Способ управления процессом пиролиза в производстве олефинов

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 01) 069/20, С 27/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР В 747881, кл. С 10 С 9/20, 1980.Авторское свидетельство СССР В 1000453, кл. С 10 С 9/20, 1981. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПИРОЛИЗА В ПРОИЗВОДСТВЕ ОЛЕфИНОВ (57) Изобретение относится к способам управления процессом пиролиза углеводородного сырья в многопоточных трубчатых печах, может быть использовано в химической промьпплен,ности и позволяет увеличить производительность печей по целевым продуктам и снизить потери жидкого сырьяи пара. Способ управления состоит враспределении сырья между печами иих змеевиками в зависимости от ихзакоксованности, определяемой дляпечей по перепадам давления и температуре на закалочно-испарительном аппарате и расходам в них паросырьевойсмеси. Закоксованность змеевиков определяют по давлению топливного газа,температуре пирогаза на выходе из печей и расходам пара в их змеевики,а распределение сырья между печамии их змеевиками осуществляют с учетом соотношения в смеси газообразного и жидкого сырья. Расход газообразного сырья на совместный пиролизустанавливают с учетом его вида в зависимости от содержания окиси углерода в пирогазе или расхода продуктового пропилена из узла его получения.2 ил.1344776 7,0 ооенашение Составитель Г.Огаджантор Е.Копча Техред М.Ходанич орректор И.Зрдей Заказ 4885 26 н е 5 д. 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, .л.Проектная в0,1 Щ Ф) в 0,06 ъ, 002 Тираж 462 НИИПИ Государств по делам изобр 13035, Москва, ЖИзобретение относится к способам управления процессом пиролиза углеводородного сырья в многопоточных трубчатых печах в производстве олефинов большой и средней единичной мощности и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.Целью изобретения является увеличение производительности печей по целевым продуктам и снижение потерь жидкого сырья и пара.На фиг. 1 изображена схема реализации предлагаемого способа; на 15 фиг. 2 - экспериментально найденная зависимость концентрации окиси углерода в пиролизе от соотношения в сырьевой смеси, подаваемой на пиролиз, этан-пропановой и жидкой бензи 20 новой фракций.,Схема реализации предлагаемого способа (фиг. 1) включает в себя группу параллельно работающих многопоточных печей 1, перед выходом из которых 25 пирозмеевики 2 объединяются в общую линию, и пирогаз одним потоком поступает в эакалочно-испарительные аппараты (ЗИА). Расходы жидкого пиролизного сырья и змеевики измеряют датчи- ЗО ками 3 и регулируют регуляторами 4 и клапанами 5, расходы газообразного сырья на пиролиз в змеевики измеряют датчиками 6 расхода и регулируют регуляторами 7 и клапанами 8. Расходы З 5 пара в змеевики печей измеряют датчиками 9 и регулируют с помощью регуляторов 10 и клапанов 11. Давление реакционной смеси на входах в пирозмеевики измеряют датчиками 12 давления, 40 температуру пирогаза на выходе из змеевиков перед их объединением внутри печи измеряют датчикаМи 13 температуры. Температуру пирогаза на выходе из печей регулируют с помощью двух 45 каскадных САР, включающих в себя датчики 14 температуры, регуляторы 15 температуры,датчики 16 давления топливного газа, регуляторы 17 и клапа(ны 18 на линиях подачи топлива в пе чи. Перепад давления на ЗИА измеряют датчиками 19 и 20 давления пирогаза, температуру пирогаэа на выходе ЗИА - датчиками 21. Информация от датчиков3, 6 и 9 расхода жидкого сырья, газообразного сырья пара, датчиков 12, 13 и 16 давления реакционной смеси и температуры пирогаза на выходе из змеевиков, давления топливного газа поступает на входы блоков 22 определения закоксованности змеевиков. Информация о суммарных значениях расходов сырья и пара в печь с выхода блоков 22 поступает на входы блоков 23 расчета закоксованности ЗИА, которые связаны также с датчиками 14, 19 и 21. Содержание окиси углерода в пирогаэе измеряется или с помощью поточного анализатора 24 или лабораторным путем. Коммутация осуществляетсяключом 25. Эта информация поступает в блок 26 расчета задания по расходу газообразного сырья на совместный пирогаз через ключ 27, Если содержание СО в пирогаэе измеряется лабораторным путем, то эта информация вводится в блок 26 из задатчика 28 концентраций. Расход продуктового пропилена на выходе 29 разделения пропан-пропиленовой фракции измеряется датчиком 30. Информация о закоксованности ЗИА печей поступает с выхода блоков 23 на входы блока 31 распределения сырья между печами. На входыблока 31 поступает также информация от блока 26 о задании на расход газообразного сырья на совместный пироЮлиз (Г" ) и задание на расход сумгН 1марного сырья (Р ), которое одновременно поступает на вход блока 26. Информация о расходе продуктового пропилена от датчика 30 поступает через ключ 27 на вход блока 26. На вход последнего поступает также информация о задании на выработку установкой продуктового пропилена. Определенные в блоке 31 значения расходов жидкого и газообразного сырьяв каждую печь поступают с его выхода на входы блоков 32 расчета заданийрегулятором температуры и сырья. Навходы блоков 32 поступает также информация от блоков 22 о степени эакоксованности змеевиков печей. Информация о значениях уставок регуляторам 4,7 и 15 поступает в камеры иззаданий с выхода блоков 32. Одновременно информация о заданиях регуляторам расхода сырья с выходов блоков 32 поступает на вхоцы блоков 33расчета заданий по пару, с выходов которых в камеры заданий регуляторов10 поступает информация о значенияхих уставок,Способ осуществляется следующимобразом.30 определяемые при пуске печи параметры зависимости давления на входе чистого змеевика от расходов сырья и пара в змеевик (для крупнотоннажной многопоточной пиролизной печи производства олефинов типа ЭПони равны 1 со =1,2 кгс/см 21 с =1,01 10 кгс ч/кг см; 4 О 1 с =3,57 кгс ч/кг см 2 текущее значение температуры пирогаза на выходе иэ в-го змеевика 3-й печи, измеренное датчиком 13, С;о45 температура пирогаэа на выходе в-го чистого змеевика при текущих значениях расходов сырья (Р и Г ),н Фпара (Г ) в него и текущем 50 давлений топливного газа в печь (Р ), измеряемом датчиком 16 давления газа; пературы на его выходе,кгс/см 2 иС. 55 Расчет закоксованности ЗИЛ в блоках 23 ведется по формулам В блоках 22 рассчитывается степень закоксованности каждого змееви степень закоксованности щ-гозмеевика 1-й печи, %;измеренное датчиками 12 текущее давление на входе вп 1-Й змеевик 1-Й печи, кгс/смдавление реакционной смесина входе щ-го чистого змее"гвика при текущих значенияхрасходов жидкого (Р ), газоФ,27 в фобразного (Г ) сырья и пара(Р ), измеряемых соответственно датчиками 3, 6 и 9,кгс/см; т1 оп эт,В1,т .23 в ф1 с". - определяемые при пуске печи3 ппараметры зависимости темка пиролиэной печи. Расчет ведется поформулам пературы пирогаэа на выходе щ-го чистого змеевика от расходов сырья, пара в него и от давления топливного газа на печь (для производства типа ЭПони равны 1 сн,=-70,62 10С ч/кг; хО з С ч/кг, 1 сз=61,8 см 2 С/кгс); Рмакс УТ- определяемые технологическим регламентом максимально и минимально возможные значения давления на входе закоксованного змеевика и темКроме этого, в блоках 22 суммируется информация по расходам сырья ч пара в змеевики печи е 1 ро п= о "(4)функциональные блоки 22 реализуются с помощью стандартных элементов УСЭППА (вычитания, сложения, умножения, сравнения, деления) или с помощью вычислительной техники, например на микро-ЭВМ "Электроника, миниЭВМ СММ.Рассчитанные значения степени закоксованности змеевиков (ь ) печи,/" 7 Ф поступают на входы блоков 32 расчета заданий регуляторам температуры и сырья, а значения суммарного по печи расхода жидкого и газообразного сырья (Г., Р ) и пара (Г ) поступают нау Увходы блоков 23 расчета закоксованности ЗИА.степень закоксованности ЗИА 3-й печи, 7;степень закоксованности ЗИА 1-й печи определенная исФ15 ходя иэ давления на входе ЗИА, %;степень закоксованности ЗИА 1-й печи, определенная исходя из температуры на выходе ЗИА, %;текущее значение давления на входе в ЗИА, измеренное датчиком 19 давления, кгс/смг; давление пирогаза на входе чистого ЗИА 3-й печи при текущей температуре пирогаза на выходе из печи (Т ), измеряемой датчиком 14, текущих значениях расхода жидкого и газообразного сырья в печь (Р и Р ), поступающих5от блока 22, текущем значении расхода пара в печь (Р ),3 также поступающем от блока 22, текущем значении давления на выходе ЗИА (Ры 1) измеряемом датчиком 20; температура пирогаза на выходе очищенного от кокса ЗИА 1-печи при текущих зна 40 чениях температуры на выходе из печи расходов сырья и. пара в печь (Р , Р., Р., Р ); макс Х 1 4 ЗЮ мокси Т . - максимальные значения дав 3ления на входе и температуры на выходе ЗИА, кгс/смги С; Р Р50 01 ф э. - параметры определяемые эксон 2)периментально при пуске печи в пределах: 1 р=0,1 -Р,0 4 кгс/смР. , =10 -3 5 хУ 1 (=3 3 10 -8,410 ч/кгФункциональные блоки 23 реализуются с помощью стандартных элементовпневмоавтоматики УСЭППА (вычитания,сложения, умножения, сравнения деления) или на базе средств вычислительной техники, например с помощьюмикроЭВМ "Электроника", мини-ЭВМ,СММ,В блоке 26 определяется общий расход газообразного сырья на совместный пиролиз. Гсли в качестве газообразного сырья используется этан-пропановая фракция, то расчет ведетсяна основании зависимости, приведенной на фиг. 1, которая описываетсяформулой а( -- -)+а ( --- ), (8)Рг РгГг+Рг, 2 Рг +содержание окиси углерода в пирогазе, мас.7;расход газообразного и жидкого сырья на совместный пиролиз, кг/ч; а , а,а 2 параметры зависимостиуточняемые в процессе работы,Вначале на основании измеренногозначения концентрации окиси углерода в пирогазе и текущих заданий по рвсходам газообразного и суммарного сырья на совместный пиролиз уточняются параметры афЭ аСцЗ аЯ;онД сй-(1а =а 1 1 где аСй аГ - 3о значения парамет-ров зависимости(8), определенныена текущем (И) шаге управления; н 1 Ги)о 2 если ключ 27 подключен к датчику 30,го расчет ведется по формуле (14).Реализация функционального блока 26 З 0 осуществляется с помощью стандартныхэлементов пневмоавтоматики УСЭППА(вычитания, сложения, умножения,деления, сравнения) или с помощьюсредств вычислительной техники,например микроЭВМ "Электроника", 35 мини-ЭВМ СММ.В блоке 3 1 осуществляется распределение жидкого и газообразногосырья между печами, Вначале определяется расход жидкого сырья на сов ги 3 г й 3Ги ."й 33 щРаспределение сырья между печамиосуществляется в зависимости от отношения Р/Г, Если 0(Р(Г ( 0,5, то 45распределение жидкого сырья осуществляется обратно пропорционально закоксованности ЗИА печей, а газообразного - прямо пропорционально. Еслидф) Р/Р ) 2, то распределение газообразного сырья осуществляют обратно пропорционально закоксованностипечей, а жидкого - прямо пропорционально, Если 0,5 с Р"/ф ( 2, то обавида сырья распределяются обратнопропорционально эакоксованнос 55ти. СиЗ Р =а г 3 де Рсн 3 бР Сз Нб а3 Затем на основании скорректированных значений параметров а.И аИ ЕИЭ о ф 1 ф а осуществляется расчет нового 2задания по расходу на пиролиз газообразного, сырья а 1 1 и 3Р=- -1 -- при а(0 (13)2 аРаи):Р%1 И-В ри а СИЗ) 0или - при аЕсли в качестве газообразногосырья используется неочищенная отпропадиена и метилацетилена фракцияС, то расчет ведется по формуле(Рс н Рс н ) (14Снб СНбизмеренное датчиком 30 значение расхода продуктового пропилена, кг/ч; заданное значение выпуска пропилена производством олефинов, кг/ч;параметр, определяемый экспериментально в пре- делах 1,0-1,2, (значение Р"н должно быть меньше СЗ Нбтекущего расхода продуктового пропилена Р ).С,Нб Если ключ 27 подключен к ключу 25,то расчет ведется по формуле (13),К - измеренное на тесокущем (И) шаге управления значениеконцентрации СОв пирогазе, мас,Х; К - расчетное значение соконцентрации СО в пирогазе, определяемое по формуле Расчет ведется по следующим формулам.жидкого бензинового сырья выход кокса и коксообразующих продуктов примерно в 1,5-4 раза выше, чем при пиролизе газообразного сырья, а кокс5 представляет собой неоднородную черную рыхловатую массу, которая легко выжигается паровоздушной Смесью. Экспериментально установлено, что при 04 Р /Р, (0,5 характер отлагаемого 10 кокса не оказывает существенного влияния на процесс последующей очистки от него змеевиков. Поэтому для снижения скорости коксоотложения газообразное сырье распределяют пря мо пропорционально закоксованности, а жидкое - обратно пропорционально.При Р /Р ) 2 основной вид сырья газообразное сырье и характер отлагаемого кокса оказывает существенное влияние на очистку от него змеевиков. Поэтому для снижения скорости отложения плотного серого кокса в змеевиках печей газообразное сырье распределяют обратно пропорционально закок сованности, а жидкое - прямо пропорционально. При этом выработка кокса из жидкого бензинового сырья не оказывает существенного влияния на скорость закоксовывания, так как его расход значительно меньше (в 2 и более раза) расхода газообразного сырья, подаваемого на пиролиэ.При 0,5(Р /Р (2 оба фактора (закоксовывание черным неоднородным коксом и серым плотным коксом) оказывают примерно одинаковое влияние на экономические показатели пиролизной установки, поэтому и жидкое, и газо образное сырье распределяют обратно пропорционально закоксованности. При этом большие расходы газообразного и жидкого сырья устанавливаются на менее закоксованные печи, а мень шие - на более закоксонанные. Темсамым осуществляется выравниваниестепени жесткости процесса пиролизав змеевиках печей.50Рассчитанные значения Т поступают с выхода блоков 32 в камеры заданий регуляторов 15 температуры, расг считанные значения Г и Р поступают с выхода блоков 3 в камеры заданий регуляторов 4 и 7 расхода соответственно жидкого и газообразного сырья и,на входы блоков 33 расчета заданий по пару.В блоках 33 производится расчетзаданий регуляторам расхода пара взмеевики. Расчет ведется по формуле:( )г.Р +Р1 ор- оптимальное соотношениегпар - сырье при пиролизе газообразного сырья, доли ед. (для этановой фракции г -0,2-0,4; для негидрированной фракции С- юг=0,3-0,45);и к - коэффициенты зависимос 3 4ти, определяемые экспериментально с учетомследующего условия;(28) виками, а также оптимально регулировать температуру пиролиза на выходеиз печи и расхода пара в змеевики.Внедрение его на установке ЭП позволяет увеличить производительность печей по целевым продуктам,экономить жидкое сырье и пар, ликвидировать сбросы ценного пиролизногосырья в топливную сеть завода,формула изобретения Способ управления процессом пиролиза в производстве оггефинов в поспедовательно соединенных печах с закалочно-испарительн:.,ми аппаратами,где- оптимальное соотношение пар - сырье при пиролизе жидкого сырья, доли ед. (для крупнотоннажного производства олефинов типа ЭПпараметр Е =0,22; параметр 1=0,28).Рассчитанные задания Р поступа 11 рют с выходов блоков 33 в камеры заданий регуляторов 10. Блоки 33 реализуются аналогично предыдущим на элементах УСЭША или на базе средств вычислительной техники.Блоки, реализующие предлагаемый способ управления, срабатывают периодически в зависимости от периода работы датчика 24 или изменения, концентраций задатчиком 28.Предлагаемый способ управления позволяет определить оптимальный расход газообразного сырья на сов- местный пиролиз и распределить его оптимально между печами и их змее 13 1344776связанными общим выходным коллектором пирогаэа, и колоннами разделения пропан-пропиленовой фракции, включающий измерение давления сырья на входах змеевиков печей, перепада дав- ления на закалочно-испарительных аппаратах и температуры пирогаза на выходах змеевиков, определение эакоксованности змеевиков печей по давлению сырья на входах змеевиков, рас- пределение сырья между печами, распределение сырья между змеевиками печи в зависимости от эакоксованности змеевиков, регулирование температуры пирогаза на выходе печей изменением подачи топливного газа в печи и регулирование подачи пара в змеевики печей, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения производительности печей по целевым продуктам и снижения потерь жидкого сырья и пара, дополнительно измеряют давление топливного газа, содержание окиси углерода в общем выходном коллекторе пирогаза или расход продуктового пропилена на выходе колонны разделения пропан-пропиленовой фракции, определяют закоксованность змеевиков печей по давлению топливного газа, температуре пирогаза на выходе змеевиков и расходам жидкого и газообразного сырья и пара, определяют закоксованность закалочно-испарительных аппаратов по температуре пирогаза на выходе печей, перепаду давления на закалочно-испарительных аппаратах и расходам жидкого и газообразного сырья и пара на печи, определяют заданное значение общего расхода газообразного сырья на печи по содержанию окиси углерода в общем выходном колГлекторе пирогаза или по расходу.продуктового пропилена на выходе колонны разделения, рассчитывают отношение заданных расходов газообразного и жидкого сырья и отношение расходов жидкого и общего расхода сырья в печи, сравнивают рассчитанное значение отношения заданных расходов газообразного и жидкого сырья с двумя предельными значениями и при рассчитанном значении указанного отношения меньше первого предельного значения осуществляют распределение расходов сырья между печами обратно пропорционально эакаксованности эакалочно-испарительных аппаратов, распределение расходов газообразного сырья - прямо пропорционально эакоксованности закалочно-испарительных аппаратов, распределение расходов жидкого сырья между змеевиками печей - обратно пропорционально эакоксованности змеевиков, распределение расходов газообразного сырья между змеевиками печей - прямо пропорционально эакоксованности змеевиков, при рассчитанном значении отношения заданных расходов газообразного и жидкого сырья больше первого предельного значения и меньше второго предельного значения осуществляют распределение расходов жидкор 5 го и газообразного сырья между печами обратно пропорционально закоксованности закалочно-испарительных аппаратов, распределение расходов жидкого и газообразного сырья между змеевиками ЗО печей - обратно пропорционально эакоксованности змеевиков,при рассчитанном значении отношения заданных расходов газообразного и жидкого сырья больше второго предельного значения осуществляют распределение расходов жидкого сырья между печами прямо пропорционально закоксованности закалочно-испарительных аппаратов, распределение расходов газообразного 40сырья между печами - обРатно пропорционально закоксованности закалочноиспарительных апцаратов, распределение расходов жидкого сырья между змеевиками печи - прямо пропорционально 45закоксованности змеевиков, а распределение расходов газообразного сырья между змеевиками печи в обрат пропорционально закоксованности змеевиков, подачу топливного газа и пара в печи корректируют по отношению рас ходов жидкого и общего расхода сырья.