Способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне Советский патент 1989 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

В табл. 1 представлены показатели, характеризующие работу ректификационной колонны, в табл. 2 - концентрации компонентов в боковых отборах, в табл. 3 - экспериментальные значения коэффициентов усиления, постоянных времени, запаздываний для типовых промышленных колонн.

Сложная ректификационная колонна, предназначенная для разделения частично отбензиненной нефти, состоит из секций 1-5. Отпаривание нефтепродуктов от более легких углеводородов осуществляется в от- парных колоннах 6-8. Частично отбензи- ненная нефть поступает в колонну по линии 9, где разделяется на пять нефтепродуктов: мазут, отводимый по линии 10, дизельное топливо, отводимое по линии 11, керосин - по линии 12, бензин Б - по линии 13 и бензин А по линии 14.

Регулирование концентраций легких и тяжелых компонентов осуществляется путем поддержания заданных значений отборов нефтепродуктов по линиям 11 -13, расходов циркуляционных орощений по линиям 15 и 16, острого орощения по линии 17 и расхода перегретого пара по линии 18. Задания по отбора.м нефтепродуктов поддерживаются регуляторами 19-21, по расходам циркуляционных орошений - регуляторами 22 24 по расходу перегретого пара - регуля- гором 25.

Система управления также содержит UiT inKii |)асх)ла нефти 26, расхода нефтепродуктов 27-31, расхода циркуляционных и острого орошений 32-34, расхода перегретого пара в низ сложной колонны 35, к низ отнарных колонн 36-38, давления в колонне 39, температуры 40-45, анализаторы 46 - 49. Показания датчиков расхода 26- 38, давления 39, температуры 40 45 и показания анализаторов 46--49 поступают в вычислительное устройство 50, где формируются задания регуляторами 19-25. Колонна снабжена дефлегматором 51 и теплообменниками 52 и 53.

В изобретении используется модель динамики процесса ректификации углеводородных смесей, состоящая из дифференциальных уравнений, отражающих изменение концентрации компонента по времени т и по высоте колонны Z, из уравнений массо- и теплообмена на тарелках колонны, уравнения кинетики процесса, уравнения фазового равновесия и уравнений покомпонентного материального и теплового баланса соответствующей простой колонны:

,Эх ,Эх Эх.

i i о /T- . dl о ;

Эг

bz

dz

(У

(с,Р)-х, для верхней простой колонны:

(П (2)

(3) (4)

К

кТг +Т

h-fh,

,.5-e.

0

0

5

0

5

0

5

где x,y h,H M L,V y ky

R D

XD ,hi

Hx

концентрации компонента в жидкости и паре; энтальпии компонента в жидкости и паре;

количество жидкости на тарелке;

расход флегмы и пара в колонне;

концентрация компонента в паре, равновесном с жидкостью; коэффициент массопередачи; K(t,p) - константа фазового равновесия, функция температуры и давления на тарелке; флегмовое число; отбор нефтепродукта с верха колонны;

концентрация и энтальпия компонента А в отбираемом с верха колонны нефтепродукте; тепло, отводимое полным дефлегматором, конденсирующим поток нефтепродукта D. Таким образом исгюльзуется представление состава нефтепродуктов в виде смеси ;г1р1 де, 1енного числа узких фракций, каждая из которых идентифицируется как индивидуальный компонент.

В каждо.м /-М нефтепродукте (нумерацию нефтепродуктов ведут снизу вверх) измеряются концентрации легкого хл, и тяжелого А .. ко.гшонентов. Используя предложенную модель (1) - (6), рассчитываются АI, вверх по высоте колонны до места отбора (/-|-1)-го нефтепродукта, а AT, вниз до места отбора (/-1)-го, нефтепродукта. Полученное значение А. , является, вьиюсом ;-го нефтепродукта в (/-|--1)-й, а А - аыно- сом /-ГО в {г-1)-й нефтепродукт. Ипаче, А ., - К(;нцентрация нежелательных компонентов в (/Ч- I ) -м, а (/-1 ) -м нефтепродукте. Качество нефтепродуктов повысится при и ы п ол н е н и и у с л о в и и

i+i

(7) (8)

x-i , mtn; AT , min,

0

5

для / 1,2....

Таким образом, по модели динамики процесса определяются значения технологических параметров, которым соответствуют минимальные концентрации нежелательных компонентов в нефтепродуктах.

По рассчитанным и измеренным значениям параметров определяются значения отборов боковых нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и расхода перегретого пара в низ колонны.

Например, зависимость концентрации легкого компонента бензина (верхнего бокового продукта) от расходов орошений и нагрузки колонны по сырью О11|)еде,:1яетея в соответствии со следующими соотношениями: от расхода острого орошения

JO Q

. K.)-S

lgS+l расход острого орошения; коэффициент усиления, постоянная времени и запаздывание по каналу 0,„-х-м где л з4 - концентрация легкого л компонента на тарелке, разделяющей секции 3 и 4 (фиг. 1);

те же, по каналу x-j -Jf- i оператор Лапласса;

верхнего циркуляционного оро-15

.t ieka -№6i-T8),S

Tie +i

GB.U,.O

GS.U,.O - расход ,, - те же,

хз4; Кв, Т, ,«Гв

верхнего ц.о.; по каналу 0«.

расход; ия

л

Хд

ПО каналу , - Xj,. нижнего циркуляцио,)ног()

Кт.23К8

Tis S-I-1 ТзВ+1 Тд S-t-1

оро-()-S

GH.U.O

е OH.и..о

,Т г,.

/(з,7-з,тз /(8,78Д8 -

расход нижнего ц.о.; те же, по каналу Он.л- Х2з; где Х23 - концентрация легкого компонента на тарелке, разделяющей секции 2 и 3;

те же, по каналу Х2з-Хз4 , те же, по каналу JC34-х.

т

нагрузки колонны по сырью

К 9

KI

X, S+1

,К2 Та S-bl

19 S-t(.) S

Кз TjS+l

м.

Tg S-t-1

е F

К9,Тд,Т:д

/(,7iJ: K lfifi/Сз/з,тз Способ

нагрузка колонны по сырью; те же, по каналу f-Xp, где Хр-концентрация легкого компонента на тарелке питания;

те же, по каналу где Xi2 - концентрация легкого компонента на тарелке, разделяющей секции 1 и 2; те же, по каналу Xi2-хгз , каналу х з-хз4 ,

каналу хз4-хл.

следующим об-те же, по

-те же, по осу ществл яется

разом.

Частично отбензиненная подогретая нефть поступает в ректификационную колонну по линии 9. Для снижения давлел

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ния насыщенных нефтяных паров в низ колонны по линии 18 подается перегретый водяной пар. Дизельное топливо, керосин, бензин Б поступают соответственно с верха секций 1-3 в отпарные колонны 68, где происходит отпаривание более легких углеводородов. Отводятся нефтепродукты по линиям 11 -13. Сконденсированный в дефлегматоре 51 бензин А отводится по-линии 14, часть его в виде острого орошения возвращается в колонну по линии 17. Мазут из секции 5 отводится по линии 10. Тепловой режим колонны создается охлаждением части жидкой смеси в теплообменниках 52 и 53, которая возвращается в колонну соответствено по линиям 15 и 16.

Текущие измеренные значения расходов от датчиков 26-38. давления от датчика 39, температуры от датчиков 40-45 поступают в вычислительное устройство 50, куда также поступают текущие значения концеи траций легких и тяжелых компонентов бен зина Б, керосина, дизельного топлива и тяжелого компонента бензина А от анализаторов 46-49.

В устройстве 50 для каждого из компонентов A .i, и XT,, используя течу1цие значения параметров, по модели динамики процесса (1) - (6) рассчитываются значения отборов нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и расхода перегретого пара, которым удовлетво|1яют условия (7) - (8). В зависимости от л;ачо- ний указанных технологических параметров,наиболее полно удовлетворяющих условию (7)--(8) для всех нефтепродуктов, опргдоляются задания (-xMA.iHK.p.-ri I .l LM

Пример. На установке перничнои переработки нефти при постоянной производительности 20500 M VcyT применение системi.i управления (фиг. 1), реализующей предлагаемый способ управления, позволило улучшить показатели работы ректификационной колонны (табл. 1). Повышение качества нефтепродуктов достигнуто реа тизацией найденного по модели динамики процесса технологического режима, которому соответ ствуют минимальные концентрации нежел. тельных компонентов в нефтепродуктах. В частности, расход водяного пара, подаваемого в низ сложной колонны, уменьшен с 9,3 до 7,8 т/ч, снижена кратность острогг орошения с 2,19:1 до 1,98:1 и одновременно увеличен расход второго цирку;1яиионного орошения с 370 до 382 м 7ч.

.Миними иип1я концентраций ноже.мтг.П) ных компонентов в нефтепродуктах привела к уменьшению температурных диапазонов выкипания фракций (температура начала кипения - температура конца кипения), в связи с чем снизились температурные налегания фракций в среднем на 3°С. Сокращение температурного налегания фракций дизельное топливо - мазут позволяет умень пить вынос дизельного топлива в

мазут, и следовательно, увеличить отбор светлых нефтепродуктов на 0,8%Формула изобретения

Способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне путем измерения значений температур выкипания нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений, температур верха простых колонн, нагрузки по сырью сложной колонны, отборов нефтепродуктов, расходов перегретого водяного пара в низ простых колонн, давления в сложной колонне, регулирования концентраций легких и тяжелых компо10

отличающийся тем, что, с целью повышения качества нефтепродуктов за счет уменьшения концентраций нежелательных компонентов в боковых отборах, дополнительно измеряют концентрации легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, температуру низа сложной колонны по текущим значениям концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, используя динамическую моде-ть процесса, определяют концентрацни легкого компонента в отбираемом выше нефтепродукте, тяжелого компонента в отбираемом ниже нефтепродукте и в зависимости от их значений дополнительно корректируют расходы циркуляционных и остнентов нефтепродуктов, расходов циркуля- ., рого орошении, расход перегретого пара ционных и острого орошений и расходав низ сложной колонны и величины отбоперегретого пара в низ сложной колонны,ров боковых нефтепродуктов.

отличающийся тем, что, с целью повышения качества нефтепродуктов за счет уменьшения концентраций нежелательных компонентов в боковых отборах, дополнительно измеряют концентрации легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, температуру низа сложной колонны по текущим значениям концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, используя динамическую моде-ть процесса, определяют концентрацни легкого компонента в отбираемом выше нефтепродукте, тяжелого компонента в отбираемом ниже нефтепродукте и в зависимости от их значений дополнительно корректируют расходы циркуляционных и ост

Изобретение относится к способам управления процессами ректификации многокомпонентных и сложных смесей углеводородов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение качества нефтепродуктов за счет уменьшения концентрации нежелательных компонентов в боковых отборах. Способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне включает измерение температур выкипания нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений, температур верха простых колонн, нагрузки по сырью сложной колонны, отборов нефтепродуктов, расходов перегретого водяного пара в низ простых колонн, давления в сложной колонне, концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, температуры низа сложной колонны, регулирования концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и расхода перегретого пара в низ колонны в зависимости от текущих значений концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, используя модель динамики процесса, определение концентрации легкого компонента в отбираемом выше нефтепродукте, тяжелого компонента в отбираемом ниже нефтепродукте, и в зависимости от их значений дополнительно корректируют расходы циркуляционных и острого орошений, расход перегретого пара в низ колонны и величины отборов боковых нефтепродуктов. 1 ил.

Таблица

1526725

10

ТаблицаЗ

0,00 0,003

0,002 0,001

25

5075

Фиг.2

o,m

qooj

ош

т 200 т Фи.з

100

ш

//

Q.UOk

0,00 0,001

0,001

s

56

8 9 Ол