Способ автоматического регулирования ректификационной колонной с двумя потоками сырья Советский патент 1992 года по МПК B01D3/42 

Изобретение относится к способам автоматического регулирования ректификационной колонны и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, например, для регулирования колонны отбензинивания нефти.

Известен способ автоматического регулирования процесса ректификации путем изменения соотношения расходов сырья, подаваемого в верхнюю и нижнюю части колонны, по которому изменение соотношения расходов сырья осуществляют в зависимости от температуры на контрольной тарелке и перепада давления паров по колонне.

Однако этот способ не может обеспечить сокращение энергетических затрат на процесс ректификации при поступлении в колонну двух потоков сырья с различной

температурой, так как в нем не учтена взаимосвязь между соотношением потоков сырья и расходом внешнего орошения

Известен также способ автоматического управления ректификационной колонной с двумя потоками сырья путем регулирования расхода флегмы и дистиллята с коррекцией в зависимости от расходов и составов сырья, составов дистиллята и кубового продукта и текущего значения соотношения расход флегмы - расход дистиллята, а расхода теплоносителя в куб колонны - в зависимости от суммы расходов флегмы и дистиллята.

Недостатком указанного способа является то, что он не учитывает теплосодержание потоков сырья в колонну и поэтому не может обеспечить проведение процесса ректификации при минимальных энергетиVI

4 О

О

к: о

ческих затратах и не может быть использован для управления ректификационной колонной с вводом двух различных по степени нагрева потоков сырья.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ автоматического управления фракционирующими колоннами с двумя потоками питания, по которому регулирование расхода верхнего питания выполняют в заданном соотно- шении с расходом бокового погона, расход нижнего питания регулируют в заданном соотношении с расходом верхнего питания, расход острого орошения в колонну корректируют в зависимости от расхода бокового погона и расход горячей струи в колонну корректируют по суммарному количеству тепла, поступающего в колонну.

Однако известный способ не предусматривает автоматической корректировки соотношения между расходами верхнего и нижнего потоков питания, оптимальный выбор которого обеспечивает максимальную разделительную способность колонны при минимально возможном расходе острого орошения. Согласно известному способу не обеспечивается стабилизация удельного парового потока в нижней секции колонны, так как не учитывается температура острого орошения колонны.

Цель изобретения - снижение энергетических затрат.

Способ автоматического регулирования ректификационной колонной с двумя потоками сырья позволяет снизить энерге- тические затраты за счет поддержания соот- ношения расходов двух различных по степени нагрева потоков сырья на оптимальном уровне и уменьшения за счет этого расхода острого орошения, а также обеспе- чивает стабильность удельного расхода парового потока в нижней секции колонны, что позволяет улучшить качество целевых продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического регулирования ректификационной колонны с двумя потоками сырья, включающему измерение расходов сырья, дистиллята, орошения, температуры сырья, паров, выходящих с верх- ней тарелки колонны, и орошения, регулирование рдсхода теплоносителя в куб колонны, задают максимальные и минимальные удельные расходы орошения, соотношение расходов сырья в колонну, по измеренным параметрам рассчитывают величину удельного расхода парового потока в нижней секции колонны, при этом соотношение расходов сырья в колонну корректируют в зависимости от заданных

предельных максимального и минимального удельных расходов орошения, а расход теплоносителя в куб колонны регулируют в зависимости от величины удельного расхода парового потока в нижней секции колонны.

На чертеже изображена схема осуществления способа автоматического регулирования ректификационной колонны.

Процесс разделения смеси выполняется в колонне 1, оснащенной печью 2 для подачи тепла в куб колонны, теплообменником 3 для нагрева нижнего потока сырья, конденсатором-холодильником 4 и емкостью 5. Сырье 6 в колонну поступает двумя потоками, причем верхний поток имеет меньшее теплосодержание, что обеспечивает создание на участке колонны ниже ввода этого потока за счет конденсации паров при нагреве переохлажденного верхнего потока дополнительного расхода внутреннего орошения колонны. Нижний поток сырья нагревается в теплообменнике 3 за счет использования тепла отходящих с установки продуктов ректификации. Продуктами разделения являются дистиллят 7 и кубовый остаток З.Часть жидкостного потока,образовавшегося за счет конденсации паров в конденсаторе-холодильнике 4, подается на верхнюю тарелку колонны в виде внешнего орошения 9. Подача тепла в колонну производится за счет нагрева циркулирующей флегмы в печи при сжигании топлива 10.

Контур регулирования расхода верхнего потока сырья в колонну включает в себя последовательно соединенные датчик 11 расхода, подключенный к первому входу регулятора 12, и исполнительный механизм 13. В контур регулирования общего расхода сырья входят датчик 14 расхода,регулятор 15 и исполнительный механизм 16, установленный на линии подачи нижнего потока сырья. Расход внешнего орошения 9 колонны регулируется исполнительным механизмом 17 при помощи регулятора 18, к первому входу которого подсоединен выход датчика 19 расхода, а к второму - выход регулятора 20 качества. Корректирующий сигнал регулятору 12 расхода верхнего потока сырья при достижении расходом внешнего орошения предельных значений вырабатывается в управляющем логическом блоке 21, первый вход которого связан с выходом датчика 19 расхода внешнего орошения, второй вход - с выходом датчика 14 общего расхода сырья, а выход - с вторым входом регулятора 12 расхода верхнего потока сырья.

Регулирование расхода тепла в куб колонны осуществляется при помощи вычислительного управляющего устройства 22, выход которого связан с первым входом регулятора 23 расхода топлива в печь, выход которого соединен с исполнительным механизмом 24 на линии подачи топлива 10 в печь 2. К второму входу регулятора 23 подсоединен выход датчика 25 расхода топлива 10. На входы управляющего вычислительного устройства 22 подсоединены выходы следующих датчиков: к первому входу - выход датчика 14 общего расхода сырья, к второму входу - выход датчика 11 расхода верхнего потока сырья, к третьему входу - выход датчика 26 температуры верхнего потока сырья, к четвертому входу - выход датчика 27 температуры нижнего потока сырья, к пятому входу - выход датчика 28 расхода дистиллята 7, к шестому входу - выход датчика 19 расхода внешнего орошения, к седьмому входу - выход датчика 29 разности температур паров, выходящих из колонны, и внешнего орошения.

Расход дистиллята регулируется в зависимости от уровня жидкости в емкости 5 при помощи регулятора 30 уровня и исполни- тельного механизма 31.

При реализации предлагаемого способа автоматического регулирования ректификационной колонны в промышленных условиях могут быть использованы серий- ные средства контроля и автоматики.

В качестве датчиков 11, 14, 19, 25 и 28 расхода могут быть использованы преобразователи разности давления Сапфир 22 в комплекте с диафрагмами ДК-40, в качестве датчиков 26 - 29 температуры и разности TeMnepdTyp - преобразователи Ш-78 в комплекте с тер юпарами ТХК-0806, в качестве регуляторов 12, 15, 18 и 23 - станция управления регулятором аналоговым СУРА-2 в комплекте с регулятором РБАМ, в качестве регулятора 30 уровня - уровнемер УБП, в качестве регулятора 20 качества - автоматический анализатор температуры конца кипения нефтепродуктов АПТВ-1, в качестве исполнительных механизмов 13, 16, 17, 24 и 31 - регулирующие клапаны 25с48нж. Функции управляющего логического блока 21 и управляющего вычислительного устройства 22 реализуются при помощи управляющего вычислительного комплекса на базе СМ1814.30.

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают в качестве основного уело- вия эффективного проведения процесса ректификации с получением заданного качества продуктов обеспечение постоянного значения удельного парового потока (отношение расхода парового потока к расходу

сырья в колонну) и постоянного .состава паров, выходящих с верхней тарелки колонны, регулируемого путем изменения потока внутренней флегмы в колонне. Поток внутренней флегмы в колонне создается за счет подачи в колонну внешнего орошения и конденсации паров при нагреве до температуры кипения потока внешнего орошения, верхнего и нижнего потоков сырья. Эти внешние потоки вводятся в колонну в различные ее точки, что затрудняет учет влияния каждой составляющей внутреннего орошения колонны на ее разделительную способность. Наибольшее влияние на разделительную способность колонны оказывают внешние потоки, входящие на более высокорасположенные тарелки, так как при этом изменение расхода внутреннего орошения колонны охватывает большее число тарелок. Увеличение расхода верхнего потока сырья (более холодного, чем нижний поток сырья), а следовательно, и изменение соотношения расходов потоков сырья, приводит к увеличению расхода внутреннего расхода внутреннего орошения колонны и увеличению разделительной способности колонны. Поэтому В этом случае для сохранения заданного состава дистиллята необходимо уменьшить расход внешнего орошения колонны. Но достаточно простой зависимости для математического описания связи между изменением соотношения потоков сырья в колонну и требуемым для сохранения состава дистиллята расходом внешнего орошения нет, так как при увели- чении расхода верхнего потока сырья его влияние на разделительную способность колонны складывается из двух противоположных по своему воздействию на разделительную способность колонны факторов:

увеличение движущей силы процесса ректификации за счет увеличения расхода внутренней флегмы в колонне;

уменьшение движущей силы процесса ректификации за счет снижения содержания легкокипящих компонентов в флегме на тарелках колонны ниже ввода верхнего потока сырья за счет смешения потока сырья с флегмой, поступающей на верхнюю тарелку питания.

Поэтому наиболее рационально выполнять коррекцию соотношения верхнего и нижнего (холодного и горячего) потоков сырья в зависимости от предельных максимального и минимального удельных расходов внешнего орошения (отношения расхода внешнего орошения к общему расходу сырья). Удельный расход внешнего орошения - это параметр, который откликается при регулировании его в зависимости

от состава дистиллята на изменения разделительной способности колонны при изменениях соотношения потоков сырья в колонну и их теплосодержания,а также теплосодержания внешнего орошения.Но в целях снижения энергозатрат на процесс ректификации должен быть определен диапазон возможного изменения удельного расхода внешнего орошения, при котором регулирование состава дистиллята осуществляется только за счет изменения удельного расхода внешнего орошения без коррекции соотношения расходов потоков сырья в колонну. Предельный минимальный удельный расход внешнего орошения выбирается равным расчетному минимальному удельному расходу внешнего орошения для верхней секции колонны с тем, чтобы обеспечивать разделительную способность тарелок этой части колонны. Для предельного максимального удельного расхода внешнего орошения принимается значение на 10-15% выше минимального.

Если в результате воздействия не процесс ректификации внешних факторов, например изменения теплосодержания потоков сырья в колонну, удельный расход внешнего орошения, равный отношению расхода внешнего орошения R (датчик 18 расхода) к общему расходу сырья F (датчик 14 расхода), достигает своего предельного максимального значения:

Рвнеш. , /RflHem чпред макс /

Робщ.Робщ.

то управляющий логический блок 21 дискретно увеличивает задание регулятору 12 расхода верхнего потока сырья, например, на 2-5%. За счет увеличения расхода верхнего потока сырья (более холодного, чем нижний поток) происходит увеличение расхода внутреннего орошения колонны, что позволяет регулятору 20 состава дистиллята уменьшить свое задание регулятору 18 расхода внешней флегмы и зойти в диапазон удельных расходов внешнего орошения меньше предельного максимального значения. Изменения задания регулятору 12 расхода управляющий логический блок 21 производит дискретно, оставляя его неизмененным до следующего цикла корректировки задания. Периодичность корректировки должна быть больше времени затухания переходных процессов в колонне при изменении соотношения расходов потоков сырья в колонну. Например, для колонны отбензинива- ния нефти на установке АВТ периодичность корректировки соотношения расходов сырья выбирается в пределах 10-20 мин. Если после корректировки расхода верхнего потока сырья удельный расход внешнего орошения не входит в диапазон, ограниченный предельными значениями, то управляющий логический блок 21 в следующем

цикле корректировки дополнительно увеличивает задание регулятору 12 расхода верхнего потока сырья на выбранную дискретную величину. Корректировка соотношения расходов потоков сырья может

осуществляться до тех пор, пока показатели этого соотношения не достигнут заданных предельных значений. Например, расход верхнего потока сырья может увеличиваться до тех пор, пока температура нижнего

потока не достигнет значения, близкого к температуре теплоносителя, поступающего в теплообменник 3, что свидетельствует о неэффективном теплообмене при дальнейшем снижении расхода нижнего потока

сырья.

Общий расход сырья 6 в колонну 1 регулируется при помощи датчика 14 расхода, установленного на общем потоке сырья, регулятора 15 и исполнительного механизма

16, установленного на линии подачи нижнего потока сырья в колонну. Такая схема регулирования обеспечивает изменение соотношения потоков сырья в колонну за счет корректировки расхода верхнего потока сырья.

Предлагаемый способ корректировки соотношения потоков сырья в колонну позволяет осуществлять выбор оптимального соотношения этих двух потоков сырья при

минимальном расходе внешнего орошения, что обеспечивает также сокращение подачи тепла в колонну. Другим условием стабилизации процесса ректификации в колонне с двумя вводами сырья является обеспечение

заданной величины удельного парового потока в нижней секции колонны, в зависимости от которой регулируется расход тепла в куб колонны. Величина удельного парового потока, равная отношению расхода парового потока в нижней секции к общему расходу сырья в колонну, рассчитывается по уравнению, выведенному из материального и теплового баланса колонны:

V D + R + Vi + У2 + Уз,0,

F-F(2

где V - расход парового потока, т/ч;

F - расход сырья, т/ч (измеряется датчиком 14 расхода);

R - расход внешнего орошения, т/ч (измеряется датчиком 19 расхода);

D - расход дистиллята, т/ч (измеряется датчиком 28 расхода);

Vi - Уз - количество паров, сконденсированных при нагреве до температуры кипения соответственно внешнего орошения, верхнего и нижнего потоков сырья, т/ч.

Значения Vi - /з определяются из следующих уравнений: R Ci Ati

Vi

П

(3) (4) (5)

V2

Fi C2(tKMn -t2)

V3

Г2

FQ C2 (tK

ГЗ

где Ci, €2 - теплоемкость соответственно дистиллята и сырья, ккал/(т град.);

A ti - разность температур паров, уходящих с верха колонны, и внешнего орошения, град, (измеряется датчиком 29 разности температур);

гкип. температура кипения сырья, град.;

t2 температура верхнего потока сырья, град, (измеряется датчиком 26 температуры);

t3 - температура нижнего потока сырья, град, (измеряется датчиком 27 температуры);

FI - расход верхнего потока сырья, т/ч (измеряется датчиком 11 расхода);

П - гз - теплота конденсации паров соответственно на верхней тарелке колонны, на верхней и нижней тарелках питания, ккал/т.

С применением уравнений (3) - (5) можно уравнение (2) записать в виде, используемом в управляющем вычислительном устройстве 22 для расчета удельного парового потока;

Рассмотрим работу схемы регулирования подачи тепла в куб колонны, которая

обеспечивается за счет нагрева циркулирующей флегмы в печи. Если в нижней секции колонны текущее значение удельного парового потока V/F станет больше его заданно5 го значения (V/F)3aA, например, за счет увеличения расхода внешнего орошения R, то управляющее вычислительное устройство 22 будет изменять управляющий сигнал, являющийся заданием регулятору 23 расхо10 да топлива в печь 2, в сторону его уменьшения. В результате этого управляющего воздействия текущее значение удельного парового потока станет равным заданному. Заданное значение удельного парового по15 тока выбирается из условия требуемого качества разделения дистиллята и кубового продукта.

Использование предлагаемого способа позволяет сократить расход орошения ко20 лонны наЗ%.

Формула изобретения Способ автоматического регулирования ректификационной колонны с двумя потока25 ми сырья, включающий подачу двух потоков сырья, измерение расходов сырья, дистиллята, орошения, температуры сырья, паров, выходящих с верхней тарелки колонны, и орошения, регулирование расхода теплоно30 сителя в куб колонны, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, задают максимальные и минимальные удельные расходы орошения, соотношение расходов сырья в колонну, по

35 измеренным параметрам рассчитывают величину удельного расхода парового потока в нижней секции колонны, при этом соотношение расходов сырья в колонну корректируют в зависимости от заданных предельных

40 максимального и минимального удельных расходов орошения, а расход теплоносителя в куб колонны регулируют в зависимости от величины удельного расхода парового потока в нижней секции колонны.

Изобретение относится к способам ав томатического регулирования ректификационной колонны и позволяет снизить энергетические затраты. Согласно способу задают максимальные и минимальные удельные расходы орошения, соотношение расходов сырья в колонну, по измеренным параметрам рассчитывают величину удельного расхода парового потока в нижней сек ции колонну, при этом соотношение расходов сырья в колонну корректируют в зависимости от заданных предельныл маь симального и минимального удельных ра ходов орошения, а расход теплоносителя л куб колонны регулируют в зависимости от величины удельного расхода парового пото ка в нижней секции колонны. 1 ил