Способ управления одностадийным производством бутадиена Советский патент 1991 года по МПК C07C5/32 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению рециркуляционным процессом химико-технологических производств, в частности производства бутадиена методом одностадийного дегидрирования н-бутана, и может быть использовано при управлении процессами

получения мономеров в химической и нефтехимической промышленности.

Цель изобретения - снижение удельных расходов сырья и энергоресурсов.

На чертеже изображена принципиальная схема управления одностадийным производством бутадиена согласно предлагаемому способу.

Технологическая схема производства включает установку 1 дегидрирования н-бу- тана в составе группы параллельно работающих агрегатов 1-А, 1-Б (на чертеже показаны два агрегата), установки 2,3 и 4 соответственно газоразделения, предварительной и экстрактивной ректификации, а также складские емкости: промежуточную 5 для БББФ и рецикловую 6 для возвратного сырья. Схема управления включает датчик 7 общего расхода свежего н-бутана на установку дегидрирования, регуляторы 8-А и 8- Б с датчиками 9-А и 9-Б расхода смешанного сырья и клапанами 10-А и 10-Б на линии подачи свежего н-бутана на агрегаты 1-А и 1-Б соответственно, регуляторы 11-А и 11-Б с датчиками 12-А и 12-Б расхода возвратного сырья и клапанами 13-А и 13-Б на линии возвратного сырья из рецик- ловой емкости 6, регуляторы 14-А и 14-Б с датчиками 15-А и 15-Б температуры в агрегатах 1-А b 1-Б, датчик 16 расхода возвратного сырья с установки 2, регулятор 17 с датчиком 18-расхода БББФ, регулятор 19 с датчиком 20 расхода возвратного сырья с установки 3, датчики 21 и 22 соответственно расхода и состава выходного продукта (бутадиена), датчики 23 и 24 уровня, датчики 25, 26-А, 26-Б, 27-А, 27-Б, 28 и 29 состава соответственно возвратного и смешанного сырья на установку дегидрирования, продуктов разложения агрегатов 1-А, 1-Б, БББФ из емкости 5 и возвратного сырья с предварительной ректификации, а также управляющую вычислительную машину 30 (УВМ). На схеме также показаны реализуемые в УВМ функциональные блоки 31-50, с помощью которых определяют и устанавливают задание для перечисленных контуров регулирования.

Схема управления реализована на базе серийно выпускаемых отечественных средств автоматики и вычислительной техники.

В группе параллельно работающих агрегатов 1-А и 1-Б, входящих в состав установки 1, осуществляют одностадийный процесс каталитического дегидрирования н-бутана в бутадиен. На дегидрирование подают бутан-бутиленовую фракцию, которая содержит смесь потоков свежего н-бута- на, поступающего со склада, и рециркулирующей бутан-бутиленовой фракции (возвратное сырье), поступающей из емкости 6. В процессе дегидрирования часть н-бутана не успевает прореагировать, а помимо целевого (бутадиена) и промежуточного (бутиленов) продуктов образуются и побочные легкие углеводороды, тяжелые и др.). В установке 2 отделяют легкие углеводороды, в установке 3 ректификацией отделяютчасть непрореагировавшего н-бутана в смеси с бутиленами, а в установке 4 экстрактивной ректификацией выделяют бутадиен из возвратного сырья.

Предлагаемый способ осуществляют

0 следующим образом.

С помощью регулятора 8-А по замеру от датчика 9-А регулируют расход смешанного сырья на вход агрегата 1-А, воздействуя на клапан 10-А на

5 линии подачи свежего н-бутана, а с помощью регулятора 8-Б по замеру от датчика 9-Б регулируют расход смешанного сырья на вход агрегата 1-Б, воздействуя на клапан 10-Б на линии подачи свежего н-бутана.,

0 С помощью регуляторов 11-А и 11-Б по замеру от датчиков 12 А и 12-Б регулируют расходы возвратного сырья соответственно на вход агрегатов 1-А и 1-Б воздействием на клапаны 13-А и 13-Б.

5С помощью регуляторов 14-А и 14-Б по

замеру от датчиков 15-А и 15-Б регулируют температуру в агрегатах 1-А и 1-Б соответственно, воздействуя на клапаны на линии подачи топливного газа в печь (печи не по0 казаны).

С помощью регуляторов 17 и 19 по замеру от датчиков 18 и 20 регулируют расходы соответственно БББФ из емкости 5 и возвратного сырья с предварительной рек5 тификации в емкость 6. Введем обозначения: п - номер агрегата;

GI - расход 1-го материального потока, т/ч, причем 1 1- свежий н-бутан; 1 20 смешанное сырье; продукты разложения агрегатов; 1 4- БББФ с установки 2 газоразделения;

1 5- БББФ из емкости 5, 1 6 - возвратное сырье с установки 3; I 7 - возврат5 ное сырье из рецикловой емкости 6; 1 8 - выходной продукт (бутадиен);

gij - расход j-ro компонента в i-м потоке, т/ч;

Cij - концентрация j-ro компонента в i-м

0 потоке, где j 1 - н-бутан; j 2 - бутилены; - 3 - бутадиен; 1 4- высококипящие углеводороды.

По информации от датчиков 26-А, 27-А и 26-Б определяют при помощи блоков 31-34,

5 реализованных в УВМ, качественные показатели каждого агрегата: величины выхода бутадиена на пропущенное сырье как частное от деления концентрации бутадиена в продуктах разложения на сумму концентраций н-бутана и бутиленов в смешанном

сырье и величины степени одностадийности СОп как частное от деления концентрации бутиленов в продуктах разложения на концентрацию бути ленов в смешанном сырье соответствующего агрегата п. При помощи блоков 35, 36 и 37 рассчитывают относительные величины выхода Wn бутадиена, а при помощи блоков 38,39 и 40 - относительные величины степени одностадийности СОп процесса дегидрирования каждого агрегата в соответствии со следующими соотношениями:

нимальному расходам смешанного сырья на n-й агрегат.

По замеру с помощью датчика 24 значения уровня в емкости 6 рассчитывают вУВМ

30 текущее значение количества возвратного сырья QG в этой емкости. С помощью блоков 44 и 45 корректируют распределение потока возвратного сырья из емкости 6 между параллельными агрегатами путем изменения задания регуляторам 11-А и 11-Б, например, по следующему закону:

Изобретение относится к управлению рециркуляционными процессами химико- технологических производств, в частности производством бутадиена из бутана, может быть использовано на предприятиях химической и нефтехимической промышленности и позволяет снизить удельные расходы сырья и энергоресурсов. Способ включает изменение состава и регулирование расходов смешанного и возвратного сырья на каждый агрегат, регулирование температурного режима в реакторах, расхода бутан-бутилен-бутадиеновой фракции (БББФ) из промежуточной емкости и отбора возвратного сырья с предварительной ректификацией. Измеряют состав продуктов разложения при дегидрировании, по измеренным концентрациям определяют величины выхода бутадиена и степени одностадийности процесса каждого агрегата, распределяют общую нагрузку по смешанному сырью между параллельными агрегатами пропорционально величине относительного выхода бутадиена соответствующего агрегата, расход возвратного сырья на каждый агрегат корректируют в зависимости от расхода смешанного сырья, общего расхода свежего н-бутана и относительной степени одностадийности соответствующего агрегата, корректировку температурного режима в агрегатах осуществляют & зависимости от изменения расхода смешанного сырья, соотношения концентраций н-бутана и бутиленов в нем и содержания высококипящих углеводородов в возвратном сырье. Одновременно измеряют расход БББФ с газоразделения и дополнительно корректируют расход БББФ из промежуточной емкости в зависимости от измеренного расхода этой фракции с газоразделения, а отбор возвратного сырья корректируют в зависимости от состава и расхода БББФ из промежуточной емкости с учетом ограничений на указанный отбор по максимально допустимым концентрациям бутадиена и высококипящих углеводородов в нем. 1 ил. ON Ю 00 ю 4 4

(Wi+W2); СОп Сб„/(С01+С02).

По замерам с, помощью датчиков 21 и 22 определяют в блоке 41 величину требуемой общей нагрузки по смешанному сырью на установку 1 дегидрирования в зависимости от результата сравнения планируемого и фактического количеств бутадиена в выходном продукте на заданном интервале управления:

G2C

ПМ -Рц

( N - m ) Сзз

где ПМ - плановый выпуск бутадиена на интервал N (например, месяц);

Рц - фактический выпуск бутадиена с начала периода N (определяют путем интегрирования информации по замеру от датчиков 21 и 22);

m - текущий номер интервала управления внутри интервала (например, номер суток с начала месяца);

Сзз - номинальная концентрация бутадиена в продуктах разложения агрегатов (с учетом потерь), доля мае.

Требуемую общую нагрузку по смешанному сырью G2° распределяют между параллельными агрегатами в зависимости от расчетных значений относительного выхода бутадиена на пропущенное сырье путем корректировки задания регуляторам 8-А и 8-Б с помощью блоков 42 и 43, например, по следующему закону:

(. при G Wj . при СГ G W ; (4) СГ . при GSn СГН .

-МИН

где G2 . G2- регламентное ограничение соответствен но по максимальному и ми

15

. пр, ( - ап

(Ое-О), при ОвгоГе; при (5)

( - Ов ). при Qe Ј .

где G7n° G2n3a/43iCOn ;

20 Gi - общий расход свежего н-бутана, замеряемый с помощью датчика 7;

СОп - величина относительной степени одностадийности п-го агрегата, определяемая при помощи блоков 38, 39 и 40, мае.

25 доля.

С помощью блоков 4(j и 47 периодически корректируют температуру в агрегатах 1-А и 1-Б. С этой целью предварительно в каждом из указанных блоков, которые реа30 лизованы в УВМ 30, определяют скорость изменения расхода смешанного сырья на n-й агрегат - AG2n(l). соотношения концентраций н-бутана и бутиленов в соответствующих потоках смешанного сырья - ASn(0 и

35 содержания высококипящих углеводородов в потоке возвратного сырья из емкости 6 - (1) по следующим зависимостям:

ЛГо ГП- G2n(l)-G2n(l) . ,«

40AG2n(l)G2n(l)()

ASn() 1 C21n(l-l)-C22n(n . 45 C21n(l)-C22n(l-1)

ACT ГП- C7n(l)--C7n(l ДС7п(1 )C7n (I)

где G2n(l) - расход, замеряемый с помощью датчиков 9-А, 9-Б; С21п(1):

C22n(l) - концентрации, определяемые с помощью датчиков 26-А и 26-Б;

(0 - концентрация, определяемая с ° помощью датчика 25 в l-м цикле управления.

На основе полученных значений скорости изменения указанных параметров изменяют задание регуляторам 14-А и 14-Б с

учетом регламентного ограничения по максимальной температуре, например, по следующему закону:

{ тмакс 1

1т°пО

при ТЙ(1)ТЙакс (I), при ТЙ(1)ТКаю

где ТЯ(1)ТЙ(1-1) + Кп-Д02п(1) + + уп -ASn(l) + hn -ЛС7п(1)

Тпмакс - максимально допустимая температура n-го агрегата.

По замерам с помощью датчиков 16 и 23 рассчитывают в УВМ 30 текущее значение расхода G4 БББФ с установки 2 газоразделения и количество Qs этой фракции в емкости 5. С помощью блока 48 корректируют задание регулятору 17, например, по следующему закону:

сгя

eg + ь (Q5 - ). при Qs г №™:

Gg, при (c:0°)

С§-Ь(ОГН-05). при Q5ЈQ§m,

гдеС8°

N - заданное соотношение расходов БББФ из емкости 5 и с установки 2.

По информации от датчиков 18 и 28 определяют при помощи УВМ расход Gs (I) непрореагировавшего сырья в потоке БББФ, подаваемого в установку 3:

Ggc(l)-Gs(l)Csi(0 + Cs2(l) (11)

и с помощью блока 49 корректируют отбор возвратного сырья с установки 3 путем периодического изменения задания регулятора 19 в зависимости от соотношения величин отбора возвратного сырья GeO). определяемого по замеру от датчика 20, и рас- хода GsHC(l), например, по следующему закону:

GgaA(l) GgaA(l)+A S33fl(l)9б() Ggc(l)

где Csi(l), Cs2(0 концентрация соответст- венно н-бутана и бутиленов в 1-м периоде управления, мае доля:

Сеозад - начальное задание по отбору;

5зад(1) - величина заданного относительного отбора

Одновременно с помощью анализатора 29 измеряют концентрации бутадиена СбзО)и высококипящих (более тяжелые, чем бутадиен) углеводородов Сб4() в потоке возвратного сырья с установки 3 и с помощью блока 50 ограничивают величину заданного относительного отбора S3aA(S) в зависимости от измеренных концентраций:

10 S3aA(l)So -gi-g2,

(13)

где

15

(1)-ШКС, при 4 10. при Сбз(1).

(1)-С&Г:|. при Сб4(1)СЙ1ге 42 10, при См(1)«Гс.

20

25

30

35

40 45

50

So - начальная величина заданного относительного отбора возвратного сырья;

Сезмакс, Сб4макс - максимально допустимые концентрации бутадиена и высококипящих углеводородов соответственно, мас.,%

Ввиду инерционности технологического процесса производства корректирующие воздействия осуществляют дискретно с достаточно большим интервалом (1 ч или несколько часов).

Использование данного способа в крупнотоннажном производстве бутадиена позволит снизить удельный расход н-бутана, пара и электроэнергии.

Формула изобретения Способ управления одностадийным производством бутадиена, включающим группу параллельно работающих агрегатов дегидрирования н-бутана, установки газоразделения, предварительной и экстрактивной ректификации, а также промежуточную и рецикловую емкости, путем регулирования суммарного расхода сырья на каждый агрегат дегидрирования изменением расхода соответствующего потока свежего сырья, регулирования расхода возвратного сырья из рецикловой емкости на каждый агрегат дегидрирования в зависимости от уровня сырья в этой емкости, регулирования температурного режима в реакторах каждого агрегата дегидрирования, регулирования расхода бутан-бутилен-бутадиеновой фракции из промежуточной емкости в зависимости от уровня фракции в этой емкости, регулирования расхода возвратного сырья с установки предварительной ректификации, измерения состава суммарного потока сырья на каждом агрегате де идрирования, расхода и состава коночного продукта на выходе установки экстрактивной ректификации и общего расхода свежего н-бутана на агрегаты дегидрирования, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных расходов сырья и энергоресурсов, дополнительно измеряют состав продуктов разложения на выходе каждого агрегата дегидрирования, состава возвратного сырья на выходе рецикловой емкости и установки предварительной ректификации, расход бутан-бутилен-бутадиеновой фракции с уста- новки газоразделения и состав бутан-бутилен-бутадиеновой фракции на выходе промежуточной емкости, по измеренным составам суммарного потока сырья и продуктов разложения вычисляют величи- ны выхода бутадиена на пропущенное сырье и степени одностадийности процесса дегидрирования каждого агрегата, определяют требуемую общую нагрузку на агрегаты дегидрирования в зависимости от расхода и состава конечногб продукта, распределяют требуемую общую нагрузку между параллельно работающими агрегатами дегидрирования пропорционально вычисленной величине выхода бутадиена на про- пущенное сырье, ограничивают общую нагрузку на каждый агрегат дегидрирования по максимальному и минимальному

значениям, расход возвратного сырья на каждый агрегат корректируют в зависимости от суммарного расхода сырья на соответствующий агрегат, общего расхода свежего н-бутана на агрегаты дегидрирования и вычисленной величины степени одно- стадийности процесса дегидрирования соответствующего агрегата, корректируют температурный режим в реакторах каждого агрегата в зависимости от суммарного расхода сырья на соответствующий агрегат, со- отношения концентраций н-бутана и бутиленов в нем и содержания- высококипящих углеводородов в возвратном сырье, корректируют расход бутан-бутилен-бутадиеновой фракции из промежуточной емкости в зависимости от расхода с установки газоразделения, а расход возвратного сырья с установки предварительной ректификации регулируют в зависимости от расхода и состава бутан-бутилен-бутадиеновой фракции на выходе промежуточной емкости и ограничивают расход возвратного сырья с установки предварительной ректификации по значениям концентрации бутадиена и высококипящих углеводородов в возврат- ком сырье на выходе установки предварительной ректификации.

13-6 12-6 .