Способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне

 

Область использования: нефтеперерабатывающая промышленность. Сущность способа: измеряют давление на тарелках отбора боковых фракций, температуру острого орошения и температуры циркуляционных орошений на выходе и входе сложной колонны, определяют текущие значения средних температур кипения отбираемых нефтепродуктов в зависимости от значений давления и температуры верха сложной коИзобретение относится к способам управления процессами ректификации многокомпонентных и сложных смесей углеводородов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимиче- . ской и химической отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение отбора светлых нефтепродуктов. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что стабилизируют расчетные температуры выкипания не 10% и 90% получаемых лонны, давления и температуры на тарелках отбора боковых нефтепродуктов, расхода водяного пара в низ колонны и расходов отбираемых нефтепродуктов, при этом среднюю температуру кипения верхнего продукта поддерживают путем изменения отбора верхнего нефтепродукта, средние температуры кипения боковых нефтепродуктов поддерживают путем изменения расхода соответствующих нефтепродуктов, определяют текущие значения флегмо вых чисел по секциям сложной колонны в зависимости от значений температур циркуляционных орошений на выходе и входе сложной колонны, температуры верха сложной колонны, температуры и расход острого орошения, расходов циркуляционных орошений и расходов отбираемых нефтепродуктов , а флегмовое число верхней секции поддерживают путем изменения температуры острого орошения, флегмовые чиста других секций поддерживают путем изменения расходов соответствующих циркуляционных орошений. 1 с. п. ф-лы, 2 ил. нефтепродуктов, а средние температуры кипения нефтепродуктов. Отказ от математических моделей (1), (2), характеризующихся переменными параметрами kwi,...,mpi и требующих периодической адаптации и использование математической модели, связывающей среднюю температуру кипения нефтепродуктов с режимными переменными объекта управления, характеризующуюся постоянными параметрами, например, уравнение Ашворта, график Кокса, номограммы UOP и пр. позволяет исключить ошибки в расчете температур выкипания нефтепродуктов. ел 00 о Сл ГШ«Д о о

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (51)5 В 01 D 3/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОГ вЕдомство сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4939125/26 (22) 24.05.91 (46) 23,03.93. Бюл. N 11 (71) Грозненское научно-производственное . объединение "Промавтоллатика" (72) Т, К. Блохина и Г, С. Штейнгардт (56) Авторское свидетельство СССР

"Г1 1526725, кл, В 01 D 3/42, 1909.

Авторское свидетельство СССР

М 1074559, кл. В 01 D 3/42, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ В

СЛОЖНОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЕ (57) Область использования, нефтеперерабатывающая промышленность. Сущность способа; измеряют давление на тарелках отбора боковых фракций, температуру острого орошения и температуры циркуляционных орошений на выходе и входе сложной колонны, определяют тскущие значения средних температур кипения отбираемых нефтепродуктов в зависимости от значений давления и температуры верха сложной коИзобретение относится к способам управления процессами ректификации многокомпонентных и сложных смесей углеводородов и может быть использовано в нефтеперерабатываюшей, нефтехимической и химической отраслях проГлы111ленности.

Цель изобретения — повышение отбора светлых нефтепродуктов, СопостаВительный анализ заявлЯемоГО решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличаемся от известного тем, что стабилизируют расчетные температуры выкипания не 10% и 90% получаемых

» 5Ы, 1803166 А1 лонны, давления и температуры на тарелках отбора боковых нефтепродуктов, расхода

ВОдянОГО пара B низ колонны и расходов отбираемых нефтепродуктов, при этом среднюю температуру кипения верхнего продукта поддерживают путем изменения отбора верхнего нефтепродукта, средние температуры кипения боковых нефтепродуктов поддерживают путем изменения pGcхода соответствующих нефтепродуктов, определяют текущие значения флегмовых чисел по секциям сложной колонны в зависимости от значений температур циркуляционных орошений HQ выходе и входе сложной колонны, температуры верха сложной колонны, температуры и расход острого орошения, расходов циркуляционных орошений и расходов отбирае лых нефтепродуктов, а флегмовое число верхней секции поддерживают путем изменения температуpbl острого орошения, флегмовые чиста других секций поддерживают путем изменения расходов соответствующих циркуляционных орошений. 1 с. и, ф-лы, 2 ил. нефтепродуктов, а средние температуры кипения нефтепродуктов, Отказ от математических моделей (1), (2), характеризующихся переменными параметрами l< >,...,тР1 и требующих периодической адаптации и использование математической модели, связывающей среднюю температуру кипения нефтепродуктов с режимными переменными объекта управления, характеризующуюся постоянными параметрами, например, уравнение

Ашворта, график Кокса, номограллмы UOP u пр, позволяет исключить ошибки в расчете температур выкипания нефтепродуктов, 1803166

Кроме того заявляемый способ отличается от известного тем, что стабилизируют внутренние флегмовые числа по секциям сложной колонны. Последнее позволяет стабилизировать четкость ректификации нефтяных смесей в виде температур налегания соседних фракций. Одновременно выполняемая стабилизация средних температур кипения фракций (Т отгона 507) и величин температур налегания соседних фракций (Т (90-100 ) позволяет достичь цели изобретения; путем стабилизации температуры выкипания 10%, 50% и 90 нефтепродуктов, как это требуется по ГОСТу 2177-66, повысить отбор светлых нефтепродуктов.

Известны математические модели, связывающие средние температуры кипения нефтяных фракций с давлением и температурой системы, известны зависимости четкости ректификации нефтяных смесей в виде температур налегания или разрыва соседних фракций от произведения флегмового числа R и числа реальных тарелок N в соответствующей секции.

Однако укаэанные математические модели не обеспечивают автоматическую стабилизацию температур выкипания нефтепродуктов сложных ректификационных колонн, которая достигается в заявляемом техническом решении, Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

На 1-ом этапе реализации предлагаемого способа определяются средние темпера-, туры кипения фракций при атмосферном давлении с помощью уравнения Ашворта:

lg Р=2,68(1-f(T)/(Tê))- 1

-307,6)-1

f(T)=1250/(где: Т-температура, соответствующая этому давлению, К, Т вЂ” температура кипения при 0 1 МПа, <>К

С учетом диапазона изменения давлений и температур в сложной ректификационной колонне первичной переработки нефти, уравнение Ашворта упрощено до вида:

t< =.1,0+1,001 ti-10,5 р>-0,0256 а р (2) где; т — температура отбираемого 1-ro нефтепродукта, С р — парциальное давление парав на тарелке отбора i-ro нефтепродукта, ата

tI — средняя температура кипения I-го нефтепродукта, С.

Парциальные давления паров нефтепродуктов на тарелках отбора определяют6 ся по формуле:

Япр р =Р

М

10 Gin „Gs, 1 Ml М Я. (3) э

60.0. (gt1 gto,о. ) (4) 35 . Яц -gt1 где Go.o. — расход острого орошения, т/ч;

Яц, Оц — энтальпия, соответственно, и паров и жидкости "1" -го (верхнего) нефте40 продукта, кдж/ч

g 0.0. — энтальпия жидкого острого орошения на входе в колонну, кдж/ч . Энтальпию жидкого нефтепродукта вычисляют, например, по формуле Крега;

Энтальпию нефтяных паров вычисляют, например, по формуле Уира-Иттона.

gt"=(210.3+0,456 t+0,000586 t2)(4 — ров

-309, (6) В формулах (5) и (6):

11в- температура нефтепродукта, С р15 — относительная плотность нефтепродуктаа.

Флегмовое число "1"-ой секции колонны вычисляют по формуле:

®л.ч.1= g1/G пр.

Ф (7) где I — номер отбираемого нефтепродукта, pi — давление на тарелке отбора, абс

15 G пр — величина отбираемого нефтепроl дукта, т/ч в.n. — водяной пар.

На втором этапе определяют флегмовые числа по секциям колонны, при этом для

20 определения флегмовых чисел сложной колонны воспользуемся характерной особенностью этой колонны; практически все тепло,в колонну вводится с сырьем. Это позволяет определить тепловые нагрузки и

25 флегмовые потоки по колонне из теплового баланса колонны, не прибегая к сложному потарелочному расчету материальных и тепловых балансов, Расход жидкости, стекающей по тарел30 кам "1"-ой (верхней) секции сложной колон- . ны определяют по формуле: о

1803166

91 gi 1 Опр !

10 (g*irop g*i nn ) (8) п1гор Игор

tqo 1цо

Фл. ч. 2=g2/(G np+G пр) г (9) 30

40

45 щих температуры вверху и на тарелках отбора нефтепродуктов, датчиками 37 — 39

Расход жидкости, стекающей по тарелкам i-ой (2-ой и ниже) секции сложной колонны определяют по формуле: где gi-1 — расход жидкости, стекающей по тарелкам вышележащей секции, т/ч

G пр — расход I-ro выводимого нефтепроI дукта, т/ч о©р яйцо — энтальпии, соответственно, паров и жидкости нефтепродукта при температуре вывода из i-ой секции колонны циркуляционного орошения, кдж/ч

gtö"," — энтальпии жидкого охлажденного циркуляционного орошения i-ой секции, кдж/ч.

Флегмовое число "2" - ой секции колонны вычисляют по формуле:

Флегмовое число "3"-ей секции колонны вычисляют по формуле:

Фл.ч.3=93/(G np+G пр+6 пр)

1 2 3 (10) Флегмовое число "4"-ой секции колонны вычисляют по формуле:

Фл.ч.4=g4/(G пр+6 np+G np+G пр) (11)

2 3 4

На третьем этапе, вычисленные по формуле (2) средние температуры кипения фракций стабилизируются следующим обр азом: — средня я тем и е ратура н ефте и р оду кта, выводимого из "I"-ой секции — путем изменения отбора нефтепродукта из I-ой секции колонны.

На четвертом этапе вычисленные по формулам (7, 9, 10, 11) флегмовые числа стабилизируются следующим образом: Фл. ч. 1 — флегмовое число "1"-ой секции — путем изменения температуры острого орошения, флегмовые числа 2, 3 и 4-ой секции — путем изменения расхода циркуляционного орошения соответствующей секции.

Стабилизация флегмовых чисел по секциям колонны обеспечивает заданную четкость ректификации, нефтяных смесей в виде температур налегания соседних фрак ций.

В результате, одновременно выполняемая стабилизация средних температур кипения фракций (3-ий этап) и величин температур налегания соседних фракций (4ый этап), позволяет путем стабилизации качества получаемых нефтепродуктов повысить отбор светлых нефтепродуктов, На фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации способа; на фиг. 2 представлены кривые фракционной разгонки получаемых нефтепродуктов.

Сложная колонная, предназначена для разделения частично отбензиненной нефти, состоит из секций 1, 2, 3, 4, Отбензиненная нефть поступает в сложную колонну по линии 5, В сложной колонне нефть разделяется на пять нефтепродуктов; бензин, отводимый по линии 6, лигроин, отводимый по линии 7, дизельное топливо 1, отводимое по линии 8, дизельное топливо П, отводимое по линии 9 и мазут, отводимый по линии 10.

Регулирование температур выкипания нефтепродуктов осуществляется с помощью установки необходимых значений отборов нефтепродуктов по линиям 6, 7, 8 и

9, расходов циркуляционных орошений по линии 11, 12, 13 и температуры острого орошения, поступающего в колонну по линии

14 изменением подачи хладоагента, поступающего в холодильник 15. Необходимые значения отборов нефтепродуктов устанавливают с помощью регуляторов 16, 17, 18 и

19, температуру острого орошения — с помощью регулятора 20, расходов циркуляционных орошений — с помощью регуляторов

21, 22 и 23.

Колонна снабжена также расходомерами 24 — 27, контролирующими отборы нефтепродуктов, расходомерами 28 — 31, контролирующими расход острого и циркуляционных орошений, расходомером.32, контролирующим расход водяного пара, датчиками 33 — 36 температур, контролируютемператур, контролирующих температуры циркуляционных орошений на выходе из колонны, датчиками 40 — 42 температур циркуляционных орошений на входе в колонну, датчиком 43 — температуры острого орошения, датчиками 44 — 47, контролирующих давление вверху и на тарелках о бора нефтепродуктов.

Показания расходомеров 24-27 и 32, датчиков ЗЗ вЂ” 36 температур и датчиков 4441 давлений поступают в вычислительное устройство 48, где формируются уставки для регуляторов 49 — 52, которые обеспечивают

Ь

1803166 стабилизацию в сложной колонне средних температур кипения нефтепродуктов.

По показаниям уже поступивших в вычислительное устройство 48 данным от расходомеров 24 — 27, а также по показаниям 5 расходомеров 28-31 и датчиков 33, 37-42, 43 температур, формируются уставки для регуляторов 53 — 56, которые обеспечивают стабилизацию внутренних флегмовых чисел по секциям сложной колонны. 10

Способ управления реализуется следующим образом. Текущие значения расходов отбираемых нефтепродуктов Об, Ол, ОД1, Одц, от датчиков 24-27,.расхода водяного пара Ол.л. от датчика 32, давлений на тарел- 15 ках отбора Р1, Р2, Рэ, Р4 от датчиков 44 — 47, температур на тарелках отбора t>. t2, тз, t4 от датчиков 33-36 поступают в вычислительное устройство 48, где с помощью уравнений (1) и (3) определяются температуры 20 кипения t6 — бензина, тл — лигроина, tpl — диз. топлива 1, тдц — диэ. топлива П. Вычисленные средние температуры кипения тб,...лди поступают в качестве переменных на регуляторы 49 — 52, которые используя 25

ПИ-закон регулирования в соответствии с заданными значениями средних температур кипения 1б3д °,тдцЗд изменяют зада-. ния отборам соответствующих нефтепродуктов. Указанные расходы стаби- 30 лизируются регуляторами 16-19.

Текущие значения температур циркуляпературы охлажденного острого орошения, 35

to.o. От ДатЧИКа 43, раСХОДОВ Ц4ИРКУЛЯЦИОНных орошений Оцо, Оцо . Оцо от датчиков

2 3

29 — 31, расхода острого орошения Go.o. от датчиков 28 поступает в вычислительное устройство 48, где с помощью уже поступив- 40 ших в вычислительное устройство 48 текущих значений Оь Ол, Од!, Оди и t î.î. по уравнениям (4) — (II) вычисляются флегмовые числа Фл. ч.l, Фл. ч.2, Фл. ч.3 и.Фл. ч. 4.

Вычисленные флегмовые числа в качестве 45 переменных поступают на регуляторы 5356, которые используя ПИ вЂ” закон управления, в соответствии с заданными значениями флегмовых чисел по секциям колонны Фл. 2.1 зд. Фл. 2.2 зд, Фл, 2.3 зд, и 50

Фл, ч. 4 зд определяют необходимые значения температуры острого орошения to.î. путем изменения подачи хладоагента в, холодильник I5 и расходов циркуляционных орошений Оцо, Оцо, Оцо, Указанные рас- 55

2 3 4 ходы стабилизируются регуляторами 21-23, Изменяя GG Ол, Од! и ОД1! регулируют положение центральной точки кривой фракционной разгонки (см. фиг. 2), соответственно, бензина, t5, лигроина, тл, дизельного

Ф топлива I, Тд!, и дизельного топлива П, 1дц .

Изменяя to,о., Оцо, .Оцо, Оцо регулируют

2 3 4 величины температур налегания кривых фракционной разгонки, соответственно, бензина и лигроина, Лtá->, лигроина и дизельного топлива 1, Льл-д!, дизельного топлива I и дизельного топлива II, Лтдг-ди, диз. топлива !! и мазута, Ьтдц-м. Это позволяет отобрать то количество светлых нефтепродуктов, которое потенциально содержится в сырье.

Пример. На установке первичной переработке нефти при постоянной производительности Go=924 т/ч применение системы управления (фиг, 1), реализующей предлагаемый способ управления позволило улучшить показатели работы ректификационной колонны.

Пусть ректификационная колонна находится в состоянии 1.

Известно, что одним из основных возмущающих воздействий процесса ректификации является возмущение по составу сырья, Пусть в некоторый момент времени состав сырья колонны изменится таким образом, что потенциальное содержание бензина в сырье стало равным 154 т/ч, лигроина — 123 т/ч, дизельного топлива 177 т/ч, дизельного топлива !! — 92 т/ч.

Тогда при сохранении величин управляющих воздействий на прежнем уровне, качество получаемых нефтепродуктов будет существенно отличаться от заданного: средние температуры кипения фракций снизятся до величин ы tg =103 С, тл =180 С

t ai =236 С, тдц =283 С, вместо заданных, соответственно: 110 С, 200 С, 265 С, 320 С, Увеличатся и температурные налегания фракций: ЬМ-л=7 1оС, h,të-д!=21,3 С, Ь тд!-дн=13.3 С иЬ тдц-M=17.6 С, в м е сто первоначальных .соответственно: 4.6 С, 13.3 С, 4.2 С и 6.2 С, Потери светлых нефтепродуктов составят (154+123+77+92)-(132+105+66+79)=

= 64 т/ч.

Рассмотрим теперь, как предлагаемый способ позволит восстановить первоначально заданное качество нефтепродукта.

1. По режимным переменным колонны: температурам отбираемых нефтепродуктов, расчетным величинам марциальных,давлений паров на тарелках Отбора нефтепродукта вычислительным устройством определяются средние температуры кипения фракций: 103 С, 180 С, 236 С, 283 С.

После чего, регуляторы средних температур кипения изменят расходы отбираемых нефтепродуктов до следующих величин: GO=154 т/ч, Ол=123 т/ч Од!=77 т/ч, 1803166

Одл= 92 т/ч. Это позволит достичь заданных средних температур кипения нефтепродуктов: 110 С, 200 С, 265 С, 320 С.

2, По режимным переменным колоннам вычислительным устройством определяют- 5 ся флегмовые числа колонны: 1.14, 0,54, 0,82 и 0,66, После чего регуляторы флегмовых чисел изменяют температуру острого орошения t<..<. до 60 С, а расходы циркуляционных орошений Оц до 238 т/ч, 10

Оцо до 225 т/ч и Оцо до 72 т/ч что позволит з 4 восстановить флегмовые числа по секциям колонны до первоначальных величин: 1,3, 0,81, 1,34, 1.18, а температуры налегания фракций до Лса-л=4.7 С, Atn-д(=13,5 С, 15 tel-оп=4.2 С и Лтля-м=6.4 С.

Потери светлых нефтепродуктов отсутствуют.

На фиг. 2 изображены кривые фракционной разгонки нефтепродуктов, получае- 20 мых в 1-ом и 3-ем состоянии колонны (сплошные линии) и во 2-ом (пунктирные линии). ф

Таким образом, стабилизация средних температур кипения фракций (положения 25 центральных точек кривых фракционной разгонки) и флегмовых чисел по секциям колон н ы (величин температур нале гания кривых фракционной разгонки соседних. фракций) позволяет достичь цель изобрете- 30, ния: повысить отбор светлых нефтепродуктов на 64 т/ч по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной рек- 35 тификационной колонне, включающий измерение расходов циркуляционных и острого орошений, отборов нефтепродуктов, расхода водяного пара в низ колонны, давления и температуры верха сложной колонны и температур на тарелках отбора боковых нефтепродуктов, изменение расходов отборов боковых нефтепродуктов и расходов циркуляционных орошений, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения светлых нефтепродуктов, измеряют давления на тарелках отбора боковых фракций, температуру острого орошения и температуры циркуляционных орошений на выходе и входе сложной колонны, определяюттекущие значения средних температур кипения отбираемых нефтепродуктов в зависимости от значений давления и температуры верха сложной колонны, давления и температуры на тарелках отбора боковых нефтепродуктов, расхода водяного пара в низ колонны и расходов отбираемых нефтепродуктов, поддерживают средн ою температуру кипения верхнего продукта путем изменения отбора верхнего нефтепродукта, средние температуры кипения боковых нефтепродуктов поддерживают путем изменения расхода соответствующих нефтепродуктов, определяют текущие значения флегмовых чисел по секциям сложной колонны в зависимости от значений температур циркуляционных оро- . шений на выходе и входе сложной колонны, температуры верха сложной колонны, температуры и расхода острого орошения, расходов циркуляционных орошений и расходов отбираемых нефтепродуктов, при этом флегмовые число верхней секции поддерживают путем изменения температуры острого орошения, а флегмовые числа других секций — путем изменения расходов соответствующих циркуляционных орошений, 1803166

1803166 ц р

ЧЭ cQ ("»

Е

Составитель Т.Блохина

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Пекарь

Редактор А.Купрякова

Производственно-издательский комбинат."Патент", r. Ужгород; ул.Гагарина, 101

Заказ 1020 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5