способ автоматического регулирования процесса ректификации нефти в сложной колонне

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования процесса ректификации нефти в сложной колонне, с предварительным ее нагревом в печи, подачей в колонну циркуляционного орошения и водяного пара в низ колонны, отбором бензина, боковых погонов и мазута, включающий регулирование температуры нефти, поступающей в зону питания, и температуры в зоне бокового погона изменением расхода циркуляционного орошения, отличающийся тем, что циркуляционное орошение осуществляют предварительно охлажденным мазутом, который возвращают в колонну над зоной питания ниже нижнего бокового погона, а между зоной питания и кубом регулируют перепад температур изменением расхода водяного пара в зависимости от изменения перепада давления на прямом вертикальном участке трубопровода подачи нефти из печи в колонну и перепада давления между зоной питания и кубом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам автоматического регулирования сложных ректификационных колонн и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Известен способ автоматического регулирования сложной ректификационной колонны путем регулирования расхода орошения по температуре верха простой колонны, входящей в состав сложной колонны, с корректировкой по плотности смежных боковых погонов и разности их плотностей (см. а. с. СССР N 1487921, кл. B 01 D 3/42, заявл. 8.10.87). Экономический эффект достигается за счет повышения четкости отбора и качества целевых продуктов и экономии энергозатрат.

Недостатком является регулирование только верха колонны, что не обеспечивает увеличение отбора светлых нефтепродуктов.

Известен способ управления процессом первичной переработки нефти в сложной ректификационной колонне с выводом боковых погонов нефтепродуктов, в котором по текущим значениям концентраций легких и тяжелых компонентов нефтепродуктов, используя динамическую модель процесса, определяют концентрации легкого компонента в отбираемом выше погоне нефтепродукта и концентрацию тяжелого компонента в отбираемом ниже нефтепродукте и в зависимости от их значений дополнительно корректируют расходы циркуляционных и острого орошений, расход перегретого пара в низ сложной колонны и величины отборов боковых нефтепродуктов (см. а. с. N 1526725, кл. B 01 D 3/42, заявл. 09.01.87). Способ позволяет уменьшить концентрации нежелательных примесей в боковых погонах нефтепродуктов, например, уменьшить вынос дизельного топлива в мазут и, следовательно, увеличить отбор светлых нефтепродуктов на 0,8%

Однако, данный способ может быть использован только при наличии анализаторов качества, которые имеют низкую надежность и значительное время запаздывания.

Наиболее близким техническим решением является способ автоматического регулирования в сложной атмосферной колонне процесса ректификации частично отбензиненной нефти с предварительным натровом ее в печи, подачей в колонну циркуляционного орошения для съема тепла и в низ колонны водяного пара, отбором бензина, боковых погонов и мазута из куба колонны, включающий регулирование температуры поступающей в колонну нефти изменением расхода топлива в печь и регулирование температуры в зоне орошения изменением его расхода (см. В.Г.Дианов. Автоматизация процессов в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М. "Химия", 1968, с. 296 297, 299 300). Способ является достаточно простым и до настоящего времени находит применение в практике. Однако, при изменении состава исходной нефти или при нестабильной работе колонны отбензинивания данный способ не обеспечит при ректификации максимальный отбор светлых нефтепродуктов и четкость их отделения от фракций мазута.

Авторами предложен способ автоматического регулирования процесса ректификации нефти в сложной колонне с предварительным нагревом ее в печи, подачей в колонну циркуляционного орошения и водяного пара в низ колонны, отбором бензина, боковых погонов и мазута из куба колонны, который включает регулирование температуры нефти, поступающей в зону питания, и регулирование температуры в зоне бокового погона изменением расхода циркуляционного орошения, которое осуществляют предварительно охлажденным мазутом, подаваемым в колонну над зоной питания ниже нижнего бокового погона, а между зоной питания и кубом регулируют перепад температур изменением расхода водяного пара в зависимости от изменения перепада давления в зоне питания и кубе и перепада давления на прямом вертикальном участке трубопровода подачи нефти из печи в колонну.

Новым в способе является то, что циркуляционное орошение осуществляют предварительно охлажденным мазутом, который подают в колонну над зоной питания ниже нижнего бокового погона. Расход мазута на орошение регулируют в зависимости от температуры в зоне бокового погона для поддержания необходимого перепада температур между зоной питания и нижним боковым погоном. Расход мазута, возвращаемого на орошение с температурой не выше 100^oC ( 90^oC), составляет 1 2% от общей производительности колонны. Т.к. мазут практически не испаряется, то не возрастает нагрузка в колонне по парам, обеспечивается качество нижнего бокового погона за счет уменьшения в нем содержания нежелательного компонента мазута.

Другим новым признаком является регулирование перепада температур между зоной питания и кубом колонны, изменением расхода водяного пара в зависимости от изменения перепада давления в зоне питания и кубе и перепада давления на прямом вертикальном участке трубопровода подачи нефти из печи в колонну. Этот прием позволяет при изменении состава исходного сырья регулировать температурный режим низа колонны таким образом, чтобы расход водяного пара был оптимальным позволяя отпарить максимально возможное количество светлых нефтепродуктов, находящихся в поступающей в колонну нефти и обеспечить четкость разделения за счет максимального удаления светлых нефтепродуктов из мазута.

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа автоматического регулирования процесса ректификации нефти в сложной колонне.

Нефть, пройдя колонну отбензинивания (на схеме не указана), поступает в печь 1 для подогрева и частичного испарения. На выходе из печи 1 на прямом вертикальном участке трубопровода установлен датчик перепада давления 2, который измеряет плотность потока, что фактически отражает соотношение газовой и жидкой фаз в нагретой нефти. Сигнал от датчика 2 поступает на регулятор 3, выход которого соединен с контуром регулирования расхода топлива в печь, содержащим расходомер 4, регулятор 5, исполнительный механизм 6. Данной каскадной схемой 2, 3, 4, 5, 6 поддерживают оптимальное соотношение газовой и жидкой фаз на выходе из печи. Нагретая и частично испарившаяся нефть поступает в зону питания сложной ректификационной колонны 7. Колонна работает с использованием водяного пара без подогрева куба колонны. Для поддержания необходимого перепада температур между зоной питания и нижним боковым отбором продукта подают для орошения в колонну ниже нижнего бокового погона мазут с низа колонны, охлажденный в холодильнике 8. Датчиками температуры 9, 10 измеряют температуру в зоне питания и кубе колонны. Эти две температуры алгебраически суммируются в сумматоре 11 и этот параметр в качестве переменной подают на регулятор перепада температур 12. Датчиком давления 13 измеряют давления в зоне питания, датчиком 14 в кубе колонны. Оба эти параметра суммируют в сумматоре 15 и подают в качестве задания на регулятор 12. Выход с регулятора 12 соединен с заданием регулятора 16, который регулирует подачу пара в колонну исполнительным механизмом 17, Переменной для регулятора 16 служит сигнал от расходомера пара 18.

В зоне нижнего бокового погона измеряют температуру датчиком 19 и давление датчиком 20. Сигнал от датчика температуры 19 в качестве переменной, а от датчика давления 20 в качестве задания поступают на регулятор 21, выход которого соединен с камерой задания регулятора 22, управляющего исполнительным механизмом 23, расположенным на линии подачи циркуляционного орошения мазутом, расход которого измеряют расходомером 24.

Выход датчика перепада давления 2 и выходы датчиков давления 13 в зоне питания и 14 в кубе колонны соединены с сумматором 15, который формирует задание для регулятора перепада температур 12.

Регулирование процессом ректификации осуществляют следующим образом. Нефть после колонны отбензинивания содержит, например, 50% светлых нефтепродуктов (газовая фаза) и 50% темных нефтепродуктов (жидкая фаза). На выходе из печи 1 каскадная схема регулирования 2, 3, 4, 5, 6 поддерживает постоянный оптимальный фазовый состав 40% газовой фазы, т.е. в колонне при ректификации возможно отогнать еще до 10% светлых нефтепродуктов.

При изменении состава нефти, поступающей в печь, например, при уменьшении содержания светлых до 48% изменится фазовый состав нефти в трубопроводе после печи до содержания газовой фазы менее 40% При этом изменится сигнал датчика перепада давления 2, который через контур регулирования расхода топлива в печь 2, 3, 4, 5, 6 даст сигнал исполнительному механизму 5, увеличивая его открытие, чтобы увеличить расход топлива, повысить температуру в печи и восстановить прежний заданный состав газовой фазы. Но при этом повысится температура нефти, поступающей в зону питания и перепад температур между зоной питания и кубом увеличится. Сигналы с датчиков температур 9 и 10 поступят через сумматор 11 на регулятор 12. Произойдет рассогласование текущего значения перепада температур и заданного на регуляторе 12, который даст команду на исполнительный механизм 17 через регулятор 16 изменить (уменьшить) расход пара, т.к. необходимо отпарить в данном случае только 8% светлых нефтепродуктов.

При изменении (увеличении) температуры поступающей в зону питания нефти изменится также тепловой поток между зоной питания и зоной нижнего бокового погона. Температура в зоне нижнего бокового погона увеличится и сигнал от датчика температуры 19 поступит на регулятор 21 в качестве переменной и через регулятор 22 на исполнительный механизм 23 подачи охлажденного мазута для увеличения расхода орошения. Изменение положения исполнительного механизма 23 будет продолжаться до наступления равновесия в регуляторе 21, т.е. до достижения заданной давлением температуры на тарелке нижнего бокового погона.

При увеличении содержания светлых нефтепродуктов в отбензиненной нефти до 52% для поддержания заданного фазового состава нефти после печи (40% газовой фазы) контур регулирования 2, 3, 4, 5, 6 должен выдать сигнал исполнительному механизму 5, уменьшая его открытие, чтобы снизить расход топлива, температуру в печи и, следовательно, температуру в зоне питания. При этом уменьшится перепад температур между зоной питания и кубом, и регулятор 12 даст команду исполнительному механизму 17 на увеличение расхода пара, которое необходимо для обеспечения максимально возможной глубины отпарки светлых нефтепродуктов, которых поступило в колонну 12%

Кроме того, при снижении температуры в зоне питания уменьшится температура в зоне нижнего бокового погона, и регулятор 21 выдаст команду исполнительному механизму 23 на уменьшение расхода мазута на орошение.

Предлагаемый способ регулирования расхода пара и мазута на орошение в зависимости от изменения состава исходной нефти позволяет за счет четкости разделения уменьшить содержание светлых нефтепродуктов в кубовом остатке до 1 2%