Способ автоматического регулирования работы ректификационной колонны

(51)5 В 01 О 3/42, 6 05 О 27/О ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 2(21) 4755067/26 тификационной колонны и позволяет сокра- (22) 01.11,89 тить энергетические затраты и улучшить ка.- (46) 07,02.92. Бюл. М 5 чество целевых продуктов разделения. В (71) Омское специальное конструкторскоеспособе дополнительно измеряют соотнобюро Научно-производственного объединв-шение расходов инертный газовый агент - ния "Нефтехимавтоматика" сырье, вычисляют разность между увеличе- (72) А,П.Зайко нием давления в колонне и уменьшением (53) 66.012-52 (088.8) парциального давления компонентов в ис- (56) Авторское свидетельство СССР ходной смеси, при этом через заданный ин- Ь 596262, кл. В 01 О 3/42,. 1978.тервал времени увеличивают соотношениеПатент США % 4717468, расходов инертный газовый агент- сырье и кл. В 01. О 3/42, 1988. в зависимости от знака разности между увеличением давления в колонне и уменьшени- (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО.РЕГУ-,.: ем парциального давления паров ЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ РЕКТИФИКАЦИОН- компонентов в смеси увеличивают или НОЙ КОЛОННЫ уменьшают с определенным шагом соотно- (57) Изобретение относится к способам ав-. шение расходов инертный газовый агент - томатического регулированияработы рек- сырье. 2 ил. С) ОФ Изобретение относится к способам ав-, томатического регулирования работы ректификационных колонн и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и химической промышленности,Известен способ автоматического регулирования работы отпарной колонны, по которому расход инертного газового агента в колонну изменяют в зависимости от реличи. ны приращения раэноститемператур сырья и остатка при пробном увеличении расхода инертного газового агента.Однако этот способ регулирования приемлем только для тех случаев, кода исходная смесь поступает в колонну в жидкой фазе при температуре кипения, и в нем не учитываются изменения давления в колонне, которые происходят, например, при увеличении или уменьшении расхода инертного агента в колонну, а также не предусматривается поддержание определенного соотношения расходов инертный газовый агент - сырье, что приводит к снижению качества целевых продуктов разделения и увеличению энергозатрат.Наиболее близким техническим решением является способ регулирования процесса ректификации, заключающийся в регулировании расхода инертного газового агента в соотношении с расходом сырья в колонну с выводом боковых погонов таким образом, чтобы парциальное давление компонентов исходной смеси было минимальным, и минимизируют температуру нагрева сырья в колонну, а выход дистиллятных погонов максимизируют,Недостатком указанного способа регулирования процесса ректификации является то, что он не учитывает изменениядавления в колонне при увеличении илиуменьшении расхода инертного газовогоагента в колонну, что не позволет поддерживать расход инертного газового агента наоптимальном уровне. Одним из условийприменения этого способа регулированияявляется стабилизация качества кубовогопродукта при помощи автоматического анализатора, что не всегда является необходимым, особеннно при получении в качествецелевых продуктов только дистиллятных боковых погонов. Кроме того, известный способ не позволяет определять оптимальноесоотношение расхода инертного газовогоагента, подаваемого не только в низ колонны, но и в отпарные колонны, работающиев комплексе со сложной ректификационнойколонной, что, в конечном итоге, приводит кувеличению энергетических затрат и снижению качества целевых продуктов разделения,Целью способа. является сокращениеэнергетических затрат и улучшение качества целевых продуктов разделения.На фиг.1 показана схема реализацииспособа; на фиг,2 - зависимость парциаль-,ного давления от соотношения расходов водяной пар - сырье.Процесс разделения исходной смесиосуществляется в сложной ректификационной колонне 1 однократного испарения, вкоторую подается сырье 2 в парожидкост.ном состоянии, С верха колонны пары проходят конденсатор - холодильник 3,сепаратор 4, где отделяется инертный агентот сконденсированных паров, и в сконден-сированном переохлажденном виде подаются на орошение 5 колонны и выводятсяв качестве головного продукта 6, С промежуточных тарелок сепарационной секции:колонны выводят верхний 7 и нижний 8 боковые погоны, Нижний боковой погон 8 дополнительно проходит через отпарнуюколонну 9, в котооую подается первый потокинертного газового агента 10, Из кубовойчасти колонны выводится кубовый остаток11. В эту же часть колонны подается второйпоток инертного газового агента 12.Расходы первого 10 и второго 12 потоков инертного газового агента измеряютсяи регулируются при помощи датчиков 13 и14 расхода, исполнительных механизмов 15и 16 и регуляторов 17 и 18, в которые поступают в качестве задания сигналы от блоков19 и 20 умножения на постоянную величину,связанных с выходом датчика 21 расходасырья в колонну, Эта схема обеспечиваетрасход первого и второго потоков инертного газового агента в заданном соотношении с расходом сырья в колонну, Блок 22 расчета расхода внутреннего орошения колонны, на вход которого поступают сигналы от датчиков 23 и 24 температуры паров иэ колонны и внешнего орошения и сигнал от датчика 25 расхода внешнего орошения, рассчитывает величину сигнала, поступающего на вход блок.26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси. В этот же блок 26 поступают сигналы от датчиков 27, 13 и 14 расхода головного продукта, первого и второго потоков инертного 10 15 газового агента и датчиков 28 и 29 давления паров над тарелками с выводом верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов, а также датчиков 30 и 31 состава верхнего и нижнего боковых погонов Выходной сигнал от блока 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси является первым входным сигналом в программно-логический блок 32, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 33 давления в кубе колон 20 25 ны. В программно-логическом блоке 32 вы. рабатцваются два выходных сигнала для изменения соотношения расходов инертния на постоянную величину, второй- блока 20 умножения на постоянную величину Первые входы регуляторов 17 и 18 связаны с выходами датчиков 13 и 14 расхода инертного газового агента, а вторые входы 35- с выходами блоков 19 и 20 умножения. на постоянную величину, первые входы которых соединены с выходом датчика 21 расхода, установленного на линии подачи сырья 40 в колонну. Входы блока 22 расчета расхода внутреннего орошения связаны с выходом датчика 23 температуры паров, установленного на выходе из колонны, выходами датчика 24 температуры и датчика 25 расхода, установленных на линии подачи внешнего орошения в колонну, а выход - с первым. входом блока 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси, второй вход которого связан с выходом датчика 27 расхода головного продукта 6. Тре- . тий и четвертый входы блока 26 соединены с выходами датчиков 13 и 14 расхода потоков инертных газовых агентов,10 и 12, пятый и шестой входы - с выходами датчиков 28 и 29 давления паров над тарелками с выводами верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов, а седьмой и восьмой входы - с выходами датчиков 30 и 31 состава верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов. Выход блока 26 расчета парциального давления паров ком. ный газовый агент - сырье, один из которых30 поступает на второй вход блока 19 умножепонентов разделяемой смеси подключен к первому входу программно-логического блока 32, второй вход которого подключен к выходу датчика 33 давления в кубе колонны, Выходы программно-логического блока 32 подключены к вторым входам блоков 19 и 20 умножения на постоянную величину.При реализации способа автоматического регулирбвания в промышленныхусловиях Могут быть использованы серийные средства контроля и автоматики. В качестве датчиков 13, 14, 21, 25 и 27 расхода могут быть. применены дифманометры 13 ДД 11 в комплекте с диафрагмами ДК, регуляторов 17 и 18 - станции управления регулято- ром аналоговым СУРАв комплекте с регулятором Р БАМ, датчиков 23 и 24 температуры - термопары ТХКв комплекте с преобразователями Ш, датчиков 28, 29 и 33 давления - преобразователи абсолютного давления СапфирДА, датчиков 30 и 31 состава - автоматические плотномеры АИП, исполнительных механизмов 15.и 16 - регулирующие клапаны 25 с 48 нж. Функции блока 22 расчета расхода внутреннего орошения, блока 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси, блоков 19 и 20 умножения на посто-. янную величину, программно-логического блока 32 реализуются при помощи средств вычислительной техники, например вычислительного комплекса СМ 1814.Автоматическое регулирование работы ректификационной колонны осуществляется следующим образом.В кубовую секцию колонны 1 и в отпарную колонну 9 подаются в заданном соотношении с сырьем независимо друг от друга первый 10 и второй 12 потоки инертного газового агента для снижения парциального давления паров компонентов разделяемой смеси, которое рассчитывается по следующей зависимости отдельно для первого и второго потока инертного газового агента;6МРпарц = Р (1)6 , + и.аМ Миагде рпарц - парциальное давление паров компонентов разделяемой смеси, Па (по уравнению 1 рассчитывается в блоке 26 расчета парциального давления);Р - давление в заданном сечении колонны, Па (измеряется датчиками 28 и 29 давления);6 - расход паров компонентов разделяемой смеси в колонне, т/ч (рассчитывается из материального баланса колонны как сум ма расходов головного продукта О.п. и внутреннего орошения Рвиутр оров в блоке 22 расчета внутреннего орошения и в блоке 26 расчета парциального давления);5 Миа - молекулярная масса инертного газового агента (задается как постоянная величина, например для водяного пара она расхода для случая выбора оптимального соотношения расходов второй поток инертного газового агента - сырье и сумма показаний датчиков 13 и 14 расхода для случая выбора оптимального соотношения расходов первый поток инертного газового агента- сырье);М - молекулярная масса нижнего бокового погона, измеряемая датчиком 31 состава для случая выбора оптимального 20 соотношения расходов второй поток йнертного газового агента - сырье. и верхнего бокового погона, измеряемая датчиком 30 состава для случая выбора оптимального соотношения расходов первый поток инертного газового агента - сырье.Как видно из уравнения 1, при увеличении соотношения расходов инертный газовый агент - сырье происходит снижение парциального давления компонентов разделяемой смеси, что приводит к уменьше 25 30 нию температуры кипения смеси и позволяет снизить температуру нагрева сырья и, следовательно, сократить затраты энергоресурсов на нагрев сырья для проведения процесса ректификации, Но, с другой 35 стороны, при увеличении, расхода инертного газового агента происходит возрастание скорости паров на тарелках ректификационной колонны и увеличение давления в колонне за счет роста сопротивления тарелок и трубопровода на выходе головного продукта. Задача нахождения оптимального со 40 отношения расходов инертный газовый45 агент - сырье заключается в том, чтобы при увеличении эгого соотношения произошло понижение парциального давления паров компонентов разделяемой смеси на величину, которая больше, чем повышение давления в заданном сечении колоннй за счет роста гидравлического сопротивления, т.е, условие оптимизации заключается в неравенствеЛ Рпарц - 1 Л Рпарц 1Рт Рт, (2) где Л Рпарц= Рт РпарцИзменения давления Р в колонне измеряются датчиком ЗЗ. Операция подбора оптимального соотношения инертный газовый агент - сы рье осуществляется программноравна 18); Оиа - расход инертного газового агента,10 т/ч соответствует показаниям датчика 14логическим блоком 32 последовательно длявторого и первого потоков инертного газового агента путем пробного увеличения через заданный интервал времени, напримерчерез 10 мин, этого соотношения с определенным шагом, например на 10%, подаваяизмененные сигналы в блоки 19 и 20 умножения на постоянную величину, вычисленияразности между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления компонентов разделяемой смеси ввыбранном сечении коЛонны, а затем определения необходимости дальнейшего увеличения указанного соотношения или егоуменьшения 15при ЛРпарц 1-1 - ЬРпарцР - Рвследующем цикле соотношение расходовинертный газовый агент - сырье увеличивается на 100 ;при ЛРпарц 1-1 ЛРпарц 1Р - Р 1-1 20уменьшается на 15%.Для управления подбором соотношения расхода первого потока инертного газового агента к расходу сырья выбираетсясечение колонны над тарелкой с выводом 25верхнего бокового погона, для второго погона - сечение колонны над тарелкой с выводом нижнего бокового потока, Именно вэтих сечениях колонны программно-логический блок 32 вычисляет разность между увеличением давления вколонне иуменьшением парциального давления.Величина парциального давления в вы-,бранных сечениях колонны рассчитываетсяпо уравнению (1) в блоке 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси, Расход паров компонентовразделяемой смеси О определяется, исходяиз материального баланса колонныО = Сгп+ Овнутр.орош. (3) 40Расход внутреннего орошения колонныосуществляется в блоке 22 по уравнениюОвнутр,орош, = Овнеш.орош. ( 1 + р) ,Г ггде Огп - расход головного продукта, т/ч 45(измеряется датчиком 27);Овнутр,орош, - расход внутреннего орошения, т/ч;Овнеш.орош. расход внешнего орошения, т/ч (измеряется датчиком 25); 50Ср - теплоемкость внешнего орошеккалния,т град г - теплота испарения паров головногок калпродукта,т.Л 1 - разность температуры между парами из колонны и внешним орошением, град (измеряется датчиками 23 и 24),Расход инертного газового агента в сечении над тарелкой с выводом нижнего бокового погона равен расходу второго потока инертного агента, измеряемого датчиком 14, а в сечении над тарелкой с выводом верхнего бокового погона - сумме расходов первого и второго потоков инертного агента, измеряемых датчиками 13 и 14.На графике, изображенном на фиг.2, приведены результаты расчета изменения парциального давления Ь Рпарц паров нижнего бокового погона и давления ЬР над тарелкой с выводом нижнего бокового погона в зависимости от соотношения. д расходов водяной пар - сырье на примере вакуумной колонны установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТМ для двух режимов работы колонны: а - при остаточном давлении на тарелке с отбором нижнего бокового погона 100 мм рт, ст.; б - при остаточном давлении 75 мм рт.ст,Расход пара в этом случае изменялся только в куб колонны,Формула изобретения Способ автоматического регулирования работы ректификационной колонны путем измерения расходов сырья и инертного газового агента, измерения давления в колонне, определения парциальных давлений компонентов в исходной смеси, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокращения энергетических затрат и улучшения качества целевых продуктов разделения, дополнительно вычисляют соотношение расходов инертный газовый агент - сырье, через заданный интервал времени скачкообразно увеАичивают соотношение расходов инертный газовый агент - сырье, определяютувеличение давления в колонне и уменьшение парциальных давлений паров компонентов разделяемой смеси, вычисляют разность между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления паров компонентов разделяемой смеси и в зависимости от знака этой разности увеличивают или уменьшают на заданный шаг соотношение расходов инертный газовый агент - сырье.. оставитель Л. Червоннхред М,Моргентал аРедактор Г. Гербер Те Корректор А. Осауленко роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Заказ 287 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45