DE2164848A1

DE2164848A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Lösungsmittel-Raffmationsanlagen für Mineralöle

Info

Publication number: DE2164848A1
Application number: DE19712164848
Authority: DE
Inventors: Robert Alan Nederland Tex. Woodle (V.StA.)
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-27
Publication date: 1972-07-20
Also published as: CA966793A; AU453447B2; ES398373A1; DE2164848B2; US3686488A; BE776677A; TR16841A; GB1336485A; ZA718031B; IT944426B; AU3657071A; BR7108496D0; NL7117923A; JPS5035508B1; FR2124660A5; SE399075B; DE2164848C3

Description

Patentascessor . Hamburg, den 22. 12. 1971 Dr. Ct. Schupfner n_X/, '

Deutsche Texaco AG ^ü/jcs

2000 Hamburg. ?6 T 71 061

Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street Few York, N.T. 10017

Uo S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Lösungs? mittel-Raffinationsanlagen für Mineralöle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung z\ir Steuerung von Anlagen zur Raffinierung von Mineralölen mit Lösungsmitteln.

Es sind bereits Anordnungen zur Steuerung von Lösungsmittel-Raffinationsanlagen vorgeschlagen worden, mit denen man solche Raffinationsanlagen optimieren kann.

Es kann aber vorteilhaft sein, eine Lösungsmittel-Raffinationsanlage mit ihrer höchsten Kapazität zu betreiben, auch wenn man sich dadurch vom Optimum der Betriebsbedingungen entfernt. Die Steuerungsanordnung nach der Erfindung eraitte.lt zunächst;, welche betriebliche Einflußgröße die Ausbeuten von Exbraktöl und Raffinatöl in einer Losungsmittel-Raffi- ' nationsnnlage bestimmt und steuert dann die Anlage so, daß jie mit höchstmöglichem Durchsatz arbeitet, das Ölraffinat

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jedoch mit einer bestimmten Güte liefert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer Lösungsmittel-Raffinationsanlage für Mineralöle, in der das eingesetzte Mineralöl in einem Raffinierturm mit einem Lösungsmittel behandelt, aus dem erhaltenen rohen Raffinat sowie dem Extraktgemisch das Lösungsmittel durch Abstreifen abgetrennt und in den Raffinierturm zuruclcgele.itet und das Ölraffinat anschließend entparaffiniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzöl zunächst während eines vorgegebenen Zeitraums in einem vorbestimmten Öl/Lösungsmittel-Dosierungsverhältnis und bei einer vorbestimmten Temperatur bis zu einer bestimmten Güte des Raffinatöls raffiniert wird, in diesem vorgegebenen Zeitraum wenigstens eine Eigenschaft des Einsatzöls, xjenigstens eine Eigenschaft des paraffinhaltigen rohen Raffinatöls und wenigstens eine Eigenschaft des Extraktöls gemessen werden, diesen Meßwerten entsprechende Signale sowie Signale für die Grenzwerte (limitations) der Raffinieranlage und der Betriebsbedingungen erzeugt werden, anhand dieser Signale ermittelt wird, welche betriebliche Einflußgröße für den Betriebsablauf bestimmend (limiting) ist und nach Ablauf dieses vorbestimmten Zeitraums der Betriebsablauf der Raffinieranlage anhand dieser Ermittlung gesteuert wird,

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens . bestehend aus Geräten zur Steuerung des Betriebsablaufs der Raffinieranlage und gekennzeichnet durch:

a) mit den Steuergeräten verbundene erste Einrichtungen,die den Steuergeräten Steuersignale in der Weise zuleiten, daß die Raffinieranlage für einen vorbestimmten Zeitraum mit einer vorgegebenen Kombination von Lösungsmittel-Do.sierungsverhältnis und Raffiniertemperatur ein Raffinatöl bestimmter Qualität erzeugt,

; 20 98 30/098 5

b) zweite Einriclitungen zur Messung wenigstens einer Eigenschaft des Extraktöls und des paraffinhaltigen Raffinatöls und zur Erzeugung dementsprechender Signale,

c) eine dritte Einrichtung zur Messung wenigstens einer Eigenschaft des Einsatzöls und zur Erzeugung eines dementsprechenden Signals,

d) eine Einrichtung zur Erzeugung von Signalen für die Grenzwerte der Keffinieranlage und des Raffinierverfahrens,

e) Einrichtungen, die mit den Einrichtungen (b), (c) und (d) in Verbindung stehen und ermitteln, welche betriebliche Einflußgröße bestimmend ist, und ein dementsprechendes Signal erzeugen,

f) Einrichtungen, die mit den Einrichtungen (e) und den Steuergeräten in Verbindung stehen und diesen Steuergeräten nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums anhand der Signale der Einrichtung (e) Signale zuleiten, mit denen die Eaffinieranlage so gesteuert wird, daß sie mit maximalem Durchsatz eines Produktstroms arbeitet und die Qualität des Raffinatöls beibehält.

Zusammengefaßt handelt es sich also bei der Erfindung um die Steuerung einer Itaffinieranlage an der äußersten Grenze ihrer betrieblichen ünflußgrößen. Drei dieser Einflußgrößen sind die Raffinierteaperatür, die durch die Mischbarkeit von Einsatzöl und Lösungsmittel begrenzt wird, sowie die Durchsatzmengen. ' "" von Extraktöl und Raffinatöl, die beim Raffinieren des Einsatzöls erhalten und durch die Abmessungen der Raffinieranlage begrenzt werden. Mit mehreren Computern werden die Werte von Iiastanten aus später noch erläuterten Gleichungen berechnet, so daß die bestimmende betriebliche Einflußgröße ermittelt werden kann. Mehrere Analog-Computer erzeugen Steuersignale für die verschiedenen begrenzenden Einflußgrößen. Anhand der als begrenzend ermittelten Einflußgröße werden dann die richtigen Steuersignale von einer

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Schalteinrichtung auf die Raffinieranlage übertragen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist demnach zur Steuerung einer Lösungsmittel-Raffinationsanlage bestimmt, in der das Einsatzöl in einem Raffinierturm mit Lösungsmittel behandelt wird und ein Raffinatöl und ein Extraktgemisch ergibt. Nach dem Abstreifen des Lösungsmittels aus beiden Rohprodukten erhält man paraffinhaltiges Raffinatöl und Extraktöl. Das abgestreifte Lösungsmittel wird in den Raffinierturm zurückgeführt. Das Steuersystem enthält Steuergeräte, die Steuersignale empfangen und veranlassen, daß die Raffinieranlage für einen vorgegebenen Zeitraum mit einer vorbestimmten Kombination von Einsatzöl/Lösungsmittel-Dosierungsverhältnis und Temperatur arbeitet xuid Raffinatöl einer bestimmten Güte erzeugt. Wenigstens eine Eigenschaft des Extraktöls und des paraffinhaltigen Raffinatöls wird von einem Schaltkreis gemessen,der entsprechende Signale erzeugt. Ein anderer Schaltkreis mißt wenigstens eine Eigenschaft des Einsatzöls und erzeugt ein dementsprechendes Signal . Eine weitere Anlage erzeugt Signale für die Grenzwerte der Raffinieranlage und des Betriebsablaufs der Raffination. Anband dieser Meßwert-

ein

Signale und der Grenzwert-Signale stellt/iTetzwerk fest, welche betriebliche Einflußgröße für die Raffination des Einsatzöls bestimmend ist und erzeugt dementsprechend Signale für die Steuereinrichtungen. !lach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums wird dann die Raffinieranlage von den zuletztgenannten Steuersignalen geregelt.

Ein Ziel der Erfindung ist es mithin, eine Anordnung zu schaffen, die die Raffinieranlage rait maximalem Durchsatz steuert.

Ein anderes Ziel ist es, eine Raffinierunlage mit einer Raffiniertemperatur zu betreiben, die erheblich unter der

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BAD ORIGINAL

Temperatur liegt, "bei der Lösungsmittel und Einsatzöl mischbar werden. '

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Raffinieranlage so au betreiben, daß Raffinatöl mit bestimmter Quali-tat bei höchstmöglichem Durchsatzstrom des Raffinatöls er- . zeugt wird. ■

!Ferner ist es Ziel der Erfindung, die Raffinieranlage so arbeiten zu lassen, daß Raffinatöl bestimmter Qualität bei höchstmöglichem Durchsatzstrom des Extraktöls erzeugt wird.

Schließlich ist es Ziel der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die die bestimmende Einflußgröße ermittelt und die liaffinieranlage danach steuert.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung einer Ausführungsform hervor, die anhand der Zeichnung erfolgt, in der:

Figur 1 ein vereinfachtes Schaltschema einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung einer Lösungsmittel-Raffinierungsanlage ist., -

Figur 2 ein Schaubild ist, das die Korrelation der Viskosität des Einsatzöls mit einer mathematischen Konstante η darstellt, und . '

die "Figuren 3» ¹^, 5 und 6 Schaltschemata der Computer anlagen zur Bestimmung der Konstanten b sowie der Werte EOt-™» ROj-Q/r u&d- CO™ sind.

drei
Es gibt wenigstens / betriebliche Einflußgrößen, die die Kapazität einer Lösungsmittelraffinieranlage begrenzen, und zwar sind das die Durchsat ζ mengen . des Raffinatöls und Extraktöls sowie die Mischungstemperatur. Die Mischungs-

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temperatur ist diejenige !Temperatur, bei der. gich das,.. Ein- satzöl im Lösungsmittel vollständig auflöst. Die Durchsatz-• geschwindigkeiten werden von den Abmessungen der Raffinieranlage festgelegt.

Figur 1 zeigt beispielhaft eine Anordnung zur Steuerung einer herkömmlichen Lösungsmittel-Raffinieranlage, die bei ihrer höchstmöglichen Kapazität betrieben werden soll 'und in der als Lösungsmittel H~Methylpyrrolidon-(2) verxtfendet wird. Die Zuflußgeschwindigkeit des Einsatzöls wird so gesteuert, daß sie die Durchsatzgeschwindigkeiten des paraffinhaltigen Raffinatöls und des Extraktöls regelt. Die gleich- ψ falls gesteuerte Temperatur, bei der die Raffination des Einsatzöls stattfindet, beeinflußt die Ausbeuten an Eaffinatöl und Extraktöl. Die Geschwindigkeit,mit der das Einsatzöl in einen Raffinierturm 3 über Leitung 4- zuströmt,, wird gemessen und gesteuert von einem Fühlelement 5» einem Strömungsregler 6 und einem Ventil 2, alle von herkömmlicher Bauart. Das Fühlelement 5 überträgt zum Regler 6 ein Signal, das der Zuflußgeschwindigkeit des Einsatzöls entspricht. Der Regler 6 betätigt Ventil 2, das den Zufluß des Einsatzöls in den Turm 3 anhand des Signals vom Fühlelement 5 und eines später erläuterten Signals E. steuert. Das Signal E_x. regelt den Einstellpunkt des Reglers 6.

Einsatzöl und Lösungsmittel, die durch Leitungen 4 bzw. 7 in den Turm 3 eintreten, sind auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt worden. Turm 3 enthält Füllkörper 8, an denen Einsatzöl und Lösungsmittel im Gegenstrom zusammentreffen, wobei niedrigen Viskositätsindex (VI) aufweisende Bestandteile des Rohöls extrahiert, werden. Das Raffinat, das das paraffinhaltige Raffinatöl und einen geringen Anteil Lösungsmittel enthält, wird über Leitung 10 abgezogen. *) maximalen

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Hit Hilfe einer Eühlschlange 11, die. von Wasser durchströmt wird, wird im Turm 3 ©in Temperaturgradient, aufrechterhalten. Die Temperatur im Turm 3 wird von einem üblichen Fühler 12 abgegriffen, der ein dementsprechendes Signal zu einem Temperaturregler 14 überträgt. Anhand dieses Signals vom Temperaturfühler 12 und eines weiteren Signals E^q betätigt der Temperaturregler 1A- ein Ventil 15· Das Signal E.q regelt die Einstellpunkte des Temperaturreglers 37· Das Ventil 15 steuert die Durchflußmenge des Kühlwassers in der Schlange 11 und damit die Temperatur im Turm 3·

Das rohe Raffinat gelangt über Leitung 10 in einen Stripper 15? wo das Lösungsmittel abgetrieben und paraffinhaltiges üaffinatöl erzeugt wird. Das Lösungsmittel gelangt über Leitung 7 in Turm 3 zurück, während das paraffinhaltige Raffinatöl über Leitung I? in eine Entparaffinierungsanlage 16 geschickt wird. In der Entparaffinierungsanlage 16 wird Paraffin abgetrennt und ein Raffinatöl erzeugt, das zur Herstellung von Schmieröl verwendet wird. Bauteile mit einer Bezugsziffer und einem zusätzlichen Bezugszeichen stimmen in Aufbau und Arbeitweise überein mit Bauteilen, die mit der gleichen Ziffer benannt sind.

Der Meßfühler 5 A und ein Strömunßs-Transmitter 20 messen die Ausflußgeschwindigkeit des paraffinhaltigen Raffinatöls aus dem Stripper 15 und schaffen ein entsprechendes Signal

Das Extraktgenisch, das Lösungsmittel und darin gelöste, niedrigen VI besitzende Bestandteile des Einsatzöls enthält, wird aus dem Turm 3 durch eine Leitung 22 mit einer Temperatur, die von der Eühlschlange 11 geregelt wird, abgeführt. Das Extraktgemisch gelangt mit Leitung 22 in einen Stripper 23, in dem das Lösungsmittel aus dem Extraktöl, das durch

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Leitung 25 ablauf fr, abgetrieften idrd. Das angetriebene, Lösungsmittel wird über Leitung: 7 abgezogen, und in den furm 3 zurückgeleitet.. Bie Vaxchsatvm&ixgß.' des Lösungsmittels wird so groß wie möglich genalten, und das Hinera'lö l/Lösungsmittel—Bo siertmgsverhältnis wird durch Steuerung der Zulaufgeschwind igkeit des Einsatzöls geregelt. Ein Fühler 5 B und ein Burehflußtransmitter 20 A. Eies sen den Extrakte !strom in Leitung 25 und erzeugen ein deiEents-prechencLes Signal E^, Zu Beginn erfolgt die Eaffination des Einsatzals- mit einem Bosieioungsverhältnis und bei einer ieEiperatuTj die anhsmä. von. Erfahrungswerten so gewählt sind, daß eine bestimmte Qualität des Kaffinatöls gewahrleistet .ist. Eine Gleichstroiagueile 2G fe, liefert veränderliche Spannungen E. und E-₁ die einem; gei-fählte» Durchsatz COg-g-r des Einsatzols und der gewählten Temperatur¹ ^SEL ^en"fr^sP^reck^en · ^^s wird ein Schalter 27 betätigt _t de.r sofort die Spannungen E^ und E_ß als Signale E. und E-q an den Strömungsregler 6 bzw. den. Temperaturregler 14 weiterleitet und deren Einstellpurii-te so festsetzt, daß anfangs die Eaffiliation mit der gewählten Kombination von Dosierungsverhältnis und Temperatur abläuft. Das gewählte Dosierungsverhältnis Sg-g-j- steht mit dem gewählten Durchsatz durch die folgende Gleichung in Beziehung:

^SSEL ^β (100) (1)

00,

Eine Probe des Einsatzöls in Leitung M- wird fortlaufend zu einem "Viskosimeter 28 geschickt, das von einer Bauart sein kann, wie sie in den USA-PS 2 791 902 und 3 025 232 beschrieben ist. Der Ablauf des Viskosimeters kann in den Turm 3 zurückgeleitet oder verworfen werden. Das Viskosimeter 28 erzeugt ein Analog-Signal E^, das der.Viskosität des Einsatzöls bei 98,9°C (210 ⁰F) entspricht und leitet es zu einem Umsetzer 29 weiter, der das Analog-Signal E^ in

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BAD ORIGINAL

wird ein Digital-Signal umwandelt. Yom Umsetzer 29/das" Digital— Signa, zu einem Informationsspeicher 30 übertragen, der vom ■bekannten Diodentyp mit logischer Tor steuerung (logic gating) sein kann und ein Digital-Signal' erzeugt, das einer charakteristischen Konstante η entspricht. Die Werte ττοη η, die sich auf öle Viskosität des Einsatzöls beziehen und aus Figur 2 ersichtlich sind, werden im Speicher 30 aufbewahrt, und da,s Digital-Signal irora Umsetzer 29 steuert das logische IEoj? im Speicher 30 so₅ daB das des richtigen ¥ert von η entsprechende Signal passiert, Von einem Umsetzer 31 wird ■das digitale Signal vom Speicher 30 in ein Analog-Signal E₁-umgewandelt» Die Eonstante η wird zur Berechnung einer Konstanfcaia anhand folgender Gleichung verwendet:

a = ^H (2)

, in der RO-^ der gemessene Durchsatz des paraffinhaltigen- I Raffinatöls und EO^ der gemessene Durchsat25 des Extraktöls sind. Statt den Durchsatz des paraffinhaltigen Raffinatöls zu messen, kann man auch den Durchsatz des Raffinatöls messen_t da beide Durchsätze gleich groß sein sollen. Die Signale E^ und E₇, die den gemessenen Durchsätzen RO™ und EO™ des paraf-t finhaltigen Raffinatöls bzw. Extraktöls entsprechen ,sowie : das Signal Ej- gehen zu einem KoiEbanten-Computer 3^r der ein der Konstante S entsprechendes Signal -Eg erzeugt. Der Computer 34 erhebt das Signal für den gemessenen Extraktöldurchsatz E0_M in die n-te Potenz, und zwar unter Verwendung einer Exponentialschaltung 33 * die einen logarithmischen Verstärker 35, einen Multiplier 36, einen Sunktionsver-stärker¹ 37 sowie ein Rückkopplungselement 38 enthält. Das Signal Eg vom Durchsatz-Transmitter 20 A wird übertragen zum logarithmischen Verstärker 55, dessen Ausgangswert zum Multiplier 36 geht, dessen Ausgangsv/ert vom Multiplier 36 mit Signal E_n- multipliziert wird. Das vom Multiplier 36 erzeugte Signal geht

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0AD OBSQINAL

dann zum Junktionsverstärker 37 ■> mit dessen Ein- und Ausgang das Rückkopplungselement 38 verbunden ist. Das Kückupplungselement 38 stellt einen JHmktionsgenerator dar und kann dem PC 12-Typ entsprechen, der von der Pirma Electronics Associates vertrieben wird, und bewirkt, daß dsr Punktionsverstärker 37 ein dem Wert (E0^)ⁿ entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Das Signal E2 vom Durchsatz-Transmitter 20 wird von einem Divisor 40 durch das Ausgangssignal vom Punktionsverstärker 37 geteilt und ergibt Signal E,-. \

Ein Computer 34· A erzeugt in ähnlicher Weise ein Signal E^,

sich '

das einer Konstante a,-™ entspricht, dieTaus der folgenden, empirisch abgeleiteten Gleichung:

^E0LIM

(3)

ergibt.

Die Spannungswerte E„ und E^₀ aus der Gleichstromquelle 26 entsprechen den höchstmöglichen Durchsatzraten EO-r j_M und IS⁰LIM ^von P^araf-^ci^Iinal'^{'iS^em Eaffinatöl und Extraktöl, die innerhalb der Grenzen der Raffinieranlage möglich sind. Bei der im Vergleich, zu Computer 34 ähnlichen Arbeitweise von Computer 34A wird das Signal E₂ durch Signal Eq und das Signal E-, durch Signal E^₀ ersetzt. Außerdem erhält Computer 34A vom Umsetzer 31 das Signal E^.

Eine andere charakteristische Eonstante b wird anhand der folgenden, empirisch abgeleiteten Gleichung bestimmt;

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BAD ORIQiMAL

, in der Sg-g-^ das gewählte Lösungsmittel-Dosieinmgsverhältnis in Vol.-% darstellt, ^Wj₁ die gewählte Raffiniertemperatur "und m eine Konstante ist, die einen Wert von etwa 0,75 his 0,80, vorzugsweise etwa 0,775 "besitzt. Anstelle dieser verwendeten Vierte für Sg^ und Tg^ können jedoch auch die Meßx^erte für den Einsatzöl-Durchsatz und die Raffiniertemperatur "benutzt werden. Ein Computer 42 für die Konstante h erzeugt ein dieser entsprechendes Signal E.ρ anhand der Gleichung (3)? der Signale E und E-, von den Durchsatz-Transmittern 20 bzw. 2OA und den Spannungsxirerten E.', E-g, E.,-, E^r₇, Ep₁- und Έ^ von der Spannungsquelle 41. Diese Spannungswerte entsprechen dem Durchsatz COg-g-ri der Raffiniertemperatur TggT» dem Ausdruck 1 in Gleichung (4), dem Exponenten m in Gleichung (4), dem maximalen Lösungsmitteldurchsatz SOL,· j™ und dem Ausdruck 100 in Gleichung (1).

Wie Figur/zeigt, enthält der Computer 42 einen Divisor 44, der das Signal E~ durch das Signal E-, teilt. Ein Summierer 45 summiert den erhaltenen Ausgangswert des Divisors 44 und den Spannungswert E^ und leitet ein dieser Summe entsprechendes Signal zu einem Divisor 47. Der Divisor 47 teilt den SparmungGwert E^g durch das Summensignal des Summierers 45. Ein Divisor 46 teilt das SOL-r^-Signal Ept- durch den COg^- Spannungswert E. und leitet ein Signal zu einem Multiplier 49 weiter, v/o es mit dem Spannungs-ert 26 zu einem Signal multipliziert wird, das Sg_EL entspricht. Der Ausgangswert vom Divisor 47 wird von einem Multiplier 48 mit diesem So-pyr." Signal zu einem Produktsignal multipliziert, das zu einem anderen Multiplier 50 geht. Von einei· Exponentialschaltung 33A, die den Spannungswex^t E^_n- erhält, wird der Spannungswert Ε.,-; in die m-te Potenz erhoben. Der Ausgang der Exponentialschaltung 33A wird' zum Multiplier 50 geleitet, wo er mit dem Ausgang vom Multiplier 48 zu einem Signal E.^ multipliziert wird.

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Die maximalen Durchsätze von Raffinatöl und Extraktöl werden von den Abmessungen der Raffinieranlage begrenzt. Daher wird die maximale Ausbeute an Raffinatöl eriu-eicht, wenn der Durchsatz des Raffinatöls an seinem Grenzwert anlangt. Dasselbe gilt für das Extraktöl. Die Entscheidung, ob die Raffinieranlage am Durchsatz-Grenzwert ROy-™ des Raffinatöls oder am Durchsatzgrenzwert EO-j--m ^^es Extraktöls betrieben wurden soll, hängt von. der Konstanten a ab. Ist a gleich oder größer als a-r JjT, wird die Raffinieranlage mit dem höchstmöglichen Raffinatöl-Durchsatz ROjtm betrieben. Ist jedoch a kleiner als Sj₁JjVj,.. wird die Raffinieranlage mit dem'höchstmöglichen Extraktöldurchsatz EO-r-™ betrieben.

Wie Figur (1) zeigt, wird ein elektronischer Schalter ^A-. von einem Komparator 57? der die Signale E^- und E^ vergleicht, in der Weise gesteuert, daß die Signale Ep_n und.Ep_x, von einem EÖ-j-jjvj -Computer 51 hindurchgehen, wenn das Signal Eg von einem Konstantencomputer 34· ebensogroß oder größer wie Signal E₁-, vom ajj-jvj-Computer 3^A ist, und die Signale Ep₀ und Ep. vom EOjjjvj-Computer 51 blockiert v/erden, wenn das Signal Eg kleiner als Signal E„ ist. In ähnlicher Weise steuert der Komparator 57 über einen Inverter 58 einen elektronischen Schalter 5AA so, daß die Signale Eo?'" ^und ^23 ^{von e}^^nem 'ROt jjvj-Computer 52 blockiert v/erden, wenn Signal E^ gleich oder größer als Signal E₁-, ist und die Signale Ep₂ und E^-, hindurchgehen, wenn Signal E^ kleiner als E„ ist.

Die Signale E^q und Ep., die dem Einsatzöl-Durchsatz CO-g bzw. der Raffiniertemperatur T-g entsprechen, v;erden vom

51 anhand der folgenden Gleichungen erzeugt:

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SAD ORIGJNAL

EO₇ co.

^SE

(100)

EO.

^f1/m

EO

(7) und (8)

, in denen £L· das Lösungsmittel-Dosierungsverhältnis in Vol.-% und SOL^^ der innerhalb der Abmessungen der Eaffinieranlage höchstmögliche Durchsatz des Lösungsmittels ist. Die Gleichstromquelle 26 leitet die Spannungswerte E._Q, E^, Epc-, Epg und Ep₇ zum Computer 51, die den folgenden Ausdrucken entsprechen: EOj^^, 1, SOL-j-y™, 100 und 1/m in den Gleichungen (5) bis (8). Außerdem erhält der Computer 51 die Signale Ec-, E^- und E.p vom Digital-in-^nalog-Umsetzer 31,. einem Eonstantencomptiter 34 und einem Computer 42 für die Konstante b. Eine Exponentialschaltung 33B (Figur 4) leitet ein dem Wert (EOj₁-J-J₁)"¹¹ entsprechendes Signal in Einklang mit den Signalen E5

und E^₁₀ zu einem Multiplier 60. Der Multiplier 60 multipliziert das (EOtj-m)¹¹ entsprechende Signal mit einem Konstantenj-Signal E^- und erzeugt, ein Signal, das dem Durchsatz EOg des Eaffinatöls entspricht. Ein Summierer 61 addiert zu dem EOjT-j.j-Signal E._Q das EO^-Signal vom Multiplier 60 und erzeugt ein Signal 20, das dem Durchsatz CO^ des Einsatzöls entspricht.

Ein Temperatur-Signalkreis 62 enthält einen Divisor 64, der den Spanmmgswert Ep₁- für SOLy-™ durch Signal Eg₀ teilt und das erhaltene Signal zum Multiplier 65 leitet. Dort wird das Signal vom Divisor 64 multipliziert mit dem Spannungswert E₉₉

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^u Original inspected

so daß der Multiplier 65 ein Ausgangssignal erzeugt, das.dem Ausdruck S^, in den Gleichungen (7) und (8) entspricht. Ein Divisor 66 teilt das Signal E.ρ für die Konstante b durch den Ausgangswert von Multiplier 65 und leitet ein entsprediendes Signal zum Multiplier 69 weiter.

Von einem Divisor 70 im Temperatur-Signalkreis 62 wird das EO-g-Signal vom Multiplier 61 durch das EOj-™r-Signal E₁₀ geteilt ,und der erhaltene Ausgangswert wird vom Summierer 71 zu dem Spannungswert E₁₆ addiert. Der Multiplier 69 multipliziert das Signal vom Summierer 71 mit dein Signal vom Divisor 66. Anhand des Produkt-Signals vom Multiplier 69 und dem Spannungswert Ep,-, liefert eine Exponentialschaltung 33C ein Signal E₂₁ für 0?_E

Der EO-rjjvT-Computer 52, Figur 1, erzeugt die Signale E₂₂ und E₂-,, die dem Durchsatz CO^ des Einsatzöls und der Raffiniertemperatur T-o entsprechen, anhand der folgenden Gleichungen:

Vn

(9)

^E0

R SOL-

^E0

LIM

XIM

(100)

C0_T

- ■<

RO

1 +

LIM

'R

EO

¹R

(10) (11) und

(12)

Aus der Quelle 26 empfängt der Computer 52 die Gleichspan nungswerte, die den Ausdrücken ßO-rjM» 1* ^^-χίΜ» ΊΟ^ιχηα 1/m in den Gleichungen (9) his (12) entsprechen. Der *) E₉, E₁₆, E₂₅, E₂₆, E₂₇ .

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ORIGINAL IN

ter 52 erhält ferner die Signale E^, E.ρ und E^ für die Konstanten a, b und n.

V/ie Figur 5 zeigt, teilt ein Divisor 75 im RO^^-Computer 52 das Signal E^ durch das Signal E_n. und leitet das erhaltene Signal zu einer Exponentialschaltung 33D. Ein anderer Divisor 76 teilt das ROxτ-™-Signal Eq durch das Signal Έ_Γ für die Konstante a und leitet ein entsprechendes Signal

zu einem Exponentialschaltkreis 33D. Dieser leitet ein Signal, das dem ExtraktÖl-Durchsatz EO^ entspricht, zum · Summierer 77» wo es mit dem R(X™-Signal Eg zum Signal E₂₂, das dem Einsatzöldurchsatz C0_R entspricht, zusammengesetzt wird. '

Das EO-o-Signal von der Exponentialschaltung 3>3D wird ztisammen mit den Signalen E^₂, E^' und E₂^ sowie den Spannungswerten Eq, Ep₁-, Ep₆ und E₂₇ zu einem Temperatur-Signalkreis 62A geleitet. Der Signalkreis 62A erzeugt aus den eingegebenen Signalen und Spannungsvier ten anhand von Gleichung(12) das T_R-Signal E₂₅.

Die elektronischen Schalter 5^B und 54-C von Figur 1 steuern die Raffiniertemperatur und den Einsatzöldurchsatz um sicherzustellen, daß die Raffiniertemperatur eine Höchsttemperatur nicht überschreitet. Diese Höchsttemperatur T^ wird um etwa 5 - 10⁰C (10 - 20⁰F) niedriger als die Mischungstemperatur ^MISC ^eiⁿsestellt. Wenn der Wert der Raffiniertemperatur, der vom EO-j-γ^-Computer 51 oder RO-r-j-^-Computer 52 bestimmt wird, ^MAX übersteigt, so wird Τ-^Λχ ^al^s Raffiniertemperatur verwendet und der Einsatzöl-Durchsatz so abgeändert, daß das zu ■^MAX Störende richtige Dosierungsverhältnis eingehalten und die gewünschte Qualität des Raffinatöls beibehalten wird. Von einem CO^-Computer 90 wird ein Signal E„ für den Durchsatz

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CO™ des Einsatzöls für die Tj^y-Be dingung erzeugt.

Die Quelle 26 liefert einen veränderlichen Gleichspannungswert Εχε» der 3VjTOQ entspricht, sowie einen anderen-· Spanmmgs- \/ert E-,,-, der einer Temperatur von größer als etwa 5°C, Jedoch kleiner als etwa 1O⁰C entspricht. Der Wert der Mischungstemperatur Tj/r-roq läßt sich experimentell bestimmen, indem man zwei Raumteile l\T-Methylpyrrolidon-(2) und einen ihmmteil des Einsatzöls erhitzt, bis sie sich vermischen. Der SuTdtraktor 91 zieht den Spannungswert E₇,- vom Spannung.swert E^c ab und leitet ein Signal E₇g, das %<ηγ entspricht, zu einem Komparator 57A, zum COm-Computea? 90 und zum elektronischen Schalter 54C. Der Komparator 57A vergleicht Signal E₇O mit den Temperatursignalen Ep. oder Ep₇, die von den Schaltern 54 bzw. 54A durchgelassen werden. Der elektronische Schalter 54B wird über einen Inverter 94 vom Komparator 57A so gesteuert, daß die von den elektronischen Schaltern yv oder 54A ankommenden Signale passieren können, wenn Signal E₇p gleich oder größer als die Signale E₀. oder Ep, ist und die vom Schalter 54 oder 5^A kommenden Signale blockiert, wenn Signal Ε-,ο kleiner ist als Signal Ep. oder E^₇. Der elektro nische Schalter 5^C wird vom Komparator 57A so gesteuert, daß er die vom CO,n-Coraputer 90 und Subtraktor 91 kommenden Signale E₇₇ und E-.„ blockiert, wenn Signal E^_p gleich oder größer als Signal E₀. odor Ep₇ ist und die Signale E__ und E₇o 'passieren läßt, wenn Signal E-,g kleiner als Signal Ep,- oder Ep₇ ist.

Der Computer 90 erzeugt das CO^-Signal E 33 anhand der folgenden Gleichungen:

ο o„ ι 100 (SOL-_TT1) (T_M,,.)^m

E0_T+ 2 a(EO_T)ⁿ ₊ a² (ΕΟ_φ) ²ⁿ"¹ = (13)

R0_T = a (E0_T)ⁿ . (14)

+ E0_T * (15)

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, in denen EO^, RO™ und CO™ die Durc-hsätze des Extraktöls, des Raffinatöls bzw. des Einsatsöls für die Raffiniertemperatur ^TVfAy darstellen. Der CCU-Computer 90 erhält die Spannungswerte E.g, Ep₁-, Ep^, E₁-Q und E_r. von Quelle 26, die den Ausdrücken 1, SOL-r-™, 100, 2 und m von Gleichung (13) entsprechen, Die Quelle 26 liefert einen anderen Gleichspannungswert E_rp zum Computer 52, der keinoia Ausdruck in den vorstehenden Gleichungen entspricht. Außerdem empfängt der Computer 90 das Signal E₁- für die Konstante n, das Signal Eg für die Konstante a, das Signal E.ρ für die Konstante b und das Ij^y-Signal E₇p. Wie Figur 6 zeigt, liegt die Spannung E_rp an einem geerdeten Potentiometer. 100, dessen Schleifarm 101 von einem Gleichspannungsmotor 102 verteilt wird. Am Schleifarm 101 liegt eine Spannung EgQ, die dem Extraktöldurchsatz ΕΟφ für die OL^-Bedingung entspricht. Von einer Exponentialschaltung 33E, die das Signal E^ für die Konstante η empfängt, wird die Spannung EgQ in die n-te Potenz erhoben. Ein Multiplikator 103 setzt den Ausgang der Exponentialschaltung 33E mit dem Signal Eg für die Konstante a zu einem Signal Eg. zusammen, das dem Raff inatöldurchsatz RO^ für Tjvj^x

entspricht.. Signal Eg_x, wird vom Multiplier 108 mit dem Spannungswert E₁-Q zu einem Signal multipliziert, das dem Ausdruck 2 a (Ε0_φ)^η in Gleichung ('£>) entspricht.

Das Signal Eg für die Konstante a wird vom Multiplier 109 quadriert und das erhaltene Signal zu'einem änderen Multiplier 110 geleitet. Das Signal E,- für die Konstante η wird von einem Multiplier 111 mit Spannung E₁-Q multipliziert und vom erhaltenen Signal^abgezogen. Eine Exponentialschaltung 33F erhebt Signal Eg_Q zu einer Potenz, die. vom Ausgangswert des Subtraktors 114 bestimmt wird, und das erhaltene Signal wird vom Multiplier 110 mit dem Signal vom Multiplier 109 multipliziert. Der Multiplier 110 erzeugt ein Signal, das dem Ausdruck a² (EO^)²*¹"'¹ in Gleichung (13) entspricht. Der *) der Spannungswert Έ**- durch Sittraktor

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Summierer 115 addiert die Signale E^₀ und die Signale der Multiplier 108 und 110 zu einem Signal, das der linken Seite von Gleichung (13) entspricht und leitet es zum Sub-traktor 116.

Eine Exponentialschaltung 33G, die das Signal E,^ und die Spannung E^ empfängt, erhebt das Signal E-,g in die 0,775-te Potenz. Die SOL.j.,-Spannung Ept- wird vom Multiplier 120 mit der Spannung Ep_g multipliziertj und das' Signal wird von einem anderen Multiplier 121 mit dem Signal der Exponentialschaltung 33G multipliziert. Das Signal vom Multiplier 121 wird von einem Divisor 122 durch dac Signal E'₂ für die Konstante b geteilt und ein Signal zum Subtraktor 116 geleitet, das der rechten Seite von Gleichung (13) entspricht. Der Subtraktor 116 zieht das Signal vom Divisor 122 von dem Signal aus dem Summierer 115 ab und erzeugt einen Ausgangswert. Wenn der Ausgangswert vom Subtraktor 116 Null ist, entspricht Signal EgQ dem richtigen Wert von EO^. Der Ausgangwert vom Subtraktor 116 wird durch einen Verstärker 125 verstärkt und zum Motor 102 geleitet, sofern der Ausgangßwert von Subtraktor 116 positiv ist. Motor 102 verschiebt den Schleifarm 101 des Potentiometers 100 so weit, daß das Signal Eg₀ kleiner wird, bis der Ausgangswert vom Subtraktor 116 Null ist. Wenn der Ausgangswert vom Subtraktor 116 negativ ist, verschiebt der Motor 102 den Schleifarm 101 in umgekehrter Richtung und vergrößert Signal Egg, bis der Ausgangswert vom Subtraktor 116 Null ist. Der Summierer 118 addiert das EO^-Signal Eg₀ mit dem ROm-Signal vom Multiplier 103 zu einem COm-Signal E„.

Die vom elektronischen Schalter 54B oder 5^C, Figur 1, hindurchgelassenen Signale gehen zu einem zweipoligen Kippschalter 130. Wenn der Schalter 13O vom Operator geschlossen wird, gelangen die Signale E^ und E^q vom elektronischen Schalter

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oder 5^-C zum Strömungsregler 6 und Temperaturregler 14 und ändern deren Einstellpunkte entsprechend.

Wenn sich die Arbeitsbedingungen ändern, kann der Operator die Höhe der Spannungswerte von Quelle 26 ändern oder die berechneten Eonstantensignale können sich entsprechend ändern. Dann kann der Operator die Zuflußceschwindiokeit des Einsatzöls und die Raffiniertenperatur durch Schließen von Schalter 130 verändern, um die Raffinie.rung des Einsatzöls den heuen Betriebsbedingungen anzupassen.

Wie die vorstehende Beschreibung lehrt, steuert die erfindungsgemäße Anordnung eine Lösungsmittel-Raffinieranlage auf maximale Leimung. Dabei wird die Anlage bei einer Temperatur betrieben, die beträchtlich unter der Temperatur liegt, bei der sich Einsatzöl und Lösungsmittel mischen. Die Raffinieranlage wird so gesteuert, daß sie bei höchstmöglichem Durchsatz von Raffinatöl arbeitet, wenn der Raffinatöl-Durchsatz bestimmend ist und die berechnete Raffiniertemperatur erheblich· unter der Mischungstemperatur liegt. Die Raffinieranlage kann auch so gesteuert werden, daß sie bei der höchstmöglichen Durchsatzgeschwindigkeit des Extraktöls arbeitet, wenn die Extraktöl-Durchsatzgeschwindigkeit bestimmend ist und die berechnete Raffiniertemperatur erheblich unter der Mischungstemperatur liegt.

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Claims

T 71 061

Patentansprüche

Verfahren zur Steuerung einer Lösungsmittel-Raffinationsanlage für Mineralöle, in der das eingesetzte Mineralöl in einem Raffinierturm mit einem Lösungsmittel behandelt, aus dem erhaltenen rohen Raffinat sowie dem Extraktgemisch das Lösungsmittel durch Abstreifen abgetrennt und in den Raffiniertrum zurückgeleitet und das ölraffinat anschließend entparaffiniert wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Einsatzöl zunächst während eines vorgegebenen Zeitraums in einem vorbestimmten Öl/Lösungsmittel-Dosierungsverhältnis und bei einer vorbestimmten Temperatur bis zu einer bestimmten Güte des Raffinatöls raffiniert wird, in diesem vorgegebenen Zeitraum wenigstens eine Eigenschaft des Einsatzöls, wenigstens eine Eigenschaft des paraffinhaltigen rohen Raffinatöls und wenigstens eine Eigensdi aft des Extraktöls gemessen werden, diesen Meßwerten entsprechende Signale sowie SignaLe ■ für die Grenzwerte (limitations) der Raffinieranlage und der Betriebsbedingungen erzeugt werden, anhand dieser Signale ermittelt wird, welche betriebliche Einflußgröße für den Betriebsablauf bestimmend (limiting) ist und nach Ablauf dieses vorbestimmten Zeitraums der Betriebsablauf der Raffinieranlage anhand dieser Ermittlung gesteuert wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß als Lösungsmittel N-Methylpyrrolidon -(2) verwendet wird.

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3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da. durch gekennzeichnet , daß als Eigenschaft des Einsatzöls die Viskosität gemessen"wird und als die den Grenzwerten der Anlage entsprechenden Signale die höchstmöglichen Durchsatzgeschwindigkeiten EO-r·™ des Extraktöls bzw. RO-TTwr ^^es paraffinhaltigen Raffinatöls sowie die höchstzulässige Raffiniertemperatur ^ma^ verwendet werden, wobei als Eigenschaften des Extraktöls und des paraffinhaltigen Raffinatöls ihre Durchsatzgeschwindigkeiten EO^ bzw. R(X, gemessen werden und die "Raffiniertemperatur anhand des ermittelten bestimmenden Werts gesteuert wird.
4) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des bestimmenden Werts erfolgt, indem man aus dem Signal für die gemessene Viskosität ein Signal für die Konstante η erzeugt, aus dem Signal für die gemessene Durchsatzgeschwindigkeit EO^ des Extraktöls, dem Signal für die gemessenen Durchsatzgeschwindigkeit RO^ des paraffinhaltigen Raffinatöls und dem Signal für die Konstante η anhand der Gleichung

ein Signal für die Konstante a erzeugt; aus den Signalen EOjjj^. und ROjji^i für die höchstmöglichen Durchsatzgeschwindigkeiten des Extraktöl's bzw. des paraffinhaltigen Raffinatöls und dem Signal für die Konstante η anhand der Gleichung

^R0LIH
^{a =}

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ein Signal für die Konstante Sttm erzeugt; ein Signal für die Konstante m erzeugt, das einen Wert von etwa 0,75 0,80 besitzt und schließlich aus dem Sg-g,--Signal für das gewählte Lösungsmittel-Dosierungsverhältnis, den ^ottt." Signal für die gewählte Raffinierteraperatur, den Signalen EO^ und ROw für die gemessenen Durchsätze von Extraktöl und paraffinhaltigem Raffinatöl und den Gleichspannungswerten, die 1 bzw. dem Exponenten m entsprechen, anhand der Gleichung

b =

E0_M

ein Signal für die Konstante b erzeugt.
5) Verfahren nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet , daß der bestimmende Wert ermittelt wird, indem man die Signale für die Konstanten a und a-rj^ vergleicht, ein Vergleichs-Signal erzeugt, das einen ersten Spannungswert besitzt, wenn das a-Signal kleiner als das arjM-Signal ist, und einen zweiten Spannungswert besitzt, wenn das a-Signal gleich oder größer als das a-j.-™-Sisnal ■ ist, für den ersten Spannungswert Steuersignale COj, für den Durchsatz des Einsatzöls und Tg für die Raffiniertenperatur erzeugt, für den zweiten Spannungswert des Vergleichssignals Steuersignale COj, und T„ erzeugt, Signale für die Mischungstemperatur von Einsatzöl und Lösungsmittel sowie für die maximale Raffiniertemperatur ΤτίΑΧ» *^^e ^^e~ trächtlich tiefer als die Mischungstemperatur liegt, erzeugt, das Tg- oder T^-Signal mit dem T^.y-Signal vergleicht, daraus ein zweites Vergleichssignal schafft, das einen ersten Wert besitzt, wenn das T^- oder T-g-Signal kleiner als das T.^y-Signal ist, und das einen zweiten Wert

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annimmt, renn die T_R- oder Τ,,-Signale gleich dem oder größer als das Tj^y^-Signal sind, daraus ein CO^-Signal erzeugt und schließlich dieses CO^-Signal, das einer Durchsatzgeschwindigkeit des Einsatzöls entspricht, und das Tp^y-Signal nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums als Steuersignale für die Anlage verwendet, wenn das zweite Vergleichssignal den zweiten Wert hat j oder die COt,- und T_R-Signale bzw. die CO-g- und Tg-Signale als Steuersignale verwendet, wenn das zweite Vergleichs signal den ersten Wert besitzt.
6) Verfahren nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß die CO^- und !^-Signale aus dem n-Signal, dem R0_LIM-Signal, dem SOL^^-Signal, dem a-Signal sowie den Werten 1, 100 und m entsprechenden Spannungswerten anhand 4r Gleichungen

EO_R

/⁸⁰LIM \ ^ⁿ v ■ a '

⁰⁰R - ^E0R ^{+ R0}LIM

erzeugt werden und die COg- und T-g-Signale aus dem n-Signal, den ^Ε0^χ^-» SOL^-^- und a-Signalen sowie den. den Werten 1, 100 und m entsprechenden Spannungswerten anhand der Gleichungen

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R0_E = a

⁰⁰E ■ ^ß0E ^{+ E0}LIM

(100)

^E0

LIM

erzeugt werden tmd das COm-Signal schließlich aus dem Tvyty-Signal, den m- und η-Signalen., den a- und b-Signalen, dem SOt Jj_-1-Signal sowie den Werten 1, 2 und 100 entsprechenden Spannungswerten anhand der Gleichungen:

2a (E0_T)ⁿ + a

100 (SOL )

"- a (E0_T)ⁿ

erzeugt wird.
7) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-6, bestehend aus Geräten zur Steuerung des Betriebsablaufs der Raffinieranlage und gekennzeichnet durch:

a) mit den Staiergeräten verbundene erste Einrichtungen, die den Steuergeräten Steuersignale in der Weise zuleiten, daß die Raffinieranlage für einen vorbestimmten Zeitraum mit einer vorgegebenen Kombination von Löoungs

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mittel-Dosierungsverhältnis und Raffiniertemperatur ein Raffinatöl bestimmter Qualität erzeugt,

b) zweite Einrichtungen zur Messung wenigstens einer Eigenschaft des Extraktöls und des paraffinlialtigen Raffinatöls und zur Erzeugung dementsprechender Signale,

c) eine dritte Einrichtung zur Messung wenigstens einer Eigenschaft des Einsatzöls und zur Erzeugung eines dementsprechenden Signals,

d) eine Einrichtung zur Erzeugung von Signalen für die Grenzwerte der Raffinieranlage und des Raffinierverfahrens j .

e) Einrichtungen, die mit den Einrichtungen (b)„ (c) und (d) in Verbindung stehen und ermitteln, welche betriebliche Einflußgröße bestimmend ist, und ein dementsprechendes Signal erzeugen,

f) Einrichtungen, die mit den Einrichtungen (e) und den Steuergeräten in Verbindung stehen und diesen Steuergeräten nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums anhand der Signale der Einrichtung (e) Sigiale zuleiten, mit denen die Raffinieranlage so gesteuert wird, daß sie mit maximalem Durchsatz eines Produktstroms arbeitet und die Qualität des Raffinatöls beibehält.

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