Способ регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования Советский патент 1992 года по МПК C10B55/00 G05D27/00 

Изобретение относится к регулированию процесса получения кокса в реакторе установки заг едленного коксования и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где применяются адиабатические реакторы.

Известен способ регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования по температуре нагрева сырья на выходе из печи.

Однако эта температура ограничена возможностью закоксовывания труб и соответственно уменьшения межремонтного пробега установки коксования.

Наиболее близким по технической сущности к заявлчомому объекту является способ регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования, включающий регулирование

теплового режима реактора путем изменения количества рециркулята, подаваемого в печь для нагрева сырья, в зависимости от разницы температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него.

Однако увеличение количества рециркулята приводит к снижению производительности установки по свежему сырью и увеличению энергозатрат на нагрев и перекачку рециркулята.

Цель изобретения - уменьшение энергозатрат и увеличение производительности процесса за счет улучшения качества регулирования и исключения рециркулята.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования, включающем регулирование теплового режима реактора в зависимости

VI VI

со со

-N

от разницы температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него, дополнительно измеряют температуру на выходе и входе каждой секции печи и определяют разность, сравнивают измеренную разницу температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него с заданной и определяют их среднеарифметическое значение, по которому вычисляют необходимую разность температур сырья на выходе и входе каждой секции печи,, которую сравнивают с измеренной, и в зависимости от величины рассогласования изменяют температуру сырья на выходе каждой секции печи изменением расхода топлива соответствующей секции.

При этом температуру сырья на выходе каждой секции вычисляют по следующей математической зависимости:

TrAi -L-,A2 4 АЗ + А4, где TI - температура в i-той точке змеевика печи, °С;

AI - коэффициент, зависящий от разницы температур сырья на выходе и входе в печь;

Аа, Аз - коэффициенты, зависящие от природы сырья (,255 , ,058 - для гудрона западно-сибирской нефти);

А4 - коэффициент, учитывающий температуру сырья на входе в печь;

LI - текущее изменение приведенной длины змеевика (изменяется от 0 до 1);

Д t - разница температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него, °С.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого способа регулирования процесса получения кокса; на фиг.2 приведены графики изменения температуры в змеевике печи согласно предлагаемому способу и прототипу. Кривые 1-5 - изменение теплового режима реактора путем изменения температуры сырья в секциях печи при Д t 60, 40, 30, 50, 70°С соответственно (по предлагаемому способу). Кривая 5 также иллюстрирует изменение теплового режима реактора по прототипу.

Установка для осуществления способа содержит многосекционную печь для нагрева сырья, имеющую автономно регулируемые четыре секции 1, 2, 3, 4, регулирующие клапаны 5-8, реактор коксования 9, ректификационную колонну 10.

Реактор 9 снабжен датчиками температуры 12 и 13, связанными с сумматором 11, соединенным с одним из входов вычислительного устройства 14. Другой вход вычислительного устройства соединен с блоком задания разницы температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него, а выход - с сумматорами 15-18, соединенными в свою очередь с сумматорами 19-21, входы которых связаны с датчиками температур 23-27, а выходы - с регулирующими клапанами 5-8.

Сырье нагревают в многосекционной печи с автономно регулируемым теплопод- водом секций 1-4 путем изменения расхода

топлива с помощью регулирующих клапанов 5-8 и направляют в реактор 9. Газообразные и дистиллятные продукты коксования выводятся сверху реактора в ректификационную колонну 10, а кокс накапливается в реакторе. За счет протекания реакций термодеструкции температура паров на выходе из реактора снижается. При этом фактическую разницу температур сырья на входе в реактор и паров на выходе

из него определяет сумматор 11, на вход которого поступает сигнал с датчиков температуры 12 и 13, установленных на входе и выходе реактора. Сигнал рассогласования (А т.из) сумматора 11 поступает в вычислительное устройство 14. В вычислительное устройство вводится также требуемое значение разницы между температурами входа сырья в реактор и выхода паров из него (Д

Тзад).

Исходя из значений фактической и заданной разниц температур Дт,из и Дтзад рассчитывают величину

л т из зад 2

численное значение которой подставляется в уравнение

Т, AI ЦА2 А3 + А4, и рассчитывается значение температуры в

тоуках змеевика, соответствующих входу и выходу сырья для каждой секции печи. Численные значения расчетной разницы между температурами сырья на выходе из секций печи и на входе в них преобразуются в стандартные сигналы, которые поступают на вход сумматоров 15-18 соответственно для каждой секции печи. Сюда же поступают сигналы рассогласования из сумматоров 19- 22, соответствующие фактической разнице

между температурами сырья на выходе из секций печи и входе в них, на вход которых поступают сигналы с датчиков температур 23-27, установленных на входе и выходе секций печи. Сигнал рассогласования с сумматоров 15-18 поступают на вход регуляторов 28-31 расхода, которые, воздействуя на клапаны 5-8, управляют расходом топлива в каждую секцию печи и минимизируют это рассогласование.

Пример 1. Приведенная длина змеевика печи равна 1. Расстояние от входа до выхода из первой секции равной 0,1 приведенной длины, до выхода из 2-й секции - 0,4, до выхода из третьей секции - 0,7 и до выхода из четвертой секции - 1. Пусть при Дт. регулирование профиля нагрева сырья в змеевике печи осуществляется по кривой 1 на фиг.1. Измеренная температура (Д Тиз) на концах каждой секции печи составит соответственно:

на входе в секцию 1 - 350°С, на входе в секцию 2 - 391°С, в секци-ю 3 - 436°С, и секцию 4 - 466°С на выходе из печи - 490°С, т.е. изменение температуры по секциям равно 41, 46, 30, 24°С соответственно. При этом фактическая разница между температурами сырья на входе в реактор и паров на выходе из реактора ( т,из) также равна 60°С. Тогда рассчитанная вычислительным устЛ . Atn3 + Дт.зад

роиством величина At -- также равна 60°С. Рассчитанные по вышеуказанной зависимости значения температуры на входе в секции 1-4 и на выходе из печи составляют соответственно 350, 391, 436, 466, 490°С, т.е. расчетная разница между температурами сырья на входе и выходе для каждой секции (41, 46, 30, 24°С) равна соответствующей разнице, полученной при измерении датчиками 23-27 в сумматорах 19-22. Таким образом, сигналы, поступающие в сумматоры 15-18 из преобразователя вычислительного устройства и сумматоров 19-22 соответственно, равны и результирующие сигналы, выходящие из сумматоров 15-19 на регулятор 28-31, равны 0. Поэтому расход топлива к форсункам не меняется,

Пример 2. Допустим, требуется разница между температурами сырья на входе в реактор и паров на выходе из реактора уменьшить с 60°С до 40°С (кривая 2). Тогда, изменяя задание получим

At

+АТ.заД 60 +40 сп0

22

50° С.

Используя вышеуказанную зависимость получают следующие температуры на концах каждой секции: вход в секцию 1 - 350°С, выход из секции 1 - 428°С, из секции 2 - 461°С, из секции 3 - 478°С и на выходе из печи 490°С, изменение температуры в каждой секции соответственно составляет: 78, 33, 17, 12СС. Происходит рассогласование сигналов, поступающих в сумматоры 15-18 от преобразователя вычислительного устройства 14 и сумматоров 19-22. Сигналы рассогласования с сумматоров 15-18 поступают на регуляторы 28-31. В результате происходит автоматическое увеличение расхода топлива в секцию 1 печи, т.к. разность температур расчетная (33, 17, 12°С) меньше фактической (46, 30, 24°С соответственно).

Т.е. в секции 1 печи сырье нагревают до более высокой температуры и раньше, чем в примере 1, начинаются реакции разложения сырья. При этом увеличивается глубина превращения сырья, требуется меньше топлива на превращение сырья в реакторе и разница между температурами сырья на входе в реактор и паров на выходе из реактора снижается. Регулирование будет осуществляться автоматически до тех пор, пока

сигналы, поступающие в вычислительное устройство 1 от сумматора 11 (ДХиз). и заданная разница температур (А т.зад) не будут равны.

Кроме того, были проведены эксперименты по предлагаемому способу (примеры 3-5) и прототипу (примеры 6-9).

Качество сырья - гудрона западно-сибирской нефти приведено в табл.1.

Примеры 3-5 (кривые 3-5) осуществлялись аналогично примеру 2, заменяя заданную разницу температур сырья на входе в реактор и выхода паров из него.

Примеры 6-9 (кривая 5) - по прототипу. Сырье, смешанное с рециркулятом в

соотношении 1:1 (коэффициент рециркуляции ), нагревают в печи от 350°С до 490°С и подают в реактор на коксование. Для поддержания разницы между температурами сырья на входе в реактор и паров на

выходе из него (At) равным 40°С необходимо поддерживать Кр 2. Для увеличения t до 60° необходимо Кр поддерживать равным 1,5; npnAt 70°, ,2; при . ,0. , Результаты осуществления примеров

1-9 и режимные параметры приведены в табл.2.

Как видно из таблицы, получаемый по примерам 1-5 кокс имеет низкое содержание летучих (6-7%), высокую механическую

прочность (80-90 кг/см2). При этом расход топлива в 1,5-2 раза меньше по сравнению с прототипом (примеры 6-8), ниже расход электроэнергии на перекачку и выше производительность в 1,3-2 раза. Достижение же

в прототипе производительности аналогичной предлагаемому способу (2000 т/сут) как в примере 9 за счет снижения Кр до 1 приводит к ухудшению качества кокса.

Таким образом, предлагаемый способ

регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования позволит по сравнению с прототипом уменьшить энергозатраты на процесс получения кокса за счет исключения затрат на

нагрев и перекачку рециркулята и увеличить производительность процесса за счет увеличения загрузки сырья, что становится воз- можным из-за исключения подачи рециркулята.

Формула изобретения 1. Способ регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования, включающий регулирование теплового режима реактора в зависимости от разности температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и увеличения производительности процесса за счет улучшения качества регулирования и исключения рециркуляции, дополнительно измеряют температуру на выходе и входе каждой секции печи и определяют их разность, сравнивают найденную разность темпера- тур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него с заданной и определяют их среднеарифметическое значение, по которому вычисляют необходимую разность температур сырья на выходе и входе каждой

секции печи, которую сравнивают с измеренной, и в зависимости от величины рассогласования изменяют температуру сырья на выходе каждой секции печи изменением расхода топлива соответствующей секции.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что температуру сырья на выходе каждой секции печи вычисляют по следующей математической зависимости: АЗ

Tr Ai ЦА2 + А4.

где Т| - температура в 1-й точке змеевика печи, °С;

AI - коэффициент, зависящий от разницы температур сырья на выходе и входе в печь;

А2, Аз - коэффициенты, зависящие от природы сырья (,255 ,058 - для гудрона западно-сибирской нефти);

Аз - коэффициент, учитывающий температуру сырья на входе в печь;

LI - текущее значение приведенной длины змеевика (изменяется от 0 до 1);

At - разность температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него.

°С.

Способ регулирования процесса получения кокса в реакторе установки замедленного коксования. Использование: область нефтепереработки. Сущность изобретения; измеряют температуру сырья на выходе и входе каждой секции печи, определяют разность температур сырья между выходом и входом каждой секции, сравнивают эти значения с расчетными и в зависимости от величи ны рассогласования изменяют температуру на выходе каждой секции печи изменением расхода топлива соответствующей секции. 2 ил., 2 табл. сл с

Качество сырья (гудрона западно-сибирской нефти)

Показатели качества сырья

Плотность,/04 2° Коксуемость, мае. % Молекулярная масса Температура застывания, °С Температура вспышки, °С Вязкость, сСт V 150°С v200°C КиШ, °С Содержание, мае. %:

серы

углерода

водорода

золы

ванадия

никеля

Начало кипения, °С (по Богд Групповой углеводородный мае. %:

парафино-нафтеновые углводороды

моноциклические

бициклические

полициклические

смолы

асфальтены

Таблица 1

Значения показателей

1,0198

15,78

816

+ 25

361

106,3

29,8

72

2,85 85,95 10,42

0,06 0,022 0,0072

525

32,2

8,7

Таблица 2 Режимнне параметры и результаты экспериментов по регулировании теплового режима реактора УЗХ

0.4

0.6

042

Приведенная дина амэввика

0.4

0.6

0.8

1,0

Фиг. I.

м

/ z з

Фиг. 2

Л

о

из

12

i3t#j AtM