CS255815B1 - Způsob řízení chodu destilační kolony - Google Patents

Abstract

Účelem řešení je nalézt regulační nebo technologické opatření směřující ke stabilizaci obsahu těžkých složek v destilátu do 5 % hmot. při oddělování směsi propanu a butanu od těžších uhlovodíků. Cíle se dosáhne změnou množství tepla dodávaného do vařáku destilační kolony tak, aby se stabilizovala hodnota průměrného rozdílu teplot, připadající na jedno patro v oblasti mezi patrem s měřením teploty ve střední části obohacovací sekce destilační kolony a hlavou destilační kolony na konstantní hodnotě v rozmezí 1 až 2,5 °C/patro.

Description

/ Vynález se týká způsobu řízení chodu destilační kolony pro oddělení směsi propanu od těžších uhlovodíků s předepsanou hodnotou koncentrace těžkých složek destilátu.

Při dělení směsí látek o různé těkavosti pomocí kontinuální destilace se často setkáváme s případem, kdy je třeba od směsi oddělit jednu nebo více lehkých (silně těkavých) složek, od složek zbývajících. Koncentrace těžkých složek v destilátu přitom nesmí přestoupit malou, předem zadanou hodnotu, obvykle do několika % hmot.

Ve snaze zamezit vzniku nekvalitního produktu se takováto destilace často řídí tak, aby byla z hlediska obsahu těžkých složek v destilátu značná rezerva proti maximální povolené hodnotě. Z hlediska ekonomiky destilace je však výhodné vyrábět destilát s co nejvyšším povoleným obsahem těžkých složek. Takováto destilace je energeticky méně náročná, neboť umožňuje pracovat s nižším refluxním poměrem. Kromě toho je cena těžkých složek často nižší než cena destilátu a je proto výhodné obsah těžkých složek v destilátu udržovat blízko maximální přípustné hodnoty. S popsaným problémem se setkáváme například při výrobě směsi propan-butanů ze zkapalněného refinérského plynu, kdy obsah pentanů a vyšších uhlovodíkxi z důvodů požadované dobré odpařivosti nesmí přestoupit několik procent.

Kolony pro popsaný způsob dělení se dosud řídí s využitím informace o teplotě na vybraném místě v koloně (nejčastěji ve vařáku nebo na některém patře ochuzovací části kolony). Současně se sleduje koncentrace těžkých složek v destilátu analyticky (laboratorně nebo automatickým analyzátorem).

Výše popsaný způsob regulace je vhodný pouze v případech, kdy vnější poruchy působící na proces jsou malé a působí pomalu. Nejdůležitější vnější poruchy jsou zejména kolísání tlaku v koloně (u tlakových destilací), změny v množství a vzájemném poměru mezi těžkými složkami a kolísání obsahu lehkých složek a. inertů v destilované směsi. Všechny tyto vnější poruchy mají významný vliv na teplotní profil kolony bez ohledu na dosahovanou koncentraci těžkých složek v destilátu. V případě výskytu vnějších poruch je možno regulaci řešit také s pomocí automatického analyzátoru, nejčastěji procesního chromatografu, zapojeného přímo v regulačním okruhu. Toto řešení je však investičně značně náročné a spolehlivost přitom často není postačující.

Řešením popsaného problému se jeví způsob řízení chodu destilační kolony pro oddělení směsi propanu a butanu od těžkých uhlovodíků s předepsanou hodnotou koncentrace těžkých složek destilátů do 5 % hmot. podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že změnou množství tepla dodávaného do vařáku destilační kolony s.e stabilizuje hodnota průměrného rozdílu teplot připadající na jedno patro v oblasti mezi patrem s měřením teploty ve střední části obohacovací sekce destilační kolony a hlavou destilační kolony na konstantní hodnotě v rozmězí 1 až 2,5 °C/patro.

z

Vynález umožňuje řídit kolonu na základě teplot v koloně, přičemž vlivy poruchových veličin na regulaci jsou v podstatné míře eliminovány.

Bylo zjištěno, že základní veličinou mající vliv na koncentrací těžkých složek v destilátu je rozdíl teploty na některém z pater obohacovací části kolony a teploty v hlavě kolony. Na základě simulačních výpočtů a provozních experimentů bylo zjištěno, že výše uvedený teplotní rozdíl do zančné míry determinuje koncentraci těžkých složek v destilátu a je málo ovlivněn vnějšími poruchami, zejména kolísáním tlaku v koloně a poměry mez.i těžkými složkami v nástřiku.

Absolutní hodnota teplotního rozdílu, která zaručuje správnou dělící funkci destilační kolony, záleží na počtu pater mezi hlavou destilační kolony a patrem s měřenou teplotou ve střední části obohacovací sekce destilační kolony. Výpočtem a posléze experimentálně · bylo zjištěno, že průměrný rozdíl teplot připadající na jedno patro v oblasti mezi patrem s měřenou teplotou ve střední části obohacovací sekce destilační koJ.ony a hlavou destilační

255.815 kolony musí ležet v rozmezí 1 až 2,5 °C/patro. Exaktní hodnota potřebného průměrného teplotního rozdílu připadajícího na jedno patro, resp. celkový teplotní rozdíl musí být určen experimentálně, kdy optimalizujeme hodnotu celkového teplotního rozdílu, dokud není získán destilát o právě požadovaném složení.

Způsob podle vynálezu umožňuje minimalizovat provozní energetické a surovinové náklady při dodržování kvality produktu v úzkém rozmezí, které může býti posunuto co nejvýše z hlediska povoleného obsahu těkavých složek v destilátu.

Způsob řízení destilační kolony podle vynálezu je schematicky znázorněn na přiloženém obr.

Destilační zařízení se skládá z vlastní destilační kolony 2' kondenzátoru 2, vařáku 3. Nástřikem 4 je destilační kolona 2 rozdělena na horní obohacovácí a dolní obohacovací sekci. Páry odcházející z hlavy destilační kolony 1. kondenzují v kondenzátoru 2, kde se kondenzát dělí na destilát 6 a reflux j>. Kondenzátor 2 je chlazen chladící vodou 2· Destilační zbytek 1_ se odebírá z vařáku Z_· který je vytápěn vodní párou 2· Teplota v hlavě destilační kolony_1 - , je měřena teploměrem 10 a teplota ve střední Části obohacovací sekce destilační kolony 2 ~ ^T2 l^m^řena teploměrem 11. Blok 12 slouží k výpočtu rozdílu mezi teplotami T₂ na teploměru 11 a na tpeloměru 10 a může sloužit též jako signál pro regulaci.

Jak již bylo uvedeno, podstatou vynálezu je fixace teplotního rozdílu mezi teplotami T₂ a Tp Tohoto lze dosáhnout změnami množství tepla dodávaného do vařáku 2· Dále uvádíme dvě možné konkrétní varianty způsobu regulace kolony, které zabezpečují řízení destilační kolony 2 podle popsaného vynálezu.

V řadě případů jsou vnější poruchy nejvíce ovlivňující teplotu v hlavě destilační kolony 2 relativně pomalé. V tomto případě je možno stabilizovat teplotu T₂ a pouze periodicky kontrolovat, zda teplotní rozdíl T₂ - T^ má požadovanou hodnotu. Jakmile se zjistí odchylka tohoto teplotního rozdílu od požadované hodnoty, je to známkou přítomnosti vnější poruchy a je třeba změnit požadovanou hodnotu teploty T₂ tak, aby se teplotní rozdí^ ^T2 ” ^T1 vrátil k původní hodnotě. Pro nízké hodnoty koncentrace těžkých složek v destilátu platí, že zvýšení teplotního rozdílu se dosáhne zvětšením přívodu tepla do vařáku 2·

Druhý způsob regulace předpokládá, že teplotní rozdíl T₂ - T^ je vyhodnocován .itontinuálně a jeho odchylka od požadované hodnoty slouží jako signál pro regulační zásah. Je^však třeba poznamenat, že oba popsané způsoby regulace nijak neomezují podstatu vlastního vynálezu, který není vázán na technické zabezpečení regulace. Lze jej realizovat i s minimálními požadavky na automatickou regulaci, kdy obsluha vyhodnocuje hodnotu teplotního rozdílu a stabilizuje ji změnami v přívodu tepla do vařáku 2·

Důležitá je volba patra v obohacovací sekci destilační kolony 2* ňa kterém se měří teplota T₂.Toto patro by mělo být voleno tak, aby změna teplotního rozdílu T₂ - byla pro danou změnu koncentrace těžkých složek v destilátu 2 maximální. V prvním přiblížení je možno doporučit, aby teplota T₂ byla měřena na patře v polovině obohacovací sekce destilační kblony 2· ^{Je v}^ak vhodné umístění tohoto patra dále optimalizovat, s použitím simulačních výpočtů nebo pokusy na reálné koloně.

Příklad provedení

Směs obsahující 1 % hmot. etanu, 16 % hmot. propanu, 34 % hmot. butanů a 49 % hmot. vyšších uhlovodíků byla dělena na jednoduché destilační koloně 2» která měla 37 úpater.

Nástřik 2 byl umístěn na 18 patře číélováné ze shora. Destilát 2 nesmí obsahovat více než 3 % hmot. pentanů a vyšších uhlovodíků. Destilační zbytek 2 je využíván jako absorbent při vypírání těžších uhlovodíků ze směsi inertních plynů a uhlovodíků (tak zvaného zbytkového plynu).

Při dosavadním způsobu řízení destilační kolony J. byla stabilizována teplota na 34. patře na hodnotě 125 °C. Regulace byla automatická, akční veličinou byl průtok vodní páry 8 do vařáku 2· Průměrná hodnota dosahované koncentrace pentanů v destilátu 6 byla 0,8 hmot., přičemž skutečná koncentrace kolísala v rozmezí 0,2 až 4,8 % hmot. Koncentrace butanů v destilačním zbytku T_ kolísala v rozmezí 0,3 až 5,2 % hmot. při průměrné hodnotě 2,1 % hmot.

Před provozováním destilační kolony 2 způsobem podle vynálezu bylo nejprve výpočtem zjištěno, že je třeba stabilizovat průměrný teplotní rozdíl vztažený na jedno patro mezi 10. patrem a hlavou destilační kolony 2 ^na hodnotě 1,2 °C/patro, což znamená celkový teplotní rozdíl 12 °C. Na průmyslové destilační koloně 2 pak byla tato hodnota podle kvality dsetilátu experimentálně upřesněna na 1,5 °C/patro, což znamená celkový teplotní rozdíl 15 °C. Žádaného teplotního rozdílu bylo dosaženo pomocí změn dávkování vodní páry 2 do vařáku 2·

Průměrná hodnota koncentrace pentanů v destilátu 2 byla 2,2 % hmot., přičemž hodnoty kolísaly v rozmezí 1,9 až 2,6 % hmot.

Zmenšení rozptylu kvality destilátu 2 umožnilo jeho výrobu s trvale vyšší průměrnou koncentrací pentanů, což zvýšilo jeho výtěžek. Dalším přínosem je, že se uvedeným způsobem stabilizovala koncentrace butanů v destilačním zbytku T_ na hodnotě menší než je 0,5 % hmot., což je výhodné z hlediska využití destilačního zbytku jako absorbentu uhlovodíků (nižší ztráty butanu ve zbytkovém plynu). Uvedeným způsobem se totiž minimalizuje tenze butanů nad absorbentem a tím se minimalizují i jeho ztráty v tvz. zbytkovém plynu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob řízení chodu destilační kolony pro oddělení směsi propanu a butanu od těžších uhlovodíků s předepsanou hodnotou koncentrace těžkých složek destilátu do 5 %hmot. vyznačený tím, že změnou množství tepla dodávaného do vařáku destilační kolony se stabilizuje hodnota průměrného rozdílu teplot připadající na jedno patro v oblasti mezi patrem s měřením teploty ve střední části obohacovací sekce destilační kolony a hlavou destilační kolony na konstantní hodnotě v rozmezí 1 až 2,5 °C/patro.