Способ регулирования процесса перегонки смеси нефтяного сырья Советский патент 1990 года по МПК C10G7/06 G05D27/00 

Изобретение относится к нефтепереработке и может быть использовано при подготовке сырья на установках прямой перегонки нефти и вторичной перегонки тяжелых нефтепродуктов.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса фракционирования нефтесодержащего сырья.

На фиг.1 приведена принципиальная схема.устройства, позволяюп1его реализовать предлагаемый способ; на фиг.2 - корреляция энергии активации вязкого течения нефтяного сырья и выхода целевых дистиллятов в зависимости от концентрации в смеси сырья одного из компонентов.

Устрбйство содержит линии 1 и 2 подачи компонентов сырья, датчики 3 и 4 расхода блок 5 регулирования соотношения расходов и исполнительные механизмы 6 и 7 на линиях подачи компонентов сырья, вискозиметры 8 и 9, вычислительное устройство 10, насос 11, печи 12, ректификационную колонну 13.

Способ осуществляется следующим образом.

Соотношение потоков сырья 1 и 2 регулируют с помощью исполнительных механизмов 6 и 7, на которые поступает сигнал от блока 5 регулирования расходов. Контроль за. общим расходом

ел

00 00

|

4

О5

сырья и расходом по току сырья 2 производится с помощью датчиков 3 и А расхода, сигнал от которых поступает на блок 5 регулирования соотно- шения расходов, который поддерживает общий расход сырья на заданном уроЬне. Далее смесь сырья поступает из насосный агрегат 11 и подается через подогреватель 12 сырья в рек- тификационную колонну 13 для разделения на фракции. Отбор сырья для определения его динамической вязкости при заданных температурах Т, и Т, на вискозиметрах 8 и 9 соответствен- но производится перед печью 12.

Общий расход сырья задается исход из технологической необходимости установки разделения нефтесодержащего сырья. Соотношение компонентов и сырья изменяется блоком 5 при неизменной заданной общей производительности установки и поддержания постоянным при изменении общей производительности. .

Измерение динамической вязкости смеси сырья ведется непрерывно с постоянной скоростью движения нефтепродукта в капшшяре выхода и при заданных температурах Т и Т зиско- зиметрами 8 и 9. Температуры для определения динамической вязкости t выбирают такими, чтобы течение жидкой смеси сырья находилось в переходной области течения от неньюто- новских к ньютоновским жидкостям, т.е. подчинялось степенному с незначительной аномалией закону течения в капиллярах. Значения динамической вязкости сырья ц и || j(npH Т, и Т соответственно) фиксируются вычислительным устройством 10, которое производит опрос электронных сигналов от вискозиметров 8 и 9 с интервалами 5 с. Одиовременно вычислительное уст ройство определяет запаздывание изменения вязкости смеси от момента изменения концентрации, которое определяет как

VTP V АМП

з«п а7 Д,-

5

0 5

О 5 0 5

0

отбора сырья из потока к приборам 6 и 7;. V,- объем линий от основного

потока сырья к вискозиметрам 6 и 7;

объемная скгрость сырья в линии от основного потока к вискозиметрам 6 и 7. W,,- объемная скорость сырья в

потоке.

Скорость изменения концентрации компонентов в сырье W выбирается для каждого конкретного случая и зависит от и характера изменения Ед„ смеси сырья от концентрации компонентов.

На начальной стадии регулирования дпя фракционирования подается компонент 1 сырья (концентрация комяонен- та сырья; 1 - I 1-00%, концентрация компонента сырья ). Затем подают компонент сырья 2 и увеличива- ют его концентрацию в смеси сырья от 0% с выбранной скоростью изменения концентрации W.,. При этом вычислительное устройство по сигналам вискозиметров 8 и 9 по заданной программе определяет Е,смеси сырья, которая находится решением системы уравнений:

, 1п1/ . lnri InrL,- ,

где In 1,д - константа уравнения;

R - универсальная газовая постоянная.

Увеличение концентрации сырья 2 в смеси прекращается при получении . стабильного роста значений Е д смеси сырья, при этом граничные условия устанавливаются для каждого конкретного вида сырья (смеси нефтей, мазута и т.д.) по ; изменению Е, от 1, определенному исследовательским путем. По найденной совокупности значений Ep,j.c учетом С д вычислительное устройство определяет коэффициенты полинома

ЕО,КТ А DI + PI

Изобретение относится к области нефтепереработки, может быть использовано при подготовке сырья на установках прямой перегонки нефти и вторичной перегонки тяжелых нефтепродуктов и позволяет повысить эффективность процесса перегонки многокомпонентного нефтяного сырья на фракции. Способ заключается в регулировании соотношения компонентов сырья в зависимости от величины энергии активации вязкого течения смеси сырья в основном потоке, определяемой по значениям динамической вязкости *98N 1 и *98N 2 смеси сырья, измеряемые вискозиметрами при заданных температурах T 1 и T 2. Температуры T 1 и T 2 выбирают такими, чтобы течение жидкой смеси сырья находилось в переходной области течения от неньютоновских к ньютоновским жидкостям, т.е. подчинялось степенному закону течения жидкости в капиллярах. 2 ил., 3 табл.

Сзд„- время запаздывания измене- ,НИН вязкости смеси от момента изменения концентрации компонентов в ней; V - общий объем трубопроводов и полостей от точки смешения видов сырья до точки

+ RI

1 /

где A,B,C,D,P,R - определяемые постоянные.I Условиями для оптимальной концентрации видов сырья в сырьевой смеси будут

, I я кг

0;

активации вязкого течения смеси сьфья выбраны Т , Т . По характеру влияния концентра«кт

смеси

10

Решая систему уравнений, вычислительное устройство определяет для указанных условий оптималыгую концентрацию сырья 2 , после чего передает сигнал для устанавливания оптимальной концентрации сырья 2 () на блок 5 регулирования расходов компонентов сырья, который устанавливает и поддерживает оптимальную концентрацию сьфья 2 в смеси сырья.

После определения оптимгшьной концентрации компонентов в смеси сырья система регулирования следит за ее стабильным поддержанием с помощью блока 5 управления расходами компонентов сырья и за значением энергии активации вязкого течения смеси сьфья - с помощью вискозиметров 8 и 9 на потоке и вычислительного устройства 10. При длительных отклонениях неизменном составляющих по времени не менее 60 мин, и по,величине превышающих среднестатистические отклонения аг.г система автоматического регулирования повторяет поиск оптимальной концентрации сырья 2, изменяя установленную 30 рования расходов устанавливает по за- 1л в сторону увеличения или в сторо- данному соотношению расходы сырья ну уменьшения. При этом уточняются 1 112,47 т/ч, сырья 2 - 2,53 т/ч. константы полинома f(Ij). По- Увеличение выхода целевой широкой иск проводится по описанному вьше ал- масляной фракции при этом составляет

ции сырья 2 в смеси на Е сьфья, определенному исследовательским путем, принимают скорость изменения концентрации W, равной 0,5 мас.%/4.

Допустимое отклонение Е сьфья для повторного поиска иэ статистических данных отклонения Е при многократном определении исследовательским путем на эталонной смеси принимаг

J5 ют равным 0,5 кДж/моль.

Выход целевого дистиллята на сырье рассчитан из материального баланса ректификационной колонны. Данные поиска с шагом изменения

20 концентрации компонента 2 в компоненте 1 даны в табл.2.

Оптимальное соотношение компонента 1 (сырья 1) и компонента 2 (сырья 25 2) в смеси, полученное в результате компьютерной обработки информации вычислительным устройством 10, равно 97,в:2,2. При этом Egj смеси сырья составила 37,0 кДж/моль. Блок 5регулигоритму, с тем отличием, что началь- ной стадией служит не Ij О, а концентрация сырья 2, равная предыдущей т опт i i .

В качестве компонентов нефтесодер- жащего сьфья используют сырье с Физико-химическими характеристиками, приведенными в табл.1.

Пример 1. Вакуумной перегонке подвергается мазут с активирующей добавкой (см.табл.1).

Сырье 1 - мазут товарной смеси Западно-Сибирских нефтей.

Сьфье 2 - экстракт селективной очистки фракции 350-420°С.

Скорость подачи смеси сьфья 115 т/ч (31,94 кг/с). Температура нагрева сьфья в трубчатой печи . Вакуум в зоне ввода сырья в ректификационню колонну 650 мм рт.ст. Число теоретических тарелок в ректификационной колонне 10. Фракционный состав целевой широкой масляной фракции, отбираемой в колонне, 270-495°С. Температуры дпя определения энергии

15887466

активации вязкого течения смеси сьфья выбраны Т , Т . По характеру влияния концентратаю

«кт

смеси

0

0 рования расходов устанавливает по за- данному соотношению расходы сырья 1 112,47 т/ч, сырья 2 - 2,53 т/ч. Увеличение выхода целевой широкой масляной фракции при этом составляет

ции сырья 2 в смеси на Е сьфья, определенному исследовательским путем, принимают скорость изменения концентрации W, равной 0,5 мас.%/4.

Допустимое отклонение Е сьфья для повторного поиска иэ статистических данных отклонения Е при многократном определении исследовательским путем на эталонной смеси принимаг

5 ют равным 0,5 кДж/моль.

Выход целевого дистиллята на сырье рассчитан из материального баланса ректификационной колонны. Данные поиска с шагом изменения

0 концентрации компонента 2 в компоненте 1 даны в табл.2.

Оптимальное соотношение компонента 1 (сырья 1) и компонента 2 (сырья 5 2) в смеси, полученное в результате компьютерной обработки информации вычислительным устройством 10, равно 97,в:2,2. При этом Egj смеси сырья составила 37,0 кДж/моль. Блок 5регули

6,5 мас.% на сырье.

В случае, если изменяются физико- химические параметры сырья 1 или сьфья 2, что влечет за собой измене- ние зависимости и Ед f(Ij), появляется отклонение значения Е смеси сырья - /ЗЕ.Если dE я при Ii const превышает 0,5 кДж/моль, то система проводит повторный поиск

тОПТ

12 с помощью уточнения зависимости

Е«« fd).

Изменив фракционный состав мазута Западно-Сибирских нефтей в сторону его облегчения на 10 С при неизменном соотношении сырья 1 и сьфья 2 в смеси, равном 97,8:2,2, получают

J Е

«кт

. , кДж .- i , -- . моль

По указанному выше граничному условию система автоматического регулирования включается в поиск и

т опт уточнение I .

По заданию от вычислительного устройства 10 блок 5 регулирования

расходов через исполнительные механизмы 6 и 7 со скоростью .0,5 мас.%/ч увеличивает концентрацию сырья 2 в смеси.

Увеличение концентрации сырья 2 в смеси на 1 мас.% дает стабильный

рост смеси от 38,2 дО 39-,8 кДж/моль. Поиск в сторону увеличения прекращается, после чего по заданию от вычислительного устройства 10 с помощью блока 5 регулирования расходов и исполнительных механизмов 6 и 7 со скоростью 0,5 мас.%/ч уменьшают концентрацию сырья 2 в смеси сырья. По граничному условию уменьшение 1 прекращается после получения стабильного роста Е смеси при I 0,8 мас.%. По уточненной зависимости Е f(I) вычислитель- ное устройство 10 определяет оптимальную концентрацию сырья 2 для изменившихся условий, равную 1,8%. Сигнал, устанавливающий уточненную оптимальную концентрацию сырья 2 в смеси сырья, передается на блок 5 регулирования расходов, которьп с помощью исполнительных механизмов 6 и 7 устанавливает расход сырья 1 и сырья 2 в заданном соотношении, т.е. 98,2:1,8. Шход целевого дистиллята при этом составляет 66,2 мас.%..

П р и м е р 2. Перегонка смеси нефтей товарной смеси Западно-Сибирских нефтей и Узеньской нефти.

Сырье 1 - товарная смесь Западно- Сибирских нефтей.

Сырье 2 - Узеньская нефть. Физико-химические свойства нефтей даны в табл.1. .

Общая, производительность установки, фракционирования нефти 360 т/ч. Температура нагрева сырья в трубчатой печи.перед вводом в ректификационную колонну 375°С. Давление в зоне ввода сырья в колонну 1,4 кг/см Число теоретических тарелок в колонн 30.

Из ректификационной колонны выводится три целевых дистиллятных фрак- ции: НК 180 С, 170-240°С и 230-360°С Снизу колонны выводится остаток перегонки мазут. Качество дистиллятных фракций задано в жестких пределах и поддерживается изменением матери- ального баланса колонны. В низ колонны вводится водяной пар с температурой 400°Си расходом4,5 т/ч (1,25 кг/с). Температуры для определения энергии

активации вязкого течения смеси неф T,j .

тей выбраны: Т

Скорость изменения концентрации компонентов в смеси сырья выбирают равной 5 мас.%/ч.

Границу повышения концентрации сырья 2 в смеси после начала стабильного увеличения Е ктприкимают для первичного поиска Т.-2 100%.

При первичном поиске выбирается из полиэкстремальных значений Е значения, удовлетворяющие условию

0; 0

г мкг

опт

При нахождении I добавляют уело

вие

fV

(Ккт «кт J ,

г де Е

опг «кт

акт

акт J

оптимальное значение Е для смеси нефтей; значения энергии активации вязкого течения смесей нефтей, удовлетворяющих условию Е11„,.0-.

Повторные поиски корректируют I вокруг положения выбранного в первичном поиске.

Табличные данные первичного по- в табп.3

оп

иска I приведены

Оптимальная концентрация сырья 2 в смеси, определенной вычислительным устройством 10, равна 30 мас.%

Объемы сырьевых потоков при этом соотношении составляют 252 т/ч по сырью 1 и 108 т/ч по сырью 2.

Суммарный выход дистиллятных фракций составляет 51,9 мас.%, что на 3,07 ма.с.% вьшге значений отбора, рассчитанных по правилу аддитивности.

Допустимое отклонение Е д для возобновления повторного поиска оптимальной концентрации сырья 2 принимают равным 0,3 кДж/моль.

Алгоритмы первичного и повторного поиска оптимального соотношения видов сырья те же, что и приведенные в примере 1.

Внедрение изобретения позволяет повысить выход дистиллятных фракций при перегонке нефти, сэкономить энергоресурсы и повысить четкость разделения сырья на фракции.

Формул

изобретен и

I. Способ регулирования процесса перегонки смеси нефтяного сырья путем изменения его подачи в печь, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности процесса и увеличения выхода дистгшлят- ных фракций, при подаче смеси нефтяного сырья, состоящей из исходных компонентов различного структурно- группового состава, дополнительно измеряют динамическую вязкость смеси сырья при таких температурах, при которых течение жидкой смеси сьфья в

Содержание парафина с Т.пл. 50°С

15887А6

10

0

5

капиллярах подчиняется степенном у закону, по измеренным значениям ди- .намической вязкости определяют величину энергии активации вязкого течения сырьевого потока и в зависимости от нее регулируют соотношение расходов компонентов в сырьевом потоке.

I

Таблица 1

56,159,062,6

15 I

50,6

50,0

51,9

jr

Ф«. f

61,259,7 59,1

ТаблицаЗ

48,3

46,4 47,2 48,8 45,8

44,7