Способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄ SUÄÄ1526725

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4179206/31-26 (22) 09.01.87 (46) 07.12.89. Бюл. ¹ 45 (71) Ленинградский технологический институт им. Ленсовета (72) А, Д. Бобков, Н. В. Лисицын, В. В. Кашмет, В. H. Здобн»в и H. Ф. Рубекин (53) 66.012.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1178461, кл. В 0! D 9/42, 1983.

Автопское свидетельство СССР

107-1 ». » кл В О! D 3, 42, )82 (54) СПОСОБ УГ1РАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПEРВИЧHOA ПЕРЕРАБОТКИ НЕФ

ТИ В Г.10>К НОЙ РЕКТИФИКАЦИОН-!

1ОА КОЛОННЕ (57) 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 процесИзобретение 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.

На фигуре 1 представлена блок-схема системы управления процессом первичной переработки нефти, реализующей способ; дц 4 В 01 1Э 3»42, С» 05 D 27/00

2 сом 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, регулпро»»ания концентраций легких и тяжелых компонечтов нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и расхода перегретого пара в низ колонны в зависимости от текуших значений концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, используя модель динамики»»р »цесса, определение концентрации легкого компонента в отбираемом выше нефтепро дукте. тяжелого компонента в отбираемом ниже нефтепродукте, и в зависимости от их значений дополнительно корректируют расходы циркуляционных и острого орошений, раси»д перегретого пара в низ колонны и величины отборов боковых нефтепродуктов. 4 пл, 3 табл. на фиг. 2 — зависимость ко центрац» .» легкого компонента х. (отн. ед.) верхнего бокового продукта от его отбора D (м /ч) при стационарном технологическом режиме; на фиг. 3 — зависимость концентрации легкого компонента х. (отн. ед.) верхнего бокового продукта от расходов 6 (м /ч) (кривая 1 — острого орошения, 2 - — верхнего ц.о.,3 — нижнего ц.о.); на фиг. 4 — зависимость концентрации легкого компонента х. (отн, ед.) верхнего бокового продукта от расхода перегретого пара 6 (м /ч) при стацион а рном технологичес ком реж и ме.

1526725

В табл. представлены показатели, характеризующие работу ректификационной колонны, в табл. 2 — концентрации компонентов в боковых отборах, в табл. 3 экспериментальные значения коэффициентов усиления, постоянных времени, запаздынаний 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 отпарных колоннах 6 — 8. Частично отбензиненная нефть поступает в колонну (lo 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 осу ществляется путем поддержания заданных значений отборов нефтепродуктов по линиям 11 — 13, расходов циркуляционных орошений по линиям 15 и 16, острого орошения по линии 17 и расхода перегретого пара по линии 18. Задания по отборам нефтепродуктов поддерживаются регуляторами 19 — 21, по расходам циркуляцпонны» opolil(IIHIl — регуляторами 22 24 по расходу перегретого пара — регулягором 25, Система управления также содержит

Ill г < икп р,< с»<>да нефти 26, расходil пефт(продуктов 27- 31, расхода циркуляционных и острого орошений 32 — 34, расхода перегретого пара в низ сложной колонны 35, в низ отпарных колонн 36 — 38, давления в колонне 39, температуры 40 — 45, анализаторы 46 49. Показания датчиков рас»:ода

26- 38, .1авления 39, температуры 40- 45 и показания анализаторов 46 в 49 поступают 1< вычислип ельное устройство 50, где формируются задания регуляторами !9- — 25. Колонна снабжена дефлегматором 51 и теплообменниками 52 и 53.

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

»г(-- =L

Дх Э»з, dv (1) г Bz э к () h Э 11,дН

\> () а<= dz а, а», (,i- - = ку (""-v) 1 дк у""-=(((с, Р) ° к, для верхней простой колонны:,=-- — x++---х (5)

I)+1 R+1 н= — --(R h+hD+- % ), 1 1

К+1 1) где х,у — — концентрации компонента в жидкости и паре;

h,0 — энтальпии компонента в жидкости и паре;

М вЂ” количество жидкости на тарелке; !,Г -- расход флегмы и пара в колонне; у* — концентрация компонента в паре, равновесном с жидкостью;

А у -- коэффициент массонередачи;

K(t,ð) константа фазового равнове-!

5 сия, функция температуры и давления на тарелке;

R -- флегмовое число;

Ю отбор нефтепродукта с верха колонны;

xp,hl концентрация и энтальпия компонента х в отбираемом с верха колонны нефтепродукте; ()(— — тепло, отводимое полным дефлегматором, конденсирующим поток нефтепродукта 0.

Таким образом используется представле.:ие состава нефтепродуктов в виде смеси

< пределенного числа узких фракций, каждая из которы» идентифицируется как индиви.1»:.<.пыль:й к«»<понент.

B каждом i-м неф(сиро,(укте (нумераЗй цию нефтецродуктон ведут снизу вверх) измеряются KoHllpHòðàöèè легкого х.-, и тя жело;«х, к х<понентов. Используя предлoH(PHHylo модель (1) — (6), рассчитываются х, вверх по высоте колонны до места отбора (i+ 1 ) -го нефтепродукта, а х-, вниз до

35 места отоора ((-1) -г0 нефтепродукта. Полу<> < ченное значение х., является выносом

i-l ,-го нефтепродукта в (i+1) -й, а х.; — sl IHo° ом i-го в (i-1)-й нефтепродукт. Иначе, <>-< х>, — концентрация нежелательных компо4Q «ентов н (<-<-1 ) -и, а х, „,-г) ((— 1 ) -м нефтепролу Н; те. Качество цефтепр(<,1»кт«в повысится при выполнении voлоний (e) !

О (+1 х.,=min;

i х.,=min, (7) (8) з ) для (=1,2....

Таким образом, по модели динамики процесса определяются значения технологических параметрон, которым соответствуют

MHHHMBzlüíûå концентрации нежелательных компонентов в нефтепродуктах.

По рассчитанным и измеренным значениям параметров определяются значения отборов боковых нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и рас5 .»ода перегретого пара в низ колонны.

)-(апример, зависимость концентрации легкого компонента бензина (верхнего бокового продукта) от расходов орошений и нагрузК«К< l<)l II() СЫРЬК< Oil(IP;1(VIHP(ХЯ В («<<т1526725 ветствии со следующими соотношениями: от расхода острого орошения

К4 1;в -(Г 8) 3 0<) >

Т„8+1 Т6 8+1 5 где 6<).o — расход острого орошения;

К4,Т4 т4 — коэффициент усиления, постоянная времени и запаздывание по каналу G,„„-x34 где х34 — концентрация легкого компонента на тарелке, разделяющей секции 3 и 4 (фиг. 1);

Кв, T f),T() — — те же, по каналу хз4 — х.;

S — оператор Лапласса; от расхода верхнего циркуляционного оро- !5 щения

1 -16 1 4 — (< 4-бв ) S х G,o

Т S+1 Тв S+1 хнего ц.о.; 20 каналу 6,„ — где G() ч,<> — расход вер

К)<), Tf(-„T)6 — те же, по

ХЗ4, Хв, Тв, в ll<) кана п от рас»ода нижнег<> цирку

ШЕН И H !.(5 З

Т45 S+ 1 ТЗ >

ХЗ((Х 4

ЗЯЦИО, <>P<)К8 25

ТВ S+1 где 6„х,o — — расход нижнего ц.о.;

К),;,Т)т(з — — те же, по каналу 6,, x93, где х.з — ко н центр ация легкого компонента на тарелке, разделяющей секции 2 и 3;

К),TÇ,T3 — те же, по каналу хвз- — х34, Kf) Tf) т)(те же по каналу х34 хд от нагрузки колонны по сырью!

9 Kw K2 Ка Kf!

) Т9 S+1 Т Ь+1 Т2 Ь+1 Ть S+1 Ts S+1

40 — (С9» <) 2 В В) 3 х(° Р где F

К9, Т9,т9 нагрузка колонны по сырью; те же, по каналу F х,, где 4

45 х — концентрация легкого компонента на тарелке питания;

К! T т — те же, по каналу хр — х)9 где х(г — концентрация лег- 50 кого компонента на тарелке, разделяющей секции 1 и 2;

К Т9т9 — те же, по каналу х) — х93, КЗТзтз те же, по каналу xz3 хз4

КвТвтв — те же, по каналу хз4 — х..

Способ осуществляется следующим об- 55 разом.

Частично отбензииениая подогретая нефть поступает в ректйфнкационную колонну по линии 9. Для снижения давлеь ния насыщенных нефтяных f)3p<>B в HH,! Колонны по линии 18 подается перегретый водяной пар. Дизельное топливо, керосин. бензин Б поступают соответственно с верха секций 1 — 3 в отпарные колонны 6- 8, где происходит отпаривание более легки» углеводородов. Отводятся нефтепродукты по линиям ll — 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 концентраций легких и тяжелых компонентов бен зина Б, керосина, дизельного гоплива и тяжелого компонента бензина А от анализаторов 46 — 49.

В устройстве 50 для каждого из компонентов х.;, и х „использ, я теку щие зн;)чения параметров, по модели динамики lip()цесса (1) — (6) рассчитываются значения отборов нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и расходы нерегpeTnf() пара, которым удовлетворяют условия (7) — (8). В зависимо»си ()T з)<ачеHHH указанных технологич(= HHx парач:,ров,наиболее )(одHo удовлPTâоряющи» усл() вию () ) — — (8) для всеx не<))тепродуктов, ()l! р(, l()я к)тся задl (>< » . )>< (!р ! 1 ° l

Пример. 1!а установке f)(.pH)f fH()fi <)с!)ср<)ботки нефти при постоянной пронзя:..lHтельности 20500 мз/сут примене! не системы управления (фиг. !), реализующей предлагаемый способ управления, позвали 1<> улучшить показатели работы ректификыционной колонны (табл. 1) . Повышение Has((. Tf нефтепродуктов достигнуто реапизацH(й ffdéденного по модели динамики проце<. (H T(.хнологического режима, которому соотвсT ствуют минимальные концентрации нежел:— тельных компонентов в нефтепродукты». В частности, расход водяного пара, подаваемого в низ сложной колонны, ученшпеH с 9,3 до 7,8 т/ч, снижена кратность острог( орошения с 2,19:1 до 1,98:1 и одновремен! о увеличен расход второго циркуля ционного орошения с 370 до 382 м /ч.

Миничи )аппя концеHTpllllèé нож<, „)T(, ff) ных компонентов в нефтепродуктах прив<ла к уменьшению температурных диапазонов выкипания фракций (температуры начала кипения температура конца кипения 1, в связи с чем снизились температурные налегания фракций в среднем на 3 С. Сокращение температурного налегания фракций дизельное топливо — мазут позволяет уменьшить вынос дизельного топлива в

l526725

7 мазут, и следовательно, увеличить отбор светлых нефтепродуктов на 0,8%.

Формула изобретения

Способ управления процессом первич5 ной переработки нефти в сложнои ректификационной колонне путем измерения значений температур выкипания нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений, температур верха простых колонн, нагрузки по сырью сложной колонны, от- 1О боров нефтепродуктов, расходов перегретого водяного пара в низ простых колонн, давления в сложной колонне, регулирования концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, расходов циркуляционных и острого орошений и расхода перегретого пара в низ сложной колонны, Т à о л и ц а

Нефт е п рг»ду кт

Ьез способа управления

1 (Г,о способу управления Температура,о С

Отбор, ".,и /сут) Температура,оC

Отоор, С(мь/сутl нач ла начала кипения

Фракции конца кипения фракции

J конца кипения фракции кипения(Су.ра кции

6,О1 (1232) 45 Iч!

8,62 (1,767; 38 о4

7 г36 (1632) !79 238

142 86

2ч2

Бензин Д Фо.H.Ê. †1

Ьензин Б Фр. 140-180

Керосин Фр. 180-230

Оизельное топливо

Фр. 230-360

lIàçóт Фр.> 360

6,01

b,68

c,07 (1232)

I177j,. (1654,5!

45 38

178

24,4 (с,004) 229 361

53, 60,iu865i 356

228

Зч9 (S133i (10701

358 а б п и ц „2

Концентрацнл ьомгонснгоь, t M I,д;,, Tåìïåðàòóðu а апа и е -Лв ° е )в н немом бо оегм грогyкте продукте (В I CРЛНЕ 1 СС О,I It. Ì бокочон оо«»глл

Про, t т по г!утг. е сырье и IIuDõMåM конца кипеьнл Фра ции, С продYêòå с,0069

G,о99б с ОВВ

0,321

О,iáotj

С,OOG4

G,GC3

О,DG!6

C,0Ñî5

G,OCu1

О, J,)Z2 о,o. 5.

О, ОI»2

», -656

О DC51

J,О73

О, 11)á П

», О }92

J,O5чб

O,2(1?

»,о11г

J,Ou lI

0,0»Jt

C,CG19

С,CO:6 с,согч

D,0344

С,1607

0,0439 с,o795

О,2544

G,2313

С,0443 о,ог 1

О,lовч

О, iI J 1 3

0,0014

0,0019

0,0001

IJ, »002

u,ooui

О,ODD!

0,0090

0,0039

0,0075

0,0642

0,0772

0,0099

0,0176

0,1193

0,1184

0,0414

0,5107

53-62

62-74

/4-85

85-95

95-1,5

115-120

IZO-I25

125-135

135-i4O

I4O-145

145-175

I7 .5-18О

180-185

165-210

- IO-235

235-240

240-245

245-265

265-265

265-290

2-9С-- 95

295-Зч5

345-350

350-355

355-390

390-ч15 ч15-ч20

420-425

425-490 ч90-500

50G-51О

510-600

0,000 7

O,00256

0,01120

O,D152C

0,03290

0,00748

0,00849

О,О;г7С

0,01220

G,00748

0,04880

0,ОС849

О,ОС849

0,04130

0,04i30

О,ОО637

0,01060

0,03180

С, 03390

0,00649

G,00536

0,08600 о,оо637

0,00961

0,05730

0,04240

0,00536

0,00961

0,Î642Î о,06370

0,02330

0,27635

8 отлича2ощийся тем, что, с целью повышения качества нефтепродуктов за счет уменьшения концентраций нежелательных компонентов в боковык отборах, дополнительно измеряют концентрации легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, температуру низа сложной колонны по текущим значениям концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, используя динамическую модель процесса, определяют 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 сложной колонны и величины отборов боковых нефтепродуктов.

0,0012

0,0028

О, Îi cjG

О, G»41.1 J, O58

019 .I,О 48

»,Обгб

;!65;

4,3226 J,2032

O,С 37

С Г г5

О,С 52

C,СС2

С,ССС

1526725

Параметр Значение мин мин мин мин мин мин мин мин мин мин мин мин мин мин мин к, К

К

К„

К

I 15 ь

Т, т

Т3

Т

Т, Т, Т 5

Tie 1, 2

1, Cg

4 ig

15

0,8-0,95

0,78-0,95

0,65-0,8 (0,5-1,0) ° 10

0,81-0,9 (0,1-0,45)-10 (0,6-0,9) 10 (0,6-0,9) 10

25-40

25-40

25-40

15-30

20 35

"-9

5-15

5-15

15-30

15-30

15-30

10-25

20-30

1-5

2-8

2-8

Таблица

Ед. измерения от .ед. отн.ед. отн.ед. отн.ед./м /ч отн.ед. отн.ед./мз/ч отн.ед./м /ч отн.ед/мз/ч мин

1526725

0003

0003

0,0О

25

Фиг.2

0005

oooz

0001

100

А

0,0Р4

Хл

О 00Ф

200 300

Фиг. 5

1526725 оао

О ООР

0001

2 3 4 „ g 7 g д gл

ИЫ Ф

Г(>ст>>вите.н А l lptсковн(>в

Текред И Верее It<>I:релтор В Каб»пий

Тираж 600 l1t>".»èt >!(>(Рt tàêòt>ð Л Зайпева I » >;» 7432 т 7

В1111111111 Гос дарственного комитета по и >обр г и ив» и о> кр>» ин» при I li I I Г (:(3.Р

1 13035, Москва. Ж 35, Ражип л;>и наб., д. 4 5

11р»и >водственно-издатечьский комбинат х11атеп>», > Ужг»род, x.> 1 аг,>Вин;>, 101