Устройство для автоматического управления тепловым режимом установки каталитического риформинга Советский патент 1988 года по МПК C10G35/00 G05D27/00 

i(b

эо ;

Изобретение относится к области , автоматического управления химнко тех нологическими процессами и может быть использовано в нефтехимической про- Мытпенности при автоматизации установки каталитического риформинга бензи Нов, содержащей три последовательно установленные блока трубчатая печь - реактор,

Целью изобретения .является повышение качества выходного продукта.

На чертеже приведена структурная схема устройства. ,

.Устройство содержит анализатор 1 углеводородного состава сырья на входе установки, первый блок 2 вычисления концентраций и температур на выходах реакторов, датчики 3-5 температур в камерах нагрева печей, датчики 6-8 давления в реакторах, блок 9 вычисления значения критерия рас согласования, .анализатор 10 углеводородного состава сырья на выходе установки, датчики 11-13 температуры сырья на выходах печей, первый блок 14 сравнения, задатчик 15 константы, блок 16 вариации настраиваемых коэффициентов ,. первый блок 17 вычисления и температур, на выходах реакторов, блок 18 вычисления .октанового числа сырья на выходе установки, второй блок 19 сравненияJ блок 20 вариации оптимизируемых параметров, блоки 21- 23 оптимального управления, датчик 24 температуры сырья на выходе последне- го реактора, датчики 25-27 температуры сырья в середине печей, датчики 28-30 температуры сырья на выходе печей, датчики 31-33 расходов сырья на входах печей, задатчики 34-36 скорости движения сырья,исполнительные механизмы 37-39 и клапаны 40-42 подачи топлива в печи и задатчик 43 октанового числа сырья на выходе установки.

Устройство работает следующим образом.

Значения концентраций ароматичес™ ких Сд, нафтеновых Сн парафиновых

.- 2

газообразных С углеводородов и

00

5

- ,

5 Е

0

водорода CH на входе установки поступают с анализатора 1 углеводород- ного состава сырья на вход блока 17 вычисления концентраций и температур на выходах реакторов, на другие входы которого подаются сигналы Т (i 1,3) (i 1,3) с датчиков 3 - 5 температуры в кгмерах нагрева печей, Р;(i 1,3) с датчиков 6-8 давления в реакторах, начальные зна. чения констант К,.д , К ,

KU.I, q К„.,,- , ,

к:

П- М

Ит И

El

А,--5 М П-f Н J Ц- Д Чп--5 1

F

EJ и

-J

Н- П Л- г

pi h

г , UZ,

t (i 1,3 j 1,3) с блока 16 вариации настраиваемых параметров и сигналы Т ц (i 1,3) температуры сырья на входах печей« Использован- обозначения имеррт следующий физический смысл: К ,,.,, Кц,п, Кп,г, К ,,д , к;,„- предэкспонен- циальные множители в выражениях для вычисления скоростей реакций преобразования соответственно парафиновых углеводородов в нафтеновые, нафтеновых в парафиновые5 парафиновых в газообразные углеводороды, нафтеновых в ароматические, ароматические в нафтеновые pfiK i-го реакт.ора; Е,(,

Е;

pt -р

h- П -IQS

- значения

энергии активации для соответствующих реакций; R - универсальная газовая постоянная; q, , Ч теплоты соответствующих процессов; С,р - соответственно теплоемкость и плотность газосырьевой смеси , U Z - величина шага дискретизации по пространственной координате; 2 константы для j-й печи.

П

Блок 17 реализует процедуру вычисления выходных концентраций углеводородного состава сырья и температур на выходах реакторов,сводящуюся к последовательному рещению следу гощих соотношений, представляюпдих математические модели трубчатых печей и реакторов установки:

Изобретение относится к автомати ческому управлению химико-технологическими процессами и может быть ис- пользовано в нефтехимической промьпп- ленности при автоматизации установки каталитического риформинга бензинов, содержащей три последовательно установленных блока трубчатая печь-реактор. Целью изобретения является повы шение качества. Данное устройство позволяет на основании информации о составе сырья на входе и выходе уста новки, температуре в камере нагрева печей, на выходе установки, на входе, в середине и на выходе печей, давлении в реакторах, расходах сырья на входах печей осуществлять оптимизационную процедуру адаптации коэффициентов модели процесса и вычислять оптимальные уставки для регулирований подачи топлива в печи. 1 ил. I (Л

2; - ( 1 П i Т + (Т

--Ц/- --Т1/

ТК

- Т

ГК1

х::(2) (С.1..)х:(1) .I-PJ

)е i к

I 1. I . + L. , / . .J

(2)

UA7839

х- („ о .-SjV- х, („) х:, („-о . 2-ЬЪ-5-(3)

.

F.Fк

,1с:н- д1 А- ц . 1

с;, - е ; fV SjirULX i. / «xf-. irf-

, 2

« - „ . 1 P- ; ; - e

t E

e ; f i KUn If P e ;

Cj; - e , f|. i ; Ct; 0;

fJ; 3KU, ||i- - ЗК;., e . - () .

e ||. p t,; ЯХ,, 1. ,, , .

- , c:, .0, fi . .%- e -M. к;,„ If e- 1.

p ,- Э . 2

+ fl IK e ii- - K e .XiLpi I . „

Чи-щ X. H- x. /

I-2 2.1 J

2

-fefflf .p ; i 173; Ш Кб X, (i; ) xjl. (; ); j us, b - v.

где X,j; CH ; Xj; ; X. 0,3 V - скорость движения сырья.

4- г; 5 21 , -.6 г; Вычисленнме значения выходных Хг; Сн4 ; Xji - Сг ; Х.; - Т , 2g концентраций Сд и С„о, а также знаi - номер стадии (стадия-цепочка печьчения температур на выходах реакто

печь - реактор);ров Tjp ( 1,3) поступают на вход

tn - номер математического уравне-.блока 9 вычисления значения критерия

ния;рассогласования. Сигналы концентраций

j - текущий номер аппарата в цепоч- О ароматических Сд, и парафиновых С

ке Пг 1-Р-1 П--2 Р-2 П-3 Р-3;углеводородов с анализатора 10 углево„

1к.- длина i-ro аппарата;дородного состава сырья на выходе

(IK) температура сырья нас установки поступают на другой вход

выходе i-й печи;блока 9, на другие входы которого по

даются сигналы Т; (i - ) темпераТтк температура в камере на. ,,,р, выходах реакторов с

грева i-й печи;датчиков 12,13,24.

Тв7 - температура сырья на вхо- Блок 9 реализует следующее матема- де i-й печи;.тическое соотношение

F z: f( -ь o.25( -bibl u

frrr Аэи п и I

- (T2PU - т,,,/ (Т,сц - Т„,) ,(5)

где и - текущий номер выборки;Сигнал F, равный значению критеи - общее число выборок.рия рассогласования, поступает на

n

вход блока 14 сравнения, на другой вход которого по.ступает сигнал F с задатчика 15

Блок 14 сравнения выполняет сле д-ующие логические функции; если F(t) , F(tj,,, )s то переход к блоку 16 вариации настраиваемых параметров где выполняется изменение знака приращения по последнему настраиваемому предэкспоненциальному множителю на противопоставленный, после чего делается приращение по следующему настраиваемому множителю (приращение предэкспоненциальных множителей .

iuK U А ± & К ;., ,±ьк;, ,t & к „.

iuK ;,,-.

Массив скорректированных значений настраиваемых иеременаых и констант математической модели Т1ередается в блок 2 вычисления концентраций и температур на выходах реакторов; если F(t.) 6 F(t.,, ) и F(t,) F, то переход к блоку iS где выполняет ся коррекция следующего настраивав мого параметра, после чего скоррек™ тированный массив значений настраива емых параметров и констант модели передается в блок 2; если F(t|) :(P(t,, ) иF(t,) F, то блоком 14 вырабатБшается сигналу по которому из блока 16 настроенный массив предэкспоненциальных множителей и констант математической модели пере- дается в блок 2 расчета

Выше F(t) и F(t(,, ) значения критерий рассогласования на и (n-l)-M алгоритмических циклах.

Блок 2 расчета вьшолняет функции, аналогичные блоку 17, и, следователь но, на его входы поступает соответствующий набор входных сигналов. Значения концентраций с выхода блока 2 в виде сигнала Сдэ С поступают на ВХОД блока 18 вычисления зна чения октанового числа., Блок 18 ализует следующее математическое соотношение:

N,C

+

N,,CH,

(6)

Где N - значение октанового числа

бензинов на выходе с установ ки|

аГ а. ... адГ .СтГ f т;- +AT(V); (8)

Cft,C

п

выходные концентрации ароматических, парафиновых и наф теновых углеводородов;

Nfe, N,, N..

- средневзвешенные октановые

м

числа соответствующих групп углеводородов в катализате. Сигнал с блока 18 поступает на вход блока 19 сравнения, на другой вход которого поступает сигнал величины константы с задатчика 43.

j

в, у

й ав -

, ь-, а

в

15

Блок 19 вьтолняет анализ разности текущего значения октанового числа на п-м алгоритмическом цикле и предыг дущего на (n-i)-M цикле, а также сравнение этой разности со значением

20 константы uN, задаваемой задатчиком 43. В зависимости от получаемых результатов возможны следующие варианты дальнейших действий: если N(t) : N(t, ), то переход к блоку

25 20, где выполняется изменение знака приращения по последнему оптимизируемому параметру на противоположный, после чего делается приращение после- дующему параметру и передача,скоррек30 тированного набора оптимизируемых параметров на блок 2; если N{tn)5: 5N(t«.,) и (К(Ц) - K(t, )) 7 UN, то переход к блоку 20, где корректируется следующий оптимизируемс;й параметр и вьшолняется передача нового набора оптимизируемых параметров на блок 2; если N(t) N(tf,., ) и . (N(t) - N(t,) fc AN, TO блоком 19 вырабатывается сигнал, по которому из блока 12 на первые входы блоков 21 - 23.выдаются оптимальные уставки.

На вторые - четвертые входы блоков 21-23 поступают сигналы с датчиков - сигналы (i 1,3),

& Л

ср с датчиков 25 - 27,

с датчиков 28,29,30,

35

40

П 13

5 сигналы Т,

сигналы Т сигналы G

50

2,-- 8Ь1Х

(i 1,3) с датчиков

31 33, с задатчиков 34 - 36 скорости движения сырья.

Блоки 21 - 23 реализуют следующие математические соотношения (индексы определяющие номер аппарата, опущены).

аЛтГ )% (7)

moiT „к г ж Ч .TC

-(т,. - (Тв. -т:)с)-к,( -Т,),

Т, - Тех -

С е

-г/Y

. V - --. г - S 5 uT(v) il5i-:-Tli() , ,

где ас,,а,,а,а - константы;

е - основание натурального логарифма; . константа для данной печи;

S - площадь поперечног сечения потока продукта;

К,, Kj коэффициенты оптимального регулятора.

опт . .

Оптимальные сигналы т1г;-0 1,3) с выходов соответственно блоков 21.- 23 оптимального управления процессом нагрева сырья в первой, второй и третьей печах через исполнительные механизмы 37 - 39 поступают соответственно на клапаны 40 - 41, находящиеся в магистралях подачи горючего газа в топливные камеры печей.

Использование данного устройства позволяет повысить качество выходного катализата, максимизировать значение октанового числа бензина.

I

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления тепловым режимом установки каталитического риформинга бензинов, включающее три последовательно установленных блока трубчатая печь - реакто-р, содержащее датчики расходов и температуры сырья на входах печей, температуры сырья в середине и на выходах нечей, подключенные соответ- ств.енно к первым, втЪрым, третьим и четвертым входам соответствующих блоков оптимального управления, к 1ятым входам которых подключены за-, датчики скорости движения сырья, блок вариации настраиваемых коэффициентов, выход связан с первым входом первого блока вычисления концентраций и температур на выходах реакторов, первый, второй и третий выходы которого соединены с шестыми входами блоков оптимального управления.

(9)

t/v.

:io)

I

подключенными своими выходами к соот-

ветствующим клапанам подачи топлива в печь, задатчик константы и анализатор углеводородного состава сырья на выходе установки, отличающееся тем, что, с целью повышения качества выходного продукта, оно дополнительно содержит второй блок вычисления концентраций темпера

тур на выходах реакторов, анализатор

углеводородного состава сырья на входе установки, датчики температур в камерах нагрева печей, датчики давления в реакторах, блок вычисления

значения критерия рассогласования, датчик температуры сырья на выходе последнего реактора, два блока сравне ния, блок вычисления и задатчик октанового числа сырья на выходе устано ки, блок вариации оптимизируемых параметров, при этом выход блока вариации настраиваемых коэффициентов подключен к первому входу второго блока вычисления концентраций и температур на выходах реакторов, второй, третий и четвертый входы первого и второго блоков .вычисления концентраций и температур на выходах реакторов соединены с датчиками температур в камерах нагрева печей, пятый, шестой и седьмой входы - с датчиками температуры, сырья на входах печей,

восьмой, девятый и десятый входы - с датчиками давления в реакторах,

одиннадцатые входы - с датчиком расхода сырья на входе первой печи, двенадцатые входы - с анализатором углеводородного -сырья на входе установки, тринадцатый вход первого блока вычисления концентраций и температур на выходах реакторов подключен к первому выходу второго блока сравнения, соединенному своим вторым выходом через блок вариации оптимизируемых

параметров к четырнадцатому входу первого блока вычисления концентраций и температур на выходах реакторов, первым входом - к задатчику октанового числа сырья на выходе уста

914

новки,а вторым входом - через блок вы- числения октанового числа сырья на выходе установки к четвертому выходу первого блока вычисления коидентра™ ций и те тератур на выходах реакто ров 5 пефвый вход блока вычисления значения критерия рассогласбвания соединен с анализатором углеводородно го состава сырья на выходе уста- новки, второй и третий входы - с дат з чиками температуры сырья на входе

О

второг

и третьей трубчатых печей, четвертый вход - с датчиком температуры сырья на выходе последнего реактора, пятый вход с выходом второго блока вычисления концентрации и температур на выходах реакторов, а вы ход - с первым входом первого блока сравнения, подключенного своим вторым входом к задатчику константы, а выходом к входу блока вариации настраиваемых коэффициентов.