SU1740026A1 - Способ автоматического регулировани ректификационной колонной с двум потоками сырь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам ав томатического регулировани  ректификационной колонны и позвол ет снизить энергетические затраты. Согласно способу задают максимальные и минимальные удельные расходы орошени , соотношение расходов сырь  в колонну, по измеренным параметрам рассчитывают величину удельного расхода парового потока в нижней сек ции колонну, при этом соотношение расходов сырь  в колонну корректируют в зависимости от заданных предельныл маь симального и минимального удельных ра ходов орошени , а расход теплоносител  л куб колонны регулируют в зависимости от величины удельного расхода парового пото ка в нижней секции колонны. 1 ил

Description

Изобретение относитс  к способам автоматического регулировани  ректификационной колонны и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности , например, дл  регулировани  колонны отбензинивани  нефти.

Известен способ автоматического регулировани  процесса ректификации путем изменени  соотношени  расходов сырь , подаваемого в верхнюю и нижнюю части колонны, по которому изменение соотношени  расходов сырь  осуществл ют в зависимости от температуры на контрольной тарелке и перепада давлени  паров по колонне .

Однако этот способ не может обеспечить сокращение энергетических затрат на процесс ректификации при поступлении в колонну двух потоков сырь  с различной

температурой, так как в нем не учтена взаимосв зь между соотношением потоков сырь  и расходом внешнего орошени 

Известен также способ автоматического управлени  ректификационной колонной с двум  потоками сырь  путем регулировани  расхода флегмы и дистилл та с коррекцией в зависимости от расходов и составов сырь , составов дистилл та и кубового продукта и текущего значени  соотношени  расход флегмы - расход дистилл та, а расхода теплоносител  в куб колонны - в зависимости от суммы расходов флегмы и дистилл та.

Недостатком указанного способа  вл етс  то, что он не учитывает теплосодержание потоков сырь  в колонну и поэтому не может обеспечить проведение процесса ректификации при минимальных энергетиVI

4 О

О

к: о

ческих затратах и не может быть использован дл  управлени  ректификационной колонной с вводом двух различных по степени нагрева потоков сырь .

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  способ автоматического управлени  фракционирующими колоннами с двум  потоками питани , по которому регулирование расхода верхнего питани  выполн ют в заданном соотно- шении с расходом бокового погона, расход нижнего питани  регулируют в заданном соотношении с расходом верхнего питани , расход острого орошени  в колонну корректируют в зависимости от расхода бокового погона и расход гор чей струи в колонну корректируют по суммарному количеству тепла, поступающего в колонну.

Однако известный способ не предусматривает автоматической корректировки соотношени  между расходами верхнего и нижнего потоков питани , оптимальный выбор которого обеспечивает максимальную разделительную способность колонны при минимально возможном расходе острого орошени . Согласно известному способу не обеспечиваетс  стабилизаци  удельного парового потока в нижней секции колонны, так как не учитываетс  температура острого орошени  колонны.

Цель изобретени  - снижение энергетических затрат.

Способ автоматического регулировани  ректификационной колонной с двум  потоками сырь  позвол ет снизить энерге- тические затраты за счет поддержани  соот- ношени  расходов двух различных по степени нагрева потоков сырь  на оптимальном уровне и уменьшени  за счет этого расхода острого орошени , а также обеспе- чивает стабильность удельного расхода парового потока в нижней секции колонны, что позвол ет улучшить качество целевых продуктов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу автоматического регулировани  ректификационной колонны с двум  потоками сырь , включающему измерение расходов сырь , дистилл та, орошени , температуры сырь , паров, выход щих с верх- ней тарелки колонны, и орошени , регулирование рдсхода теплоносител  в куб колонны, задают максимальные и минимальные удельные расходы орошени , соотношение расходов сырь  в колонну, по измеренным параметрам рассчитывают величину удельного расхода парового потока в нижней секции колонны, при этом соотношение расходов сырь  в колонну корректируют в зависимости от заданных

предельных максимального и минимального удельных расходов орошени , а расход теплоносител  в куб колонны регулируют в зависимости от величины удельного расхода парового потока в нижней секции колонны .

На чертеже изображена схема осуществлени  способа автоматического регулировани  ректификационной колонны.

Процесс разделени  смеси выполн етс  в колонне 1, оснащенной печью 2 дл  подачи тепла в куб колонны, теплообменником 3 дл  нагрева нижнего потока сырь , конденсатором-холодильником 4 и емкостью 5. Сырье 6 в колонну поступает двум  потоками, причем верхний поток имеет меньшее теплосодержание, что обеспечивает создание на участке колонны ниже ввода этого потока за счет конденсации паров при нагреве переохлажденного верхнего потока дополнительного расхода внутреннего орошени  колонны. Нижний поток сырь  нагреваетс  в теплообменнике 3 за счет использовани  тепла отход щих с установки продуктов ректификации. Продуктами разделени   вл ютс  дистилл т 7 и кубовый остаток З.Часть жидкостного потока,образовавшегос  за счет конденсации паров в конденсаторе-холодильнике 4, подаетс  на верхнюю тарелку колонны в виде внешнего орошени  9. Подача тепла в колонну производитс  за счет нагрева циркулирующей флегмы в печи при сжигании топлива 10.

Контур регулировани  расхода верхнего потока сырь  в колонну включает в себ  последовательно соединенные датчик 11 расхода, подключенный к первому входу регул тора 12, и исполнительный механизм 13. В контур регулировани  общего расхода сырь  вход т датчик 14 расхода,регул тор 15 и исполнительный механизм 16, установленный на линии подачи нижнего потока сырь . Расход внешнего орошени  9 колонны регулируетс  исполнительным механизмом 17 при помощи регул тора 18, к первому входу которого подсоединен выход датчика 19 расхода, а к второму - выход регул тора 20 качества. Корректирующий сигнал регул тору 12 расхода верхнего потока сырь  при достижении расходом внешнего орошени  предельных значений вырабатываетс  в управл ющем логическом блоке 21, первый вход которого св зан с выходом датчика 19 расхода внешнего орошени , второй вход - с выходом датчика 14 общего расхода сырь , а выход - с вторым входом регул тора 12 расхода верхнего потока сырь .

Регулирование расхода тепла в куб колонны осуществл етс  при помощи вычислительного управл ющего устройства 22, выход которого св зан с первым входом регул тора 23 расхода топлива в печь, выход которого соединен с исполнительным механизмом 24 на линии подачи топлива 10 в печь 2. К второму входу регул тора 23 подсоединен выход датчика 25 расхода топлива 10. На входы управл ющего вычислительного устройства 22 подсоединены выходы следующих датчиков: к первому входу - выход датчика 14 общего расхода сырь , к второму входу - выход датчика 11 расхода верхнего потока сырь , к третьему входу - выход датчика 26 температуры верхнего потока сырь , к четвертому входу - выход датчика 27 температуры нижнего потока сырь , к п тому входу - выход датчика 28 расхода дистилл та 7, к шестому входу - выход датчика 19 расхода внешнего орошени , к седьмому входу - выход датчика 29 разности температур паров, выход щих из колонны, и внешнего орошени .

Расход дистилл та регулируетс  в зависимости от уровн  жидкости в емкости 5 при помощи регул тора 30 уровн  и исполни- тельного механизма 31.

При реализации предлагаемого способа автоматического регулировани  ректификационной колонны в промышленных услови х могут быть использованы серий- ные средства контрол  и автоматики.

В качестве датчиков 11, 14, 19, 25 и 28 расхода могут быть использованы преобразователи разности давлени  Сапфир 22 в комплекте с диафрагмами ДК-40, в качестве датчиков 26 - 29 температуры и разности TeMnepdTyp - преобразователи Ш-78 в комплекте с тер юпарами ТХК-0806, в качестве регул торов 12, 15, 18 и 23 - станци  управлени  регул тором аналоговым СУРА-2 в комплекте с регул тором РБАМ, в качестве регул тора 30 уровн  - уровнемер УБП, в качестве регул тора 20 качества - автоматический анализатор температуры конца кипени  нефтепродуктов АПТВ-1, в качестве исполнительных механизмов 13, 16, 17, 24 и 31 - регулирующие клапаны 25с48нж. Функции управл ющего логического блока 21 и управл ющего вычислительного устройства 22 реализуютс  при помощи управл ющего вычислительного комплекса на базе СМ1814.30.

Способ осуществл ют следующим образом .

Выбирают в качестве основного уело- ви  эффективного проведени  процесса ректификации с получением заданного качества продуктов обеспечение посто нного значени  удельного парового потока (отношение расхода парового потока к расходу

сырь  в колонну) и посто нного .состава паров , выход щих с верхней тарелки колонны, регулируемого путем изменени  потока внутренней флегмы в колонне. Поток внутренней флегмы в колонне создаетс  за счет подачи в колонну внешнего орошени  и конденсации паров при нагреве до температуры кипени  потока внешнего орошени , верхнего и нижнего потоков сырь . Эти внешние потоки ввод тс  в колонну в различные ее точки, что затрудн ет учет вли ни  каждой составл ющей внутреннего орошени  колонны на ее разделительную способность. Наибольшее вли ние на разделительную способность колонны оказывают внешние потоки, вход щие на более высокорасположенные тарелки, так как при этом изменение расхода внутреннего орошени  колонны охватывает большее число тарелок. Увеличение расхода верхнего потока сырь  (более холодного, чем нижний поток сырь ), а следовательно, и изменение соотношени  расходов потоков сырь , приводит к увеличению расхода внутреннего расхода внутреннего орошени  колонны и увеличению разделительной способности колонны. Поэтому В этом случае дл  сохранени  заданного состава дистилл та необходимо уменьшить расход внешнего орошени  колонны. Но достаточно простой зависимости дл  математического описани  св зи между изменением соотношени  потоков сырь  в колонну и требуемым дл  сохранени  состава дистилл та расходом внешнего орошени  нет, так как при увели- чении расхода верхнего потока сырь  его вли ние на разделительную способность колонны складываетс  из двух противоположных по своему воздействию на разделительную способность колонны факторов:

увеличение движущей силы процесса ректификации за счет увеличени  расхода внутренней флегмы в колонне;

уменьшение движущей силы процесса ректификации за счет снижени  содержани  легкокип щих компонентов в флегме на тарелках колонны ниже ввода верхнего потока сырь  за счет смешени  потока сырь  с флегмой, поступающей на верхнюю тарелку питани .

Поэтому наиболее рационально выполн ть коррекцию соотношени  верхнего и нижнего (холодного и гор чего) потоков сырь  в зависимости от предельных максимального и минимального удельных расходов внешнего орошени  (отношени  расхода внешнего орошени  к общему расходу сырь ). Удельный расход внешнего орошени  - это параметр, который откликаетс  при регулировании его в зависимости

от состава дистилл та на изменени  разделительной способности колонны при изменени х соотношени  потоков сырь  в колонну и их теплосодержани ,а также теплосодержани  внешнего орошени .Но в цел х снижени  энергозатрат на процесс ректификации должен быть определен диапазон возможного изменени  удельного расхода внешнего орошени , при котором регулирование состава дистилл та осуществл етс  только за счет изменени  удельного расхода внешнего орошени  без коррекции соотношени  расходов потоков сырь  в колонну . Предельный минимальный удельный расход внешнего орошени  выбираетс  равным расчетному минимальному удельному расходу внешнего орошени  дл  верхней секции колонны с тем, чтобы обеспечивать разделительную способность тарелок этой части колонны. Дл  предельного максимального удельного расхода внешнего орошени  принимаетс  значение на 10-15% выше минимального.

Если в результате воздействи  не процесс ректификации внешних факторов, например изменени  теплосодержани  потоков сырь  в колонну, удельный расход внешнего орошени , равный отношению расхода внешнего орошени  R (датчик 18 расхода) к общему расходу сырь  F (датчик 14 расхода), достигает своего предельного максимального значени :

Рвнеш. , /RflHem чпред макс /

Робщ.Робщ.

то управл ющий логический блок 21 дискретно увеличивает задание регул тору 12 расхода верхнего потока сырь , например, на 2-5%. За счет увеличени  расхода верхнего потока сырь  (более холодного, чем нижний поток) происходит увеличение расхода внутреннего орошени  колонны, что позвол ет регул тору 20 состава дистилл та уменьшить свое задание регул тору 18 расхода внешней флегмы и зойти в диапазон удельных расходов внешнего орошени  меньше предельного максимального значени . Изменени  задани  регул тору 12 расхода управл ющий логический блок 21 производит дискретно, оставл   его неизмененным до следующего цикла корректировки задани . Периодичность корректировки должна быть больше времени затухани  переходных процессов в колонне при изменении соотношени  расходов потоков сырь  в колонну . Например, дл  колонны отбензинива- ни  нефти на установке АВТ периодичность корректировки соотношени  расходов сырь  выбираетс  в пределах 10-20 мин. Если после корректировки расхода верхнего потока сырь  удельный расход внешнего орошени  не входит в диапазон, ограниченный предельными значени ми, то управл ющий логический блок 21 в следующем

цикле корректировки дополнительно увеличивает задание регул тору 12 расхода верхнего потока сырь  на выбранную дискретную величину. Корректировка соотношени  расходов потоков сырь  может

осуществл тьс  до тех пор, пока показатели этого соотношени  не достигнут заданных предельных значений. Например, расход верхнего потока сырь  может увеличиватьс  до тех пор, пока температура нижнего

потока не достигнет значени , близкого к температуре теплоносител , поступающего в теплообменник 3, что свидетельствует о неэффективном теплообмене при дальнейшем снижении расхода нижнего потока

сырь .

Общий расход сырь  6 в колонну 1 регулируетс  при помощи датчика 14 расхода, установленного на общем потоке сырь , регул тора 15 и исполнительного механизма

16, установленного на линии подачи нижнего потока сырь  в колонну. Така  схема регулировани  обеспечивает изменение соотношени  потоков сырь  в колонну за счет корректировки расхода верхнего потока сырь .

Предлагаемый способ корректировки соотношени  потоков сырь  в колонну позвол ет осуществл ть выбор оптимального соотношени  этих двух потоков сырь  при

минимальном расходе внешнего орошени , что обеспечивает также сокращение подачи тепла в колонну. Другим условием стабилизации процесса ректификации в колонне с двум  вводами сырь   вл етс  обеспечение

заданной величины удельного парового потока в нижней секции колонны, в зависимости от которой регулируетс  расход тепла в куб колонны. Величина удельного парового потока, равна  отношению расхода парового потока в нижней секции к общему расходу сырь  в колонну, рассчитываетс  по уравнению, выведенному из материального и теплового баланса колонны:

V D + R + Vi + У2 + Уз,0,

F-F(2

где V - расход парового потока, т/ч;

F - расход сырь , т/ч (измер етс  датчиком 14 расхода);

R - расход внешнего орошени , т/ч (измер етс  датчиком 19 расхода);

D - расход дистилл та, т/ч (измер етс  датчиком 28 расхода);

Vi - Уз - количество паров, сконденсированных при нагреве до температуры кипени  соответственно внешнего орошени , верхнего и нижнего потоков сырь , т/ч.

Значени  Vi - /з определ ютс  из следующих уравнений: R Ci Ati

Vi

П

(3) (4) (5)

V2

Fi C2(tKMn -t2)

V3

Г2

FQ C2 (tK

ГЗ

где Ci, €2 - теплоемкость соответственно дистилл та и сырь , ккал/(т град.);

A ti - разность температур паров, уход щих с верха колонны, и внешнего орошени , град, (измер етс  датчиком 29 разности температур);

гкип. температура кипени  сырь , град.;

t2 температура верхнего потока сырь , град, (измер етс  датчиком 26 температуры );

t3 - температура нижнего потока сырь , град, (измер етс  датчиком 27 температуры );

FI - расход верхнего потока сырь , т/ч (измер етс  датчиком 11 расхода);

П - гз - теплота конденсации паров соответственно на верхней тарелке колонны, на верхней и нижней тарелках питани , ккал/т.

С применением уравнений (3) - (5) можно уравнение (2) записать в виде, используемом в управл ющем вычислительном устройстве 22 дл  расчета удельного парового потока;

Рассмотрим работу схемы регулировани  подачи тепла в куб колонны, котора 

обеспечиваетс  за счет нагрева циркулирующей флегмы в печи. Если в нижней секции колонны текущее значение удельного парового потока V/F станет больше его заданно5 го значени  (V/F)3aA, например, за счет увеличени  расхода внешнего орошени  R, то управл ющее вычислительное устройство 22 будет измен ть управл ющий сигнал,  вл ющийс  заданием регул тору 23 расхо10 да топлива в печь 2, в сторону его уменьшени . В результате этого управл ющего воздействи  текущее значение удельного парового потока станет равным заданному. Заданное значение удельного парового по15 тока выбираетс  из услови  требуемого качества разделени  дистилл та и кубового продукта.

Использование предлагаемого способа позвол ет сократить расход орошени  ко20 лонны наЗ%.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ автоматического регулировани  ректификационной колонны с двум  потока25 ми сырь , включающий подачу двух потоков сырь , измерение расходов сырь , дистилл та , орошени , температуры сырь , паров, выход щих с верхней тарелки колонны, и орошени , регулирование расхода теплоно30 сител  в куб колонны, отличающийс  тем, что, с целью снижени  энергетических затрат, задают максимальные и минимальные удельные расходы орошени , соотношение расходов сырь  в колонну, по

   35 измеренным параметрам рассчитывают величину удельного расхода парового потока в нижней секции колонны, при этом соотношение расходов сырь  в колонну корректируют в зависимости от заданных предельных

   40 максимального и минимального удельных расходов орошени , а расход теплоносител  в куб колонны регулируют в зависимости от величины удельного расхода парового потока в нижней секции колонны.