NO842105L - Fremgangsmaate til styring av destillasjonsprosess og apparat til utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår styring av en fraksjoneringsdestillas jonsprosess. En side ved oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og apparat til opprettholdelse av en ønsket ASTM-endepunkttemperatur for det flytende toppstrømprodukt fra en fraksjoneringsdestillasjonsprosess.

Uttrykket "endepunkttemperatur" slik det her er brukt betegner temperaturen ved hvilken all væske er kokt bort. Uttrykket "begynnelsespunkttemperatur" betegner en temperatur ved hvilken en væske først begynner å koke. The American Society for Testing Materials (ASTM) beskriver spesielle fremgangsmåter til bestemmelse av en endepunkttemperatur,

og slik den her er brukt betyr ASTM-endepunkttemperaturen en endepunkttemperatur bestemt ved fremgangsmåtene angitt av ASTM.

Fraksjoneringsdestiliasjonnskolonner anvendes i mange prosesser for utførelse av ønskede separasjoner. Separasjonene kan variere fra enkeltkomponent-separasjoner til mer kompli-serte flerseparasjoner utført ved destillasjonstårn for råolje (crude). Typisk blir en matestrøm inneholdende minst første og andre komponenter tilført fraksjoneringsdestillasjonskolonnen. En betydelig del av den første komponent som inneholdes i matestrømmen, fjernes fra fraksjoneringsdestillasjonskolonnen som et topprodukt, og en betydelig del av den andre komponent i matestrømmen fjernes fra fraksjoneringsdestillas jonsprosessen som et bunnprodukt. Varme tilføres generelt til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen for å bevirke den ønskede separasjon. Det skal også bemerkes at i tårn såsom råolje-destillasjonstårn hvor en mer komplisert separasjon utføres, kan sideprodukter også tas ut fra fraksjoneringsdestillas jonskolonnen .

Forskjellige spesifikasjoner anvendes for produkt-strømmene som tas ut fra en fraksjoneringsdestillasjonskolonne. For en flytende topproduktstrøm kan spesifikasjonen være

den ønskede prosentandel av en eller annen komponent i den flytende topproduktstrøm. Videre kan et ønsket ASTM-endepunkt angis for en flytende topproduktstrøm.

Mange forskjellige metoder er blitt foreslått for styring av fraksjoneringsdestillasjonskolonner på en slik måte at den flytende topproduktstrøm som tas ut fra en fraksjoneringsdestillas jonskolonne, oppfyller ønskede spesifikasjoner.

Der hvor den ønskede spesifikasjon er et ASTM-endepunkt,

er analyse av den flytende topproduktstrøm for bestemmelse av ASTM-endepunkttemperaturen av den flytende topproduktstrøm én metode som er blitt anvendt. Styring av fraksjoneringsdestillas jonskolonnen blir deretter basert på en slik analyse. For mange fraksjoneringsdestillasjonskolonner som f.eks.

et atmosfærisk råoljetårn, kan det imidlertid være meget vanskelig i virkeligheten å måle ASTM-endepunkttemperaturen for den flytende topproduktstrøm.

Selv om analyse av den flytende topproduktstrøm er mulig, fører slik analyse til forsinkelse i målingen, særlig hvis analysen må utføres i et laboratorium, og kontinuerlig styring av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen går tapt. Det er også meget vanskelig å vedlikeholde analyseapparater til måling av ASTM-endepunkttemperaturer.

I en bok med tittelen "Distillation" av Matthew Van Winkle

(1967 ved McGraw-Hill og heretter betegnet som "Van Winkle")

er en fremgangsmåte til bestemmelse av ASTM-endepunkttemperaturen, basert på at man kjenner helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven (hvis form skal beskrives nærmere nedenunder) og endepunkttemperaturen ved 1ikevektshurtigfordampning (EFV), beskrevet. Skjønt EVF-endepunkttemperaturen kan beregnes basert på prosessmålinger såsom trykk og temperaturer, er det funnet at helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven for den flytende topproduktstrøm fra en fraksjoneringsdestillasjonskolonne forandrer seg betraktelig og ofte i løpet av en viss periode. Således er det vanskelig å anvende fremgangsmåten beskrevet av Van Winkle for pålitelig beregning av ASTM-endepunktet av det flytende topprodukt med mindre man beregner forandringen i helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven. På grunn av formen av ASTM-kokepunktkurven er det imidlertid vanskelig å bestemme forandringene i helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven.

Det er således en hensikt med oppfinnelsen å skaffe

en fremgangsmåte og apparat til bestemmelse av forandringen i helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven for det flytende topprodukt fra en fraksjoneringsdestillasjonskolonne for å skaffe et organ til bestemmelse av den faktiske ASTM-endepunkttemperatur for det flytende topprodukt fra fraks jonerings-destillas jonskolonnen og således skaffe et grunnlag for opprettholdelse av den ønskede ASTM-endepunkttemperatur for det flytende topprodukt.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det funnet at forandringer i helningsvinkelen av EFV-kokepunktlinjen (beskrevet nærmere nedenunder) kan anvendes til bestemmelse av den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven ved en hvilken som helst bestemt tid. Der er således skaffet et grunnlag for bestemmelse av den faktiske ASTM-endepunkt-temperatur, hvilken kan anvendes til regulering av fraksjoneringsdestillasjonsprosessen for opprettholdelse av en ønsket ASTM-endepunkttemperatur for det flytende topprodukt fra fraksjoneringsdestillas jonsprosessen.

Generelt er EFV-kokepunktlinjen som anvendes til beregning av den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven ved en hvilken som helst spesiell tid, basert på den oppdagelse at helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven vil forandre seg på samme måte som helningsvinkelen av EVF-kokepunktlinjen forandrer seg. Således kan den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven ved et spesielt tidspunkt bestemmes ved anvendelse av en korreksjonsfaktor som fås fra helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven ved et tidligere tidspunkt T^, helningsvinkelen av EFV-kokepunktlinjen ved tidspunktet

T^og den faktiske helningsvinkel av EFV-kokepunktlinjen

ved tidspunktet T^.

Fig. 1 viser den grunnleggende form av ASTM-kokepunktkurven og EFV-kokepunktlinjen. Fig. 1 er bare beregnet på

å vise den grunnleggende form og representerer ikke noen virkelig ASTM-kurve eller EFV-linje. Som det kan ses fra fig. 1, er EFV-linjen i motsetning til ASTM-kurven en stort sett rett linje. Således er det mulig å beregne helnings-

vinkelen av EFV-linjen ved beregning av EFV-endepunkttemperaturen og EVF-begynnelsestemperaturen. Igjen gjør formen av ASTM-kurven det vanskelig å beregne forandringer i ASTM-kurven ved et punkt såsom endepunkttemperaturen.

Andre hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den foregående korte beskrivelse av oppfinnelsen og kravene samt den detaljerte beskrivelse av tegningene som skal kort beskrives som følger: Fig. 1 er en forenklet illustrasjon av en ASTM-kokepunkt-kurve og en EVF-kokepunktlinje. Fig. 2 er en illustrasjon av en fraks joneringsdestillasjonskolonne og det tilhørende styringssystem for opprettholdelse av en ønsket ASTM-endepunkttemperatur, og

fig. 3 er et logikkskjerna for datamaskinlogikken som anvendes til generering av styringssignalet som anvendes i reguleringen av ASTM-endepunkttemperaturen for den flytende topproduktstrøm som tas ut fra fraksjoneringsdestillasjonskolonnen som er vist på fig. 2.

Oppfinnelsen er illustrert og beskrevet ved et råoljetårn for fraksjonering av et råolje-matningsmateriale. Oppfinnelsen kan imidlertid anvendes på en hvilken som helst fraksjoneringsdestillasjonsprosess i hvilken det er ønskelig å regulere ASTM-endepunkttemperaturen av det flytende topp-strømprodukt som tas ut fra fraksjoneringsdestillasjonsprosessen .

En spesiell styringssystem-konfigurasjon er angitt på fig. 2 for å belyse oppfinnelsen. Oppfinnelsen strekker seg imidlertid til forskjellige typer styringssystem-konfigura-sjoner, som oppnår oppfinnelsens hensikt. Ledninger angitt som signalledninger på tegningen, er elektriske eller pneumatiske i denne foretrukne utførelsesform. Generelt er signalene som skaffes fra en hvilken som helst transduktor, elektriske. Signalene som skaffes fra strømnings-føleelementer vil imidlertid generelt være av pneumatisk form. Omforming av disse signaler er ikke vist for enkelhets skyld, fordi det er velkjent i faget at dersom en strøm måles på pneumatisk måte, må den omformes til elektrisk form dersom den skal overføres i elektrisk form av en strømningstransduktor. Videre er omformingen av signalene fra analog til digital form eller fra digital til analog form heller ikke vist, fordi slik omforming også er velkjent i faget.

Oppfinnelsen er også anvendelig på mekaniske, hydrauliske eller andre signalorganer for overføring av informasjon.

I nær sagt alle styringssystemer vil der anvendes en eller annen kombinasjon av elektriske, pneumatiske, mekaniske eller hydrauliske signaler. Bruken av en hvilken som helst annen type signaloverføring som er forenlig med fremgangsmåten og utstyret som anvendes, ligger imidlertid innenfor oppfinnelsens omfang.

En digitaldatamaskin anvendes i den foretrukne utfør-elsesform av oppfinnelsen for å beregne de nødvendige styringssignaler basert på målte prosessparametre samt inn-stillingspunkter som mates til datamaskinen. Analogdatamaskiner eller andre typer datamaskiner kan også anvendes i oppfinnelsen. Digitaldatamaskinen er fortrinnsvis en "Optrol" 7000 Process Computer System fra Applied Automation, Inc., Bartlesville, Oklahoma.

Signallinjer blir også anvendt til å representere resultatene fra beregninger utført i en digitaldatamaskin, og uttrykket "signal" brukes til å betegne slike resultater. Således brukes uttrykket signal ikke bare til å betegne elektriske strømmer eller pneumatiske trykk, men brukes også

til å betegne binære representasjoner av en beregnet eller målt verdi.

De viste styringsorganer kan anvende de forskjellige metoder til styring såsom proporsjonal, proporsjonal-integral, proporsjonal-derivativ eller proporsjonal-integral-derivativ.

I denne foretrukne utførelsesform anvendes proporsjonal-integral-der ivative styringsorganer, men et hvilket som helst styringsorgan som kan akseptere to inngående signaler og produsere et skalert utgående signal som er representativt for en sammenligning mellom de to inngående signaler, ligger innenfor oppfinnelsens omfang.

Skaleringen av et utgangssignal av en styringsenhet

er velkjent i styringssystemfaget. Stort sett kan utgangssignalet fra en styringsenhet skaleres slik at det representerer en hvilken som helst ønsket faktor eller variabel.

Et eksempel på dette er der hvor en ønsket strømningshastighet og en faktisk strømningshastighet sammenlignes av styringsorganet. Utgangssignalet kan være et signal som er representativt for en ønsket forandring i strømningshastigheten av en eller annen gass som er nødvendig for å gjøre den ønskede og den faktiske strøm like. På den annen side kan det samme utgangssignal skaleres for å representere en prosentandel eller det kan skaleres for å representere en temperaturfor-andring som er nødvendig for å gjøre den ønskede og den faktiske strøm like. Dersom utgangssignalet fra styringsorganet ligger i området 0-10 V, hvilket er typisk, kan utgangssignalet skaleres slik at et utgangssignal med en spenning på 5,0 V svarer til 50%, en eller annen spesifisert strømningshastighet eller en eller annen spesifisert temperatur.

De forskjellige omformingsorganer anvendt til måling

av parametre som karakteriserer prosessen og de forskjellige signaler generert derved kan ha en rekke forskjellige former eller formater. F.eks. kan styringselementene i systemet anvende elektrisk-analog, digital-elektronisk, pneumatisk, hydraulisk, mekanisk eller andre lignende typer utstyr eller kombinasjoner av en eller flere slike typer utstyr. Skjønt den for tiden foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen helst anvender en kombinasjon av pneumatiske endelige styreelementer i tilslutning til elektrisk-analog signalbehandling og over-settelsesapparatur, kan apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres ved anvendelse av en rekke spesielt utstyr som er tilgjengelig for og som forstås av fagfolk innen området prosesskontroll. På samme måte kan formatet av de forskjellige signaler modifiseres betraktelig for å imøtekomme krav til signalformat for den spesielle installa-sjon, sikkerhetsfaktorer, de fysiske egenskaper av måle-

eller styringsinstrumentene og andre lignende faktorer.

F.eks. vil et ubehandlet strømnings-målesignal produsert

av en di fferensialltrykk-måleblendestrømningsmåler vanligvis oppvise et generelt proporsjonalt forhold til kvadratet av den faktiske strømningshastighet. Andre måleinstrumenter kan gi et signal som er proporsjonalt med den målte parameter og nok andre omformingsorganer kan produsere et signal som har et mer komplisert men kjent forhold til den målte parameter. Uansett signalformatet eller det eksakte forhold mellom signalet, og parameteren som det representerer, vil ethvert signal som er representativt for en målt prosessparameter eller en ønsket prosessverdi ha et forhold til den målte parameter eller ønskede verdi som tillater angivelse av en spesiell målt eller ønsket verdi med en spesiell signalverdi. Et signal som er representativt for en målt eller ønsket prosessverdi, er derfor ett fra hvilket informasjon angående den målte eller ønskede verdi lett kan hentes ut, uansett det eksakte matematiske forhold mellom signalenhetene og de målte eller ønskede prosessenheter.

Det skal nå henvises til fig. 2 hvor der er vist en fraksjoneringsdestillasjonskolonne 11 som anvendes til fraksjonering av et råolje-matningsmateriale til en rekke produkter. For enkelhets skyld er bare topproduktet og bunnproduktet vist på fig. 2. Råolje-matningsmaterialet mates til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11 gjennom ledningsorganer 12. Råolje-matningsmaterialet vil generelt være blitt oppvarmet før det kommer inn i fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 1 1 .

En toppstrøm skaffes fra fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11 gjennom ledningsorganer 15 til en varmeveksler 16. Varmeveksleren 16 er forsynt med et kjølemedium som strøm-mer gjennom ledningsorganer 17. En fluidstrøm fra varmeveksleren 16 føres til en toppstrøm-akkumulator 18 gjennom ledningsorganer 21. Damp i toppstrøm-akkumulatoren 18 tas ut fra toppstrøm-akkumulatoren gjennom ledningsorganer 22

og blir generelt betegnet som damp-topproduktet. Væske i toppstrøm-akkumulatoren 18 tas ut fra denne gjennom ledningsorganer 23 og blir generelt betegnet som væske-toppstrøm-produktet.

På mange fraksjoneringsdestillasjonskolonner blir en porsjon av væske-toppstrømproduktet som tas ut gjennom led-ningsorganene 23, returnert til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen som en øvre ekstern tilbakeløpsstrøm. På det råoljetårn som den foreliggende oppfinnelse ble anvendt på, ble imidlertid en fluidstrøm som er tatt ut fra et lavere parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11 gjennom ledningsorganet 31, anvendt som den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm.

I begge tilfeller er hensikten den samme, og i begge tilfeller vil fluidstrømmene bli betegnet som den øvre eksterne tilbake-løpsstrøm.

Fluidstrømmen som strømmer gjennom ledningsorganer 31, føres til en varmeveksler 32. Varmeveksleren 32 er også forsynt med et kjølemedium som strømmer gjennom ledningsorganer 34. Fluidstrømmen fra varmeveksleren 32 føres til toppen av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11 gjennom ledningsorganer 36.

En bunnstrøm som generelt inneholder redusert råolje,

tas ut fra fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11 gjennom ledningsorganer 38. Damp skaffes til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen gjennom ledningsorganer 39. Det skal bemerkes at i mange tilfeller vil varme tilføres til fraksjoneringsdestillas jonskolonnen ved en koker som underkastes fyring eller ved resirkulering av damp gjennom ledninger i fraksjoneringsdestillasjonskolonnen. Igjen, for det spesielle råoljetårn som oppfinnelsen i virkeligheten ble anvendt på, ble forvarming av matestrømmen anvendt for å tilføre varme til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen, og vanndamp ble anvendt som et strippefluid.

Væske-toppstrømproduktet betegnes generelt som nafta-produktet. En rekke andre produkter som er tatt ut fra siden, f.eks. petroleum, lett cyklusolje og tung cyklusolje, vil generelt tas ut fra et råoljetårn. For enkelhets skyld er imidlertid disse gjenværende prosesstrømmer ikke blitt vist,

da de ikke spiller noen rolle i oppfinnelsen. Videre er de mange pumper, ytterligere varmevekslere, ytterligere styrings-komponenter og annet typisk utstyr til fraksjonert destillasjon ikke vist.

Måten ved hvilken forskjellige prosessvariabler måles

og resultatene av målingene føres til en datamaskin, er som følger: En temperaturtransduktor 41 i kombinasjon med et temperaturmålingsorgan, f.eks. et termoelement som er anordnet og drives i ledningsorganet 15, skaffer et utgangssignal 42

som er representativt for temperaturen av væske-toppstrømmen som strømmer gjennom ledningsorganet 15. Signalet 42 skaffes fra temperaturtransduktoren 41 som et inngangssignal til en datamaskin 100. Det skal igjen bemerkes at omforming av signal 42 vil være nødvendig, men slik omforming er ikke vist for enkelhets skyld.

På samme måte skaffer en temperaturtransduktor 44 i kombinasjon med et temperaturmålingsorgan, f.eks. et termoelement som er anordnet og drives i toppstrømakkumulatoren 18, et utgangssignal 45 som er representativt for den faktiske temperatur av fluidet i toppstrømakkumulatoren 18. Signalet 45 skaffes fra temperaturtransduktoren 44 som et inngangssignal til datamaskinen 100.

En trykktransduktor 47 i kombinasjon med et trykkføleorgan som er anordnet og drives i det øvre parti av fraksjoneringsdestillas jonskolonnen 11, skaffer et utgangssignal 49 som er representativt for det faktiske trykk i det øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11. Et signal 49 skaffes fra trykktransduktoren 47 som et inngangssignal til datamaskinen 100.

På samme måte skaffer en trykktransduktor 50 i kombinasjon med et trykkføleorgan som er anordnet og drives i toppstrøm-akkumulatoren 18, et utgangssignal 51 som er representativt for det faktiske trykk i toppstrøm-akkumulatoren 18. Signalet 51 skaffes fra trykktransduktoren 50 som et inngangssignal til datamaskinen 100.

En trykktransduktor 52 i kombinasjon med strømningsføle-organet 53 som er anordnet og drives i ledningsorganet 39, skaffer et utgangssignal 54 som er representativt for den faktiske strømningshastighet av vanndamp gjennom lednings organet 39. Signalet 54 skaffes fra strømningstransduktoren 52 som et inngangssignal.til datamaskinen 100.

På samme måte skaffer en strømningstransduktor 55 i kombinasjon med et strømningsføleorgan 56 som er anordnet og drives i ledningsorganet 22, et utgangssignal 57 som er representativt for den faktiske strømningshastighet av damp-toppstrømproduktet gjennom ledningsorganet 22. En strømnings-transduktor 58 i kombinasjon med et strømningsføleelement 59 som er anordnet og drives i et ledningsorgan 23, skaffer et utgangssignal 60 som er representativt for den faktiske strømningshastighet av væske-toppstrømproduktet gjennom ledningsorganet 23. Begge signalene 57 og 60 skaffes som inngangssignaler til datamaskinen 100.

Som reaksjon på de beskrevne prosessvariabler beregner datamaskinen 100 strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm som er nødvendig for å opprettholde den faktiske ASTM-endepunkttemperatur av væske-toppstrømproduktet som strømmer gjennom ledningsorganet 23 stort sett lik en ønsket ASTM-endepunkttemperatur. Et signal 61 som er representativt for denne ønskede strømningshastighet, skaffes fra datamaskinen 100 som innstillingspunkt-inngangssignalet til en strømningsregulator 62.

En strømningstransduktor 64 i kombinasjon med et føle-organ 65 som er anordnet og drives i ledningsorganet 36, skaffer et utgangssignal 66 som er representativt for den faktiske strømningshastighet av den øvre eksterne.tilbakeløps-strøm gjennom ledningsorganet 36. Signalet 66 skaffes fra strømningstransduktoren 64 som det prosessvariable inngangssignal fra strømningsregulatoren 62.

Som reaksjon på signalene 61 og 66 skaffer strømnings-regulatoren 62 et utgangssignal 67 som er skalert på en slik måte at det er representativt for den posisjon av styrings-ventilen 68, som er anordnet og drives i ledningsorganet 36, som er nødvendig for å opprettholde den faktiske strømnings-hastighet av den øvre utvendige tilbakeløpsstrøm gjennom ledningsorganet 36 stort sett lik den ønskede strømnings-hastighet representert ved signalet 61. Signalet 67 skaffes fra strømningsregulatoren 62 som styringssignalet for styrings- ventilen 68, og styrings-ventilen 68 drives som reaksjon på dette.

Den logikk som anvendes for å- beregne størrelsen av innstillingspunkt-signalet 61 basert på de målte prosessvariabler, er vist på fig. 3. Under henvisning til fig. 3 blir signalet 42 som er representativt for temperaturen av væske-toppstrømmen som strømmer gjennom ledningsorganet 15, skaffet som et inngangssignal til blokk 111 for beregning av likevekts-hurtigfordampnings-endepunktet (EFVEP). På samme måte blir signalet 49 som er representativt for det faktiske trykk i det øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen 11 og signalet 54 som er representativt for den faktiske strømningshastighet av vanndamp gjennom ledningsorganet 39, skaffet som inngangssignaler til blokk 111 for beregning av EFVEP.

Signalet 57 som er representativt for den faktiske strøm-ningshastighet av væske-toppstrømproduktet, er skaffet som et inngangssignal til blokk 111 for beregning av EFVEP og også som et inngangssignal til blokk 112 for beregning av 1ikevektshurtigfordampnings-begynnelsespunktet (EFVIP). På samme måte blir signalet 60 som er representativt for den faktiske strømningshastighet av væske-toppstrømproduktet, skaffet som et inngangssignal til både blokk 111 for beregning av EFVEP og blokk 112 for beregning av EFVIP.

EFVEP for væske-toppstrømproduktet beregnes som svar

på de ønskede prosessvariabler som følger:

Hydrokarbon-partialtrykket (HPP) er gitt ved ligning (1)

hvor mol H = mol hydrokarbon i væske-toppstrømproduktet,

P.j= det samlede trykk i det øvre parti av f raks jonerings-destillas jonskolonnen 11 (signal 49), og

mol I = mol inert materiale i væske-toppstrømproduktet.

Mol H er gitt ved ligning (2)

hvor F = strømningshastigheten av væske-toppstrømproduktet (signal 60).

Molekylvekten av hydrokarbonene som inneholdes i væske-topproduktet, kan beregnes ved en hvilken som helst vanlig teknikk. Molekylvekten av hydrokarbonene beregnes fortrinnsvis som en funksjon av det gjennomsnittlige midlere kokepunkt (mean average boiling point) og gravitet av hydrokarboner ved anvendelse av NGPSA Engineering Data Book utgitt av the Natural Gas Processors Suppliers Association, 9. utgave,

pp 16-25, 1972. Opprinnelige tilnærmede verdier av det midlere gjennomsnittlige kokepunkt og graviteten fås fra laboratorie-analyser av typiske produkter. Det midlere gjennomsnittlige kokepunkt og graviteten kan fra tid til annen oppdateres fra laboratoriedata. Det midlere gjennomsnittlige kokepunkt ligger typisk i området 93-138°C. Graviteten ligger typisk i området 55-75° API.

Mol I er gitt ved ligning (3)

hvor F2= strømningshastigheten av damp-toppstrømproduktet (signal 57), og

F^= strømningshastigheten av vanndamp gjennom ledningsorganet 39 (signal 54).

Molekylvekten av vanndamp er kjent. Molekylvekten av toppstrømproduktet beregnes fra laboratoriedata ved analyse av typiske prøver. Molekylvekten kan periodevis oppdateres ved bruk av laboratoriedata. Molekylvekten av damp-toppstrømmen vil typisk ligge i området 30-40 g pr. mol.

EFVEP er lik kokepunktet av normale parafin-hydrokarboner ved et absolutt trykk på 760 mm kvikksølv. EFVEP beregnes fra fig. 5-27, side 208, i en bok med tittelen "Petroleum Refinery Engineering" av W. L. Nelson (1958, McGraw-Hill

Book Company og heretter betegnet som "Nelson"). Når man anvender fig. 5-27, er damptrykket i henhold til fig. 5-27

lik hydrokarbon-partialtrykket beregnet i henhold til ligning ( 1 ) .

Den temperatur som er nødvendig f<p>r bruk ved fig. 5-

27 for beregning av EFVEP, er temperaturen av damp-toppstrømmen som strømmer gjennom ledningsorganet 15 (signal 42). Ved bruk av hydrokarbon-partialtrykket bestemt i henhold til ligning (1) og den målte temperatur av damp-toppstrømmen som strømmer gjennom ledningsorganet 15, kan EFVEP bestemmes direkte fra fig. 5-27 hos Nelson.

Fig. 5-27 mates inn i datamaskinen ved innmating av

et sett relaterte tall for partialtrykket, temperaturen og kokepunktet. En regresjonsanalyse blir deretter anvendt for interpolering mellom de innmatede punkter for oppnåelse av den ønskede nøyaktighet.

Dersom en vanndamp-strippingstrøm (eller annen lignende strøm) ikke skaffes til fraksjoneringsdestillasjonsprosessen, vil vanndampsleddet i ligning (3) ikke anvendes. På samme måte, dersom fullstendig kondensasjon anvendes slik at en damp-toppstrøm ikke tas ut fra toppstrøm-akkumulatoren, vil leddet for damp-toppstrøm i ligning (3) ikke anvendes.

Foruten de ovenfor beskrevne prosessvariabler som skaffes til blokk 112 for beregning av EFVIP, skaffes signalet 45

som er representativt for den faktiske temperatur av fluidet i toppstrøm-akkumulatoren 18 som et inngangssignal til blokk 112 for beregning av EFVIP..Videre blir signalet 51 som er representativt for det faktiske trykk i toppstrøm-akkumulatoren 18, skaffet som et inngangssignal til blokk 112 for beregning av EFVIP.

EFVIP beregnes på nøyaktig samme måte som tidligere beskrevet for EFVEP med den unntagelse at det trykk som anvendes, er trykket i toppstrøm-akkumulatoren (signal 51)

til forskjell fra trykket i det øvre parti av fraks jonerings-destillas jonskolonnen, og temperaturen som anvendes, er temperaturen av fluidet i toppstrøm-akkumulatoren (signal 45)

til forskjell fra temperaturen i damp-toppstrømmen som strømmer

gjennom ledningsorganet 15. Videre blir ikke vanndampstrøm-leddet i ligning (3) anvendt til beregning av EFVIP, da all vanndampen kondenseres. Igjen kan EFVIP fås direkte fra fig. 5-27 ifølge Nelson, basert på hydrokarbon-partialtrykket som bestemt i henhold til ligning (1) og den målte temperatur av fluidene i toppstrøm-akkumulatoren 18.

Signal 114 som er representativt for det faktiske EFVEP av væske-toppstrømproduktet, skaffes fra blokk 111 for beregning av EFVEP som et inngangssignal til blokk 115 for beregning av EFV-helningsvinkelen. På samme måte blir et signal 117

som er representativt for det faktiske EFVIP av væske-topp-strømproduktet, skaffet fra blokk 112 for beregning av EFVIP som et inngangssignal til blokk 115 for beregning av EFV-helningsvinkelen.

Helningsvinkelen av EFV-linjen dannet ved tegning av

en rett linje mellom EFVEP og EFVIP, slik det er vist på

fig. 1, er gitt ved ligning (4).

Helningsvinkelen beregnet i henhold til ligning (4) representert ved et signal 118 er skaffet fra blokk 115 til beregning av EFV-helningsvinkelen som et inngangssignal til blokk 119 for beregning av ASTM-helningsvinkelen.

Et opprinnelig overslag over helningsvinkelen for ASTM-kokepunktkurven - en slik kurve er vist på fig. 1 - ved et spesielt punkt, f.eks. 100%-endepunktet, fås fra laboratorie-analyse av typiske prøver. Helningsvinkelen for ASTM-kurven vil generelt ligge i området 1°C pr. % - 2°C pr. %. Typiske verdier for helningsvinkelen av EFV-linjen ligger i området 0,5°C pr. % til ca. 1,5°C pr. %. Opprinnelige overslag over ASTM-helningsvinkelen og EFV-helningsvinkelen benyttes til

å starte beregningene, men blir deretter ikke anvendt.

Helningsvinkelen av ASTM-kurven ved et tidspunkt T2(ASTM-helningsvinkel (T2)) ved et spesielt punkt såsom endepunktet, er gitt ved ligning (5)

hvor ASTM-helningsvinkel (T^) = helningsvinkelen av ASTM-kurven ved et tidspunkt T^ som er på et tidligere tidspunkt enn T2 >

EFV-helningsvinkel (T2) = helningsvinkelen av EFV-linjen ved tidspunktet T2, og

EFV-helningsvinkel (T^) = helningsvinkelen av EFV-linjen ved tidspunktet T^.

I praksis blir en ny ASTM-helningsvinkel beregnet periodevis. Perioden vil være forskjellen mellom tidspunktene T^

og T2- I store trekk blir den sist beregnede verdi for ASTM-helningsvinkelen (ASTM-helningsvinkel (T^)) oppdatert basert på den nye beregnede verdi for EFV-helningsvinkelen (EFV-helningsvinkel (T2)). Denne fremgangsmåte fortsetter på periodisk basis. En oppdatert ASTM-helningsvinkel er således tilgjengelig for bruk i beregningen av ASTM-endepunkttemperaturen, slik det skal beskrives nærmere nedenunder.

Signal 121 som er representativt for ASTM-helningsvinkelen (T2), skaffes fra blokk 119 til beregning av ASTM-helningsvinkelen som et inngangssignal til blokk 123 for beregning av ASTM-endepunkttemperaturen.

ASTM-helningsvinkelen (T2) anvendes til å utlede en korreksjonsfaktor for EFV-endepunkttemperaturen som er representert ved signal 114. Dette oppnås ved bruk av fig. 3.27

på side 147 i Van Winkle. Basert på ASTM-helningsvinkelen (T2) og endepunktet, kan korreks jonsf aktoren fås direkte 'fra fig. 3.27. Denne korreksjonsfaktor legges til signal 114

for å utlede det som skal betegnes som en korrigert EVF-endepunkttemperatur.

Denne korrigerte EFV-endepunkttemperatur kan anvendes til å utlede ASTM-endepunkttemperaturen direkte ved bruk av fig. 3.26 på side 146 i Van Winkle, hvilket viser sammen-hengen mellom ASTM-temperaturen og den ukorrigerte EFV-temperatur.

Fig. 3-27 i Van Winkle mates inn i datamaskinen ved innmating av relaterte tall for ASTM-helningsvinkelen og korrigeringen til EFV-temperaturen. Fig. 3-26 i Van Winkle mates inn i datamaskinen ved innmating av relaterte tall for ASTM-temperatur og EFV-temperatur. Igjen blir regresjonsanalyse anvendt til interpoléring for den ønskede nøyaktighet.

Signal 125 som er representativt for den faktiske ASTM-endepunkttemperatur av væske-toppstrømproduktet, skaffes fra blokk 123 for beregning av ASTM-endepunkttemperatur som den prosessvariable inngangsverdi til styringsblokk 127.

Styringsblokken 127 forsynes også med et innstillingspunkt-signal 128 som er representativt for den ønskede ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktet. Som reaksjon på signalene 125 og 128 skaffer styringsblokken 127 et utgangssignal 61 som er skalert på en slik måte at det er representativt for strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbake-løpsstrøm som strømmer gjennom ledningsorganet 36 og er nød-vendig for opprettholdelse av den faktiske ASTM-endepunkt-temperatur av væske-topproduktet på stort sett den ønskede endepunkt-temperatur representert ved signal 128. Signal 61 er skaffet som et utgangssignal fra datamaskinen 100 og anvendes som tidligere beskrevet.

Det skal bemerkes at skjønt signal 61 fortrinnsvis skaleres slik at det er representativt for strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm, kan signal 61 skaleres slik at det er representativt for den posisjon av styrings-ventilen 68 som er nødvendig for å opprettholde den ønskede ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktet. Dersom dette ble gjort, ville der ikke være noe behov for den grad av kontrol som er representert ved strømningsregulator 62 og strømningstransduktor 64 vist på fig. 2. En viss nøyaktighet kan imidlertid gå tapt ved direkte operasjon av styrings-ventilen 68 som reaksjon på signalet 6.1 , og det foretrekkes derfor å anvende den grad av styring som er beskevet ovenfor.

Som en oppsummering kan det sies at på grunnlag av målingene av prosessvariablene forbundet med en fraksjoneringsdestillas jonsprosess , kan forandringer i helningsvinkelen av EFV-kokepunktlin jen beregnes. Disse forandringer kan benyttes til periodisk oppdatering av helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven. Helningsvinkelen av ASTM-kokepunktkurven benyttes til å beregne den faktiske ASTM-endepunkttemperatur av væske-topproduktet på dette tidspunkt, og dennes faktiske bestemmelse anvendes til å regulere fraksjoneringsdestillasjonsprosessen slik at den faktiske ASTM-endepunkttemperatur holdes stort sett lik en ønsket ASTM-endepunkttemperatur som fastlagt ved produktspesifikasjoner for væske-topproduktet.

Oppfinnelsen er beskrevet ved hjelp av en foretrukket utførelsesform som vist på fig. 1-3. Spesielle komponenter som anvendes ved utøvelse av oppfinnelsen som vist på fig.

2, f.eks. strømningsfølere 53, 56, 59 og 65, strømningstrans-duktorer 52, 55, 58 og 64, temperaturtransduktorer 41 og 44, trykktransduktorer 47 og 50 og styringsventil 68 er hver for seg velkjente, i handelen tilgjengelige styringskompo-nenter slik som beskrevet i detalj i Perry's Chemical Engineers Handbook, 4. utg., kapittel 22, McGraw-Hill.

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til den for tiden foretrukne utførelsesform, er rimelige variasjoner og modifikasjoner mulige for fagfolk, og slike variasjoner og modifikasjoner ligger innenfor området av den beskrevne oppfinnelse og de tilhørende krav.

Claims (11)

1. Apparat omfattende en fraks joneringsdestillasjonskolonne, organer til å skaffe en matestrøm til den nevnte fraksjo-ner ingsdestillas jonskolonne , et kjøleorgan, et toppstrøm-akkumulatororgan, organer til å ta ut en damp-toppstrøm fra et øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen og til å føre damp-toppstrømmen gjennom kjøleorganet til toppstrøm-akkumulatoren, organer til å ta ut en væskestrøm fra toppstrøm-akkumu-latoren som et væske-topprodukt, organer til å skaffe en øvre ekstern tilbakeløpsstrøm til destillasjonskolonnen, organer til opprettelse av et første signal representativt for helningsvinkelen av 1ikevektshurtigfordampnings-kokepunktlinjen for væske-topproduktet ved et tidspunkt T2 i organer til opprettelse av et andre signal representativt for den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven for væske-topproduktet ved tidspunktet T2 som en reaksjon på det nevnte første signal, organer til opprettelse av et tredje signal representativt for den faktiske ASTM-endepunkttemperatur for væske-topp-produktet som reaksjon på det andre signal, organer til opprettelse av et fjerde signal representativt for den ønskede ASTM-endepunkttemperatur for væske-topp-produktet, organer til å sammenligne det tredje og fjerde signal og til opprettelse av et femte signal som reagerer på forskjellen mellom det tredje signal og det fjerde signal, og organer til regulering av strømningshastigheten av den nevnte eksterne tilbakeløpsstrøm til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen som reaksjon på det femte signal.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at organene til opprettelse av det første signal omfatter: organer til opprettelse av et sjette signal representativt for det faktiske trykk i et øvre parti av fraksjoneringsdestillas jonskolonnen ved et tidspunkt T2 , organer til opprettelse av et syvende signal representativt for den faktiske temperatur av damp-toppstrømmen ved tidspunktet T2 > organer til opprettelse av et åttende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av væske-toppstrøm-produktet ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et niende signal representativt for 1ikevektshurtigfordampnings-endepunkttemperaturen (EFVEP) ved tidspunktet T2 for væske-topproduktet som reaksjon på de nevnte sjette, syvende og åttende signaler, organer til opprettelse av et tiende signal representativt for det faktiske trykk i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et ellevte signal representativt for den faktiske temperatur i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et tolvte signal representativt for 1ikevektshurtigfordampnings-begynnelsespunkttemperaturen (EFVIP) ved tidspunktet T2 som reaksjon på de åttende, tiende og ellevte signaler, og organer til subtraksjon av det tolvte signal fra det niende signal og divisjon av resultatet med 100 for opprettelse av det første signal.

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter: organer til å skaffe vanndamp til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen og organer til uttagning av et damp-topprodukt fra toppstrøm-akkumulatoren .

4. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at organene til opprettelse av det første signal omfatter: organer til opprettelse av et sjette signal representativt for det faktiske trykk i et øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et syvende signal representativt for den faktiske temperatur av damp-toppstrømmen ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et åttende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av væske-topproduktet ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et niende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av vanndampen ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et tiende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av damp-topproduktet ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et ellevte signal representativt for likevektshurtigfordampnings-endepunkttemperaturen (EFVEP) ved tidspunktet T2 som reaksjon på de sjette, syvende, åttende, niende og tiende signaler, organer til opprettelse av et tolvte signal representativt for det faktiske trykk i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et trettende signal representativt for den faktiske temperatur i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet T2 , organer til opprettelse av et fjortende signal representativt for 1ikevektshurtigfordampnings-begynnelsespunkttemperaturen (EFVIP) ved tidspunktet T2 for væske-topproduktet som reaksjon på .de åttende, niende, tiende, tolvte og trettende signaler, og organer til subtraksjon av det fjortende signal fra det ellevte signal og divisjon av resultatet med 100 for opprettelse av det første signal.

5. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at organene til opprettelse av det andre signal omfatter organer til multiplikasjon av den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven for væske-topproduktet ved et tidspunkt T.j som er tidligere enn tidspunktet T med en faktor som fås ved å dividere det første signal med helningsvinkelen til likevektshurtigfordampnings-kokepunktlinjen for væske-topproduktet ved tidspunktet T^.

6. Apparat som angitt i krav 1 , karakterisert ved at det femte signal skaleres slik at det er representativt for strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbake-løpsstrøm som er nødvendig for å opprettholde den faktiske ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktet stort sett lik den ønskede ASTM-endepunkttemperatur og hvor organene til regulering av strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm som reaksjon på det femte signal omfatter: en styringsventil som er anordnet og drives slik at den regulerer strømmen av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm, organer til opprettelse av et sjette signal representativt for den faktiske strømningshastighet av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm, organer til å sammenligne det femte signal og sjette signal og til opprettelse av et syvende signal som reagerer på forskjellen mellom det femte signal og det sjette signal, idet det syvende signal er skalert på en slik måte at det er representativt for den posisjon av styringsventilen som er nødvendig for å holde den faktiske strømningshastighet av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm stort sett lik den ønskede strømningshastighet representert ved det femte signal, og organer til å regulere styringsventilen som reaksjon på det syvende signal.

7. Fremgangsmåte til opprettholdelse av en ønsket ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktstrømmen som tas ut fra en toppstrøm-akkumulator forbundet med en fraksjoneringsdestillasjonskolonne, idet en matestrøm skaffes til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen, idet en damp-toppstrøm tas ut fra et øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen, avkjøles, og deretter skaffes til toppstrøm-akkumulatoren og hvor en øvre ekstern tilbakeløpsstrøm skaffes til et øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen, idet fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: opprettelse av et første signal representativt for helningsvinkelen av likevektshurtigfordampnings-kokepunktlin jen for væske-topproduktet ved et tidspunkt T2 , opprettelse av et andre signal representativt for den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven for væske-topproduktet ved tidspunktet T2 som reaksjon på det første signal, opprettelse av et tredje signal representativt for den faktiske ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktet som reaksjon på det andre signal, opprettelse av et fjerde signal representativt for den øsnkede ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktstrømmen, sammenligning av det tredje signal og det fjerde signal og opprettelse av et femte signal som reagerer på forskjellen mellom det tredje signal og det fjerde signal, og regulering av strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm til fraksjoneringsdestillasjonskolonnen som reaksjon på det femte signal.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at trinnene for opprettelse av det første signal omfatter: opprettelse av et sjette signal representativt for det faktiske trykk i et øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen ved tidspunktet T2 , opprettelse av et syvende signal representativt for den faktiske temperatur av damp-toppstrømmen ved tidspunktet opprettelse av et åttende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av væske-topproduktet ved tidspunktet T2 , opprettelse av en 1ikevektshurtigfordampnings-endepunkt-temperatur (EFVEP) ved tidspunktet T2 for væske-topproduktet som reaksjon på de sjette, syvende og åttende signaler, opprettelse av et tiende signal representativt for det faktiske trykk i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet <T>2' opprettelse av et ellevte signal representativt for den faktiske temperatur i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet T,,, opprettelse av et tolvte signal representativt for likevektshurtigfordampnings-begynnelsespunkttemperaturen (EFVIP) ved tidspunktet T2 som reaksjon på de åttende, tiende og ellevte signaler, og subtraksjon av det tolvte signal fra det niende signal og divisjon av resultatet med 100 for opprettelse av det første signal.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at vanndamp skaffes til fraksjoneringsdestillas jonskolonnen , idet et damp-topprodukt tas ut fra toppstrøm-akkumulatoren og hvor trinnene til opprettelse av det første signal omfatter: opprettelse av et sjette signal representativt for det faktiske trykk i et øvre parti av fraksjoneringsdestillasjonskolonnen ved tidspunktet T2 , opprettelse av et syvende signal representativt for den faktiske temperatur av damp-toppstrømmen ved tidspunktet <T>2 , opprettelse av et åttende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av væske-topproduktet ved tidspunktet T2 , opprettelse av et niende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av vanndampen ved tidspunktet T 2, opprettelse av et tiende signal representativt for den faktiske strømningshastighet av damp-topproduktet ved tidspunktet T2 , opprettelse av et ellevte signal representativt for likevektshurtigfordampnings-endepunkttemperaturen (EFVEP) ved tidspunktet T2 som reaksjon på de sjette, syvende, åttende, niende og tiende signaler, opprettelse av et tolvte signal representativt for det faktiske trykk i toppstrøm-akkumulatoren ved tidspunktet <T>2 , opprettelse av et trettende signal representativt for den faktiske temperatur i toppstrøm-akkumulatoren ved tids-ppunktet T2 , opprettelse av et fjortende signal representativt for 1ikevektshurtigfordampnings-begynnelsespunkttemperaturen (EFVIP) ved tidspunktet T2 for væske-topproduktet som reaksjon på de åttende, niende, tiende, tolvte og trettende signaler, og subtraksjon av det fjortende signal fra det ellevte signal og divisjon av resultatet med 100 for opprettelse av det første signal.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at trinnet til opprettelse av det andre signal omfatter å multiplisere den faktiske helningsvinkel av ASTM-kokepunktkurven ved et tidspunkt T^ som er tidligere enn tidspunktet T2 , med en faktor som fås ved å dividere det første signal med helningsvinkelen av 1ikevektshurtigfordampnings-kokepunktlinjen for væske-topproduktet ved tidspunktet T^ .

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at det femte signal er slik skalert at det er representativt for strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm som er nødvendig for å holde den faktiske ASTM-endepunkttemperatur for væske-topproduktet stort sett lik den ønskede ASTM-endepunkttemperatur og at trinnet for regulering av strømningshastigheten av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm som reaksjon på det femte signal omfatter: opprettelse av et sjette signal representativt for den faktiske strømningshastighet av den øvre eksterne tilbake-løpsstrøm , sammenligning av det femte signal og det sjette signal og opprettelse av et syvende signal som reagerer på forskjellen mellom det femte signal og det sjette signal, idet det syvende signal er slik skalert at det er representativt for den posisjon av en styringsventil, som er anordnet og drives slik at den regulerer strømmen av den øvre eksterne tilbakeløps-strøm, som er nødvendig for å holde den faktiske strømnings-hastighet av den øvre eksterne tilbakeløpsstrøm stort sett lik den ønskede strømningshastighet representert ved det femte signal, og regulering av styringsventilen som reaksjon på det syvende signal.