводородного сырья. М.: Химия, 1987. 242 с.
18. Kinnis N.M., Junior P.K., Quitmeier W.D. Lummus ethylene process. Handbook of Petrochemicals Production Processes. 2nd ed. New Jersey: McGraw-Hill, 2019. Vol. 1. P. 30.
19. Mathematical analysis and thermal modelling of a pilot-scale pyrolysis gas furnace. F. Ishola, F. Oyawale, A. Inegbenebor, H. Boyo, S. Akinlabi, O. Oyetunji. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences 65, 2020, Vol. 1, P. 81–83.
20. Khasanov R.G., Murtazin F.R. Prediction of yields of lower olefins during pyrolysis of hydrocarbon feedstock. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2020, Vol. 56, P. 341–346.
21. Influence of secondary reactions on heat transfer process during pyrolysis of hydrocarbon fuel under supercritical conditions. K. Gong, Y. Cao, Y. Feng, S. Liu, J. Qin. Applied Thermal Engineering, 2019, Vol. 159, P. 1–10.
22. Co-pyrolysis behavior of coal slime and Chinese medicine residue by TG-FTIR-MS with principal component analysis and artificial neural network model. W. Zhou, Q. Lin, C. Wang, H. Bi, C. Jiang, J. Tian, Y. Liu, Z. Ni, H. Sun. Combustion Science and Technology, 2021, Vol. 193, P. 2242–2253.
23. Empirical modeling of normal/cyclo-alkanes pyrolysis to produce light olefins. X. Hou, B. Chen, Zh. Ma, J. Zhang, Yu. Ning, D. Zhang, L. Zhao, E. Yuan, T. Cui. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2022, Vol. 42, P. 389–398.
24. Mohamadalizadeh A., Towfighi J., Karimzadeh R. Modeling of catalytic coke formation in thermal cracking reactors. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2008, Vol. 82, P. 134–139.
25. Experimental and kinetic study on the pyrolysis and oxidation of isopentane in a jet-stirred reactor. A. Zhong, Z. Qiu, X. Li, Z. Huang, D. Han. Combustion and Flame, 2022, Vol. 235, P. 1–16.
26. Zhao S., Zhang Y., Su Y. Experimental investigation of rice straw oxidative pyrolysis process in a hot-rod reactor. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2019, Vol. 142, P. 1–7.
27. Kinetics and modeling of supercritical pyrolysis of endothermic hydrocarbon fuels in regenerative cooling channels. Z. Li, H. Wang, K. Jing, L. Wang, Y. Li, X. Zhang, G. Liu. Chemical Engineering Science, 2019, Vol. 207, P. 202–214.
28. Mathematical modeling of the unsteady hydrocarbon pyrolysis process. F.A. Samedov, A.Y. Morozov, N.A. Samoilov, T.R. Prosochkina. Petroleum Chemistry, 2019, Vol. 59, P. 151–159.
REFERENCES
1. Ivanov A.P., Petrov S.I. Modern methods of pyrolysis modeling. Chemical Technology, 2021, vol. 64, no. 2, pp. 45–58. (In Russ.)
2. Smirnov D.V. Optimization of pyrolysis processes: new approaches and technologies. Oil Chemistry, 2021, vol. 58, no. 4, pp. 321–330. (In Russ.)
3. Kuznetsov V.A., Lebedev I.N. Modeling of thermodynamic processes in pyrolysis furnaces. Journal of Applied Chemistry, 2022, vol. 95, no. 3, pp. 234–240. (In Russ.)
4. Orlov E.M. Efficiency of pyrolysis reactors: mathematical modeling and analysis. Chemical Engineering, 2022, vol. 7, no. 1, pp. 123–135. (In Russ.)
5. Solovyov A.N. Kinetic models of pyrolysis: review and application. Nanotechnology in Russia, 2022, vol. 17, no. 5, pp. 345–356. (In Russ.)
6. Fedorov R.I. Using Symmetry software for modeling pyrolysis processes. Chemical Industry, 2023, vol. 101, no. 2, pp. 67–78. (In Russ.)
7. Kovalev S.V., Morozov I.A., Modeling of pyrolysis processes: from theory to practice. Oil and Gas Industry Journal, 2024, vol. 59, no. 2, pp. 112–123. (In Russ.)
8. Chernov A.V. Mathematical modeling methods in pyrolysis: achievements and prospects. Journal of Heat Engineering, 2024, vol. 56, no. 3, pp. 234–245. (In Russ.)
9. Lisov V.I., Tikhonov M.Yu. Pyrolysis processes: modeling and optimization. Chemical Reaction Engineering, 2025, vol. 12, no. 1, pp. 45–58. (In Russ.)
10. Ermakov D.N. Modeling thermodynamic processes in pyrolysis units. Energy and Resources, 2024, vol. 47, no. 5, pp. 67–72. (In Russ.)
11. Lavrentiyeva T.A., Ishmukhamedov R.R. Prospects for the development of hydrocarbon feedstock pyrolysis process. International Scientific Journal "Symbol of Science", 2021, no. 4, pp. 14–17. (In Russ.)
12. Bunaev A.A., Dolganov I.M., Dolganova I.O., Yuryev E.M. Unsteady-state modeling of gasoline fraction pyrolysis. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2023, vol. 334, no. 3, pp. 73–88. (In Russ.)
13. Arapov D.V. Optimization of SRT-VI type pyrolysis furnaces for large-scale ethylene plants. Theoretical Foundations of Chemical Technology, 2020, vol. 54, no. 2, pp. 244–256. (In Russ.)
14. Verevkin A.P. Construction of a mathematical model for a tubular pyrolysis furnace for optimization and diagnosis purposes. Oil and Gas Business, 2010, vol. 8, no. 1, pp. 70–73. (In Russ.)
15. Zakharov M.E., Ganja T.V. Computer simulation of a heat exchanger in a pyrolysis furnace for optimizing hydrocarbon pyrolysis process. Computer Technologies and Data Analysis. Proc. of the IV International Scientific-Practical Conference. Minsk, April 25–26, 2024. Minsk, Belarusian State University Publ., 2024. pp. 168–169. (In Russ.)
16. Bunaev A.A., Dolganov I.M., Dolganova I.O. Unsteady-state mathematical model of gasoline fraction pyrolysis. Business Journal "Neftegaz.RU", 2023, vol. 137, no. 5, pp. 73–88. (In Russ.)
17. Mukhina T.N., Barabanov N.L., Babash S.E. Hydrocarbon feedstock pyrolysis. Moscow, Khimiya Publ., 1987. 242 p. (In Russ.)
18. Kinnis N.M., Junior P.K., Quitmeier W.D. Lummus ethylene process. Handbook of Petrochemicals Production Processes. 2nd ed. New Jersey, McGraw-Hill, 2019. Vol. 1, 30 p.
19. Ishola F., Oyawale F., Inegbenebor A., Boyo H., Akinlabi S., Oyetunji O. Mathematical analysis and thermal modelling of a pilot-scale pyrolysis gas furnace. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences 65, 2020, vol. 1, pp. 81–83.
20. Khasanov R.G., Murtazin F.R. Prediction of yields of lower olefins during pyrolysis of hydrocarbon feedstock. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2020, vol. 56, pp. 341–346.
21. Gong K., Cao Y., Feng Y., Liu S., Qin J. Influence of secondary reactions on heat transfer process during pyrolysis of hydrocarbon fuel under supercritical conditions. Applied Thermal Engineering, 2019, vol. 159, pp. 1–10.
22. Zhou W., Lin Q., Wang C., Bi H., Jiang C., Tian J., Liu Y., Ni Z., Sun H. Co-pyrolysis behavior of coal slime and Chinese medicine residue by TG-FTIR-MS with principal component analysis and artificial neural network model. Combustion Science and Technology, 2021, vol. 193, pp. 2242–2253.
23. Hou X., Chen B., Ma Zh., Zhang J., Ning Yu., Zhang D., Zhao L., Yuan E., Cui T. Empirical modeling of normal/cyclo-alkanes pyrolysis to produce light olefins. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2022, vol. 42, pp. 389–398.
24. Mohamadalizadeh A., Towfighi J., Karimzadeh R. Modeling of catalytic coke formation in thermal cracking reactors. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2008, vol. 82, pp. 134–139.
25. Zhong A., Qiu Z., Li X., Huang Z., Han D. Experimental and kinetic study on the pyrolysis and oxidation of isopentane in a jet-stirred reactor. Combustion and Flame, 2022, vol. 235, pp. 1–16.
26. Zhao S., Zhang Y., Su Y. Experimental investigation of rice straw oxidative pyrolysis process in a hot-rod reactor. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2019, vol. 142, pp. 1–7.
27. Li Z., Wang H., Jing K., Wang L., Li Y., Zhang X., Liu G. Kinetics and modeling of supercritical pyrolysis of endothermic hydrocarbon fuels in regenerative cooling channels. Chemical Engineering Science, 2019, vol. 207, pp. 202–214.
28. Samedov F.A., Morozov A.Y., Samoilov N.A., Prosochkina T.R. Mathematical modeling of the unsteady hydrocarbon pyrolysis process. Petroleum Chemistry, 2019, vol. 59, pp. 151–159.
