Способ автоматического управления процессом ректификации

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом ректификации и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: автоматическое управление процессом ректификации осуществляют путем изменения расхода орошения ректификационной колонны в зависимости от значения температуры верхней части колонны, рассчитанной по текущему значению давления верхней части колонны в соответствии с представленной в аналитическом виде зависимостью температуры кипения от давления для дистиллята с заданной температурой конца кипения и скорректированной в зависимости от отношения текущих значений расхода паров, выводимых с верха колонны, и расхода внутреннего орошения, определяемого в месте ввода внешнего орошения. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом ректификации и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом ректификации путем изменения расхода орошения в зависимости от температуры и давления верхней части колонны, молекулярного веса нефтепродукта. /а. с. СССР N 1029976, опублик. Б.И. N 27 23. 07. 83/.

Недостатком известного способа является низкая точность регулирования качества нефтепродукта, так как нефтепродукты многокомпонентные смеси углеводородов с одинаковым молекулярным весом могут иметь различные показатели качества, например, углеводородный и фракционный составы.

Известен способ автоматического управления процессом ректификации, выбранный в качестве прототипа, путем изменения расхода орошения ректификационной колонны в зависимости от значения температуры верхней части колонны. /Шувалов В.В. Огаджанов Г.А. Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М. Химия, 1991. - С. 439 442/.

Недостаток известного способа заключается в низкой точности регулирования качества дистиллята ректификационной колонны вследствие низкого быстродействия системы управления, обусловленного наличием в процессе управления дискретного низкочастотного анализа качества дистиллята.

Сущность изобретения заключается в следующем: Изобретение направлено на решение задачи повышения точности регулирования качества дистиллята ректификационной колонны. Решение задачи опосредовано новым техническим результатом, который заключается в повышении быстродействия системы управления. Данный технический результат достигается тем, что автоматическое управление процессом ректификации осуществляют путем изменения расхода орошения ректификационной колонны в зависимости от значения температуры верхней части колонны, причем значение температуры верхней части колонны рассчитывают по текущему значению давления верхней колонны в соответствии с зависимостью температуры кипения от давления дистиллята с заданной температурой конца кипения, представленной в аналитическом виде, рассчитанную температуру корректируют в зависимости от отношения текущих значений расхода паров, выводимых с верха колонны, и расхода внутреннего орошения, определяемого в месте ввода внешнего орошения, сравнивают текущее значение температуры верхней части колонны со скорректированным и изменяют расход орошения в сторону выравнивания текущего и скорректированного значений температуры. При этом вследствие отсутствия в процессе управления дискретного низкочастотного анализа качества дистиллята происходит повышение быстродействия системы управления, что приводит к повышению точности регулирования качества дистиллята ректификационной колонны.

Существенные признаки: изменение расхода орошения ректификационной колонны в зависимости от значения температуры верхней части колонны.

Отличительные признаки: значение температуры верхней части колонны рассчитывают по текущему значению давления верхней части колонны в соответствии с зависимостью температуры кипения от давления дистиллята с заданной температурой конца кипения, представленной в аналитическом виде, рассчитанную температуру корректируют в зависимости от отношения текущих значений расхода паров, выводимых с верха колонны, и расхода внутреннего орошения, определяемого в месте ввода внешнего орошения, сравнивают текущее значение температуры верхней части колонны со скорректированным и изменяют расход орошения в сторону выравнивания текущего и скорректированного значений температуры.

На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа ароматического управления ректификации.

Схема содержит ректификационную колонну 1, конденсатор холодильник 2, емкость конденсата 3, датчик 4 давления верхней части колонны, датчик 5 температуры верхней части колонны, датчик 6 расхода орошения, датчик 7 температуры орошения, датчик 8 уровня в емкости конденсата, датчик 9 дистиллята, функциональный блок 10, регулятор 11 температуры верхней части колонны, регулирующий орган 12.

Способ осуществляется образом.

Процесс разделения исходной многокомпонентной или непрерывной углеводородной смеси осуществляют в ректификационной колонне 1. Пары с верха колонны выводят в конденсатор холодильник 2, после которого сконденсированный продукт направляют в емкость конденсата 3, из которой одну часть сконденсированного продукта подают в колонну в виде орошения, а другую часть выводят из рецикла в качестве дистиллята. Сигналы с датчиков 4 - давления верхней части колонны, 5 температуры верхней части колонны, 6 - расхода орошения, 7 температуры орошения, 8 уровня в емкости конденсата, 9 расхода дистиллята поступают в функциональный блок 10, где значение температуры верхней части колонны рассчитывается по текущему значению давления верхней части колонны в соответствии с зависимостью температуры кипения от давления для дистиллята с заданной температурой конца кипения, представленной в аналитическом виде, и корректируется в зависимости от отношения текущих значений расхода паров, выводимых с верха колонны, и расхода внутреннего орошения, определяемого в месте ввода внешнего орошения: T_в ( exp (I + J · (K₁ I) K₂) A · (F_v)^в / (F₁)^c; (1) I = ln(T^кк_зад + K₃); (2) J (l_n (K₄ · P_в + К₅) К₆) / К₇; (3) F_v = F_d + F_o + S·ΔL; (4) F₁ F_o · (1 + (C_p / r) · (T_т - Т_о)); (5) где
Т_в скорректированное значение температуры верхней части колонны, ^oC;
Т_т текущее значение температуры верхней части колонны, ^oC;
Т₀ температура орошения, ^oC;
T^кк_зад заданное значение температуры конца кипения дистиллята, ^oC;
F_v расход паров, кг/с;
F₁ расход внутреннего орошения, кг/с;
F_d расход дистиллята, кг/с;
F_o расход орошения, кг/с;
А константа колонны, определяется экспериментально при обучении системы управления;
B, C показатели степени, определяются экспериментально при облучении системы управления;
P_т текущее значение давления верхней части колонны, кг/см²;
К₁ К₇ константы зависимости температуры кипения от давления для дистиллята с заданной температурой конца кипения, определяются при переходе от графической формы представления зависимости к аналитической:
ΔL изменение уровня в емкости конденсата с момента расчета предыдущего значения температуры верха колонны, м;
S площадь горизонтального сечения емкости конденсата, м²;
С_p теплоемкость орошающей жидкости, кДж/кг · ^oC
r теплота испарения орошающей жидкости, кДж/кг.

Регулятор 11 температуры верхней части колонны сравнивает сигналы датчика 5 и функционального блока 10, пропорциональные текущему и скорректированному значениям температуры верхней части колонны соответственно, и при помощи регулирующего органа 12 изменяет расход орошения в колонну в сторону выравнивания текущего и скорректированного значений температуры.

Пример конкретного выполнения.

Данный пример был осуществлен на установке АТ 5 нефтеперерабатывающего завода АООТ "ЛУКойл Пермнефтеоргсинтез".

В ректификационную колонну блока вторичной перегонки бензина К₁₀ (поз. 1) диаметром 3000 мм, оборудованную 60 тарелками S образного типа подают многокомпонентную углеводородную смесь бензиновую фракцию 62 - 180^oC с расходом 50 90 т/ч и температурой 140 155^oC. Пары с верха колонны выводят в конденсатор холодильник 2 типа АВГ внешней площадью 15000 м², после которого сконденсированный продукт с температурой 30 - 50^oC направляют в емкость конденсата 3, имеющей площадь горизонтального сечения S 3,14 м² и из которой одну часть сконденсированного продукта подают в колонну в виде орошения, а другую часть выводят из рецикла в качестве дистиллята. Сигналы с датчиков 4 давления верхней части колонны P_т 0,09 0,11 МПа, 5 температуры верхней части колонны Т_т 102 - 114^oC, 6 расхода орошения F_o 9 23 т/ч, 7 температуры орошения Т_о 30 50^oC, 8 уровня в емкости конденсата L 1 - 2,7 м, 9 расхода дистиллята F_d 19 34 т/ч поступают в функциональный блок 10, где значение температуры верхней части колонны Т_в непрерывно рассчитывают по текущему значению давления верхней части колонны P_т в соответствии с представленной в аналитическом виде зависимостью температуры кипения от давления для дистиллята с заданной температурой конца кипения Т_зад и корректируют в зависимости от отношения текущих значений расхода паров F_v, выводимых с верха колонны, и расхода внутреннего орошения F₁, определяемого в месте внешнего орошения:
Т_в (EXP (I + J · (6,86 1) 42,78) 15 · (F_v)^0,95 / (F₁) ¹;
I = ln(T^кк_зад + 42,7876);;
J (l_n (1,6 · P_т + 1, 00122) 0,020718) / 7,8731;
F_v = F_d + F_o + 3,14·ΔL;;
F₁ F₀ · (1 + 0,00426 · (Т_т т_о)).

Регулятор 11 температуры верхней части колонны сравнивает сигналы датчика 5 и функционального блока 10, пропорциональные текущему и скорректированному значениям температуры верхней части колонны соответственно, и при помощи регулирующего органа 12 изменяет расход орошения в колонну в сторону выравнивания текущего и скорректированного значений температуры.

В таблице представлены показатели технологического режима и результаты лабораторных анализов фракционного состава питания и точки конца кипения дистиллята по ГОСТ 2177 82 при автоматическом управлении процесс ректификации бензиновой фракции 62 180^oC в колонне К₁₀ согласно предлагаемого способа ( способ 1) и прототипа (способ 2).

Сравнение результатов, приведенных в таблице, показывает, что автоматическое управление процессом ректификации согласно предлагаемого способа позволяет более чем в 4,5 раза повысить регулирования конца кипения дистиллята.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом ректификации путем изменения расхода орошения ректификационной колонны в зависимости от значения температуры верхней части колонны, отличающийся тем, что значение температуры верхней части колонны рассчитывают по текущему значению давления верхней части колонны в соответствии с зависимостью температуры кипения от давления дистиллята с заданной температурой конца кипения, представленной в аналитическом виде, рассчитанную температуру корректируют в зависимости от отношения текущих значений расхода паров, выводимых с верха колонны, и расхода внутреннего орошения, определяемого в месте ввода внешнего орошения, сравнивают текущее значение температуры верхней части колонны со скорректированным и изменяют расход орошения в сторону выравнивания текущего и скорректированного значений температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2