Системы управления химико-технологическими процессами

       (HOC₂H₄-NH₃)₂S ® 2HOC₂H₄-NH₂ + H₂S

       2(HOC₂H₄-NH₃)SH ® (HOC₂H₂-NH₂)₂S + H₂S

       Сероводород выводится с установки, регенерированный раствор МЭА снова поступает в абсорбер.

2.4 Основные факторы процесса

 

       Управляемыми  параметрами гидроочистки являются температура, давление и кратность  циркуляции водородсодержащего газа.

       Температура

       При температурах ниже 300-320ºС обессеривание обычно протекает слабо. С повышением температуры от 320-400ºС степень обессеривания возрастает. Реакция гидрирования сернистых, азотистых и кислородсодержащих соединений протекают при определенных температурах. Выбор температуры зависит от состава и качества сырья, а так же от заданного качества продукции. С повышением температуры избирательность процесса снижается, увеличивается выход легких продуктов и соответственно уменьшается выход целевых продуктов, вместе с тем увеличивается отложение кокса на катализаторе, что сокращает срок службы катализатора. При гидроочистке промышленных видов сырья с течением времени содержание кокса на катализаторе увеличивается, и активность его постепенно уменьшается. Для сохранения постоянной глубины процесса гидрообессеривания температуру в реакторе приходится повышать. В концу рабочего пробега средняя температура в реакторе может превышать первоначальную - на 20-60ºС.

       Давление

       Степень обессеривания увеличивается с возрастанием общего давления в реакторе или, точнее, парциального давления водорода. При этом замедляется реакции дегидрирования нафтеновых углеводородов, уменьшается закоксование катализатора, ускоряются реакции насыщения водородом непредельных углеводородов и гидрогенизация ароматических углеводородов. Общий расход водорода с ростом давления увеличивается.

       Объемная  скорость подачи сырья

       Уменьшение  длительности контакта катализатора в  результате повышения объемной скорости подачи сырья (отношение объема жидкости сырья, поступающего в один час, к  объему катализатора, считая по насыпной плотности) снижает глубину обессеривания. В результате уменьшается расход водорода и степень закоксования катализатора.

       С увеличением объемной скорости уменьшается  время пребывания сырья в реакционной  зоне, т.е. время контакта его с  катализатором, что приводит к снижению степени гидроочистки. При увеличении объемной скорости увеличивается время  контакта сырья с катализатором, возрастает глубина очистки, однако производительность установки уменьшается  и значительно повышается степень  закоксования катализатора.

       Меркаптаны  и дисульфиды как наиболее легкогидрируемые соединения в значительной мере удаляются при высоких значениях объемной скорости. Сульфиды, наоборот плохо подвергаются конверсии, при обычных условиях гидрообессеривания и поэтому при повышенной концентрации их в сырье, приходится вести процесс с относительно низкой объемной скоростью. 
 

       Кратность циркуляции водородсодержащего газа

       В промышленной практике процессы гидроочистки осуществляют с избыточным количеством  водорода, учитывая, что с ростом его парциального давления скорости реакции повышаются.

       Существует  оптимальная кратность циркуляции ВСГ. Низкая степень обессеривания сырья при малой кратности циркуляции объясняется недостаточной подачей в реактор молекулярного водорода. Снижение степени обессеривания при расходе газа выше оптимального, но с прежней пропускной способностью реактора по сырью, связано с уменьшением длительности контакта его с катализатором. Кратность циркуляции газа для различных условий составляет 200-250 м³/м³ жидкого сырья.

       При низкой концентрации водорода (менее 75 % объемных) происходит коксование катализатора, что влияет на качество масла по цвету за счет образования смолистых  веществ в масле и соответственно на срок службы катализатора.

  2.5 Описание технологического процесса

 

       В курсовой работе рассматривается установка гидроочистки масел, предназначенная для окончательной очистки дистиллятных и остаточных масляных фракций с целью улучшения их цвета, стабильности, повышения индекса вязкости и снижения содержания серы.

       Процесс очистки масел проводят в среде  водорода на катализаторе при повышенном давлении и температуре.

       Сырье депарафинизированная масляная фракция с температурой 25ºС из парка 42, поступает на приемник насоса Н-1  и подается на смешение в тройник смешения с очищенным ВСГ. Расход сырья должен контролироваться диафрагмой, установленной в трубопроводе и регулироваться клапаном отсечным. Расход ВСГ в тройник смешения должен контролироваться диафрагмой, установленной в трубопроводе и регулироваться клапаном регулирующим.

       После смесь проходит межтрубное пространство теплообменника   Т-1, где нагревается  за счет тепла продуктов реакции  поступающих из реактора Р-1.

       Окончательный нагрев смеси до 350ºС осуществляется в трубчатой печи   П-1, с горелками беспламенного горения. Температура в печи должна измеряться  преобразователями термоэлектрическими. Температура сырья на выходе из печи должна измеряться,  преобразователем термоэлектрическим и регулироваться клапаном регулирующим, установленным на линии подачи топливного газа к форсункам печи.

         Нагретая в печи П-1 газосырьевая смесь поступает в верхнюю часть реактора Р-1, где протекает процесс гидроочистки масляных компонентов. Давление входа и выхода реактора должно измеряться  преобразователями избыточного давления верхний предел 6МПа.

       Также в трубопроводе на входе и выходе реактора должны быть установлены манометры  технические общего назначения.

       Температура в реакторе должна измеряться многозонной  термопарой, она имеет 10 точек по всей высоте аппарата  и должна устанавливаться  внутри реактора.

       Продукты  реакции из реактора Р-1 поступают  в трубное пространство теплообменника Т-1, где отдают тепло газосырьевой смеси и далее идут на блок стабилизации  и фильтрации гидроочищенного масла.

3 Инженерный анализ  технологического  процесса как объекта автоматизации

 

     Задачи  анализа связаны с изучением  свойств и эффективности функционирования производственного процесса в зависимости от структуры технологических связей, значений конструкционных и технологических параметров.

  Цель  анализа — из всей совокупности входных воздействий, влияющих на ход  процесса и   выходных переменных, характеризующих протекание процесса, выбираются те величины, которые будут  изменяться при решение задачи управления. К этим величинам относятся управляющие воздействие, которые являются целенаправленно изменяемыми в процессе управления входными воздействиями, и управляемые переменные относящиеся к тем выходным переменным, информация об изменении которых используется для   формирования   управляющих   воздействий.   Остальные   входные воздействия возмущающим, а выходные переменные - к неуправляемым. Возмущающие воздействия могут быть контролируемыми (наблюдаемыми) и неконтролируемыми (ненаблюдаемыми). Возможно и другое деление возмущений: связанные с состоянием технологического оборудования, и внешние, связанные с подачей сырья, энергии, состоянием окружающее среды.

4 Анализ тепловых и материальных балансов

       Общее выражение для любого баланса  в аналитическом виде записывается как 

       где Х_ВХ – входные составляющие баланса

             Y_ВЫХ – выходные составляющие баланса

               - член, характеризующий накопление вещества или энергии.

       Равенство баланса нулю наблюдается только в статическом режиме работы объекта.

       Материальный  баланс установки:

                           F_ГСС - F_ГСС=К₁(dF/dt),

       где F_ГСС – расход газо-сырьевой смеси, кг/ч;

               F_ГСС - расход газо-сырьевой смеси, кг/ч;

               dt – изменение времени, ч;

              dF – изменение расхода, кг/ч(регулируемый параметр);

               К₁ – коэффициент пропорциональности.

      Структурную схему контроля и регулирования приведем на рис 1.                                                                  

                                                                   F_ГСС

                              F_з                  F_ГСС                                  F

                        
 

       Рис 1 - Структурная схема контроля и регулирования расхода ГСС

    В   системе   регулирования   материального   баланса,   регулируемым параметром является изменение расхода, dF.

Регулирующим  воздействием на баланс будет  F_ГСС  расход газо-сырьевой смеси. В качестве возмущений будут выступать F_ГСС расход газо-сырьевой смеси. 

       F_ВСГ-F_ВСГ=К₂(dF/dt),

       где F_ВСГ – расход водород содержащего газа, кг/ч;

              F_ВСГ – расход водород содержащего газа, кг/ч;

              dt – изменение времени, ч;

             dF – изменение расхода, кг/ч(регулируемый параметр);

             К₂ – коэффициент пропорциональности.

       Структурную схему контроля и регулирования приведем на рис 2.

                                                                   F_ВСГ

                              F_з                  F_ВСГ                                  F

                                                                                               

       Рис 2 - Структурная схема контроля и регулирования расхода ВСГ

    В   системе   регулирования   материального   баланса,   регулируемым параметром является изменение расхода, dF.

Регулирующим  воздействием на баланс будет  F_ВСГ  расход водород содержащего газа. В качестве возмущений будут выступать F_ВСГ расход водород содержащего газа. 
 
 

       Тепловой  баланс реактора Р-1:

       Q_ГСС +Q_Х.Р. -Q_ГПС –Q_О.С.=К₂(dT/dt),

       где Q_ГСС – количество тепла приносимое потоком ГСС, кДж/ч;

       Q_Х.Р. - количество тепла выделяемое при протекании химической реакции гидрирования кДж/ч;

       Q_ГПС - количество тепла отводимое потоком ГПС, кДж/ч;

       Q_О.С. - количество тепловых потерь в окружающею среду, кДж/ч;

       dT/dt – градиент температуры в реакторе (регулируемый параметр);

       dT - изменение температуры в колонне;

       К₂ – коэффициент пропорциональности, кДж/ч.

       Структурную схему контроля и регулирования приведем на рис 3. 

                                                        Q_ГПС    Q_Х.Р. Q_О.С.

                               Т_з             Q_ГСС                                    T