Технологічна схема процесу риформінгу

АНОТАЦІЯ

Дипломний проект присвячений розробці системи автоматизації процесу каталітичного риформінгу у виробництві високооктанового компоненту автомобільних бензинів. Зроблено детальний опис технологічного процесу. Виконано аналіз технологічного процесу як об’єкта керування, зроблено техніко-економічне обгрунтування вибору функціональної схеми автоматизації.

Розроблено систему автоматизації процесу каталітичного риформінгу, обгрунтовано вибір технічних засобів автоматизації, розраховано та змодельовано систему автоматичного регулювання температури газосировинної суміші на вході в реактор, а також показано і обгрунтовано вибір щитів і монтаж засобів автоматизації.

Запропоновано заходи по здійсненню охорони праці на виробництві, техногенно-екологічної та пожежної безпеки.

Здійснено розрахунок економічної ефективності проектованої системи автоматизації і визначення терміну окупності встановлених засобів автоматизації.

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………………….7

Розділ 1. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА………………………………………..10

1.1.Опис технології каталітичного риформінгу………………………….10

1.2.Технологічна схема процесу риформінгу…………………………….13

1.3. Матеріальний та тепловий баланс складових апаратів технологічного процесу риформінгу………………………………...23

1.4 Обґрунтування номінальних значень параметрів технологічного процесу та допустимих відхилень від цих значень…………………25

1.5. Технологічна карта………………………………………………….…27

Розділ 2. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ЯК ОБЄ’КТА КЕРУВАННЯ…………………………………………………………………….29

2.1. Визначення і аналіз факторів, що впливають на технологічний процес……………………………………………………………………….29

2.2. Складання структурної схеми взаємозв’язку між технологічними параметрам об’єкта керування………………………………………….…29

Розділ 3. ТЕХНІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ………………….. ………………………………..31

Розділ 4.ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ……………………………………………………………....36

4.1 Опис характеристик мікропроцесорного контролера Schneider Electric M340………………………………………………………………..36

4.2 Опис програми функціонування контролера для автоматизації процесу каталітичного риформінгу ………………………………………41

4.3. Опис принципової електричної схеми зовнішніх з’єднань контролера для автоматизації процесу каталітичного риформінгу ……44

Розділ 5. РОЗРАХУНОК ТА МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ……………………………………….50

5.1.Знаходження динамічної моделі об’єкта регулювання……………...50

5.2.Перевірка адекватності динамічної моделі ОР………………………54

5.3 Розрахунок параметрів настроювання регулятора…………………..57

5.4. Дослідження перехідних процесів в САР при оптимальних параметрах настроювання ПІД-регулятора………………………………64

Розділ 6.ОПИС ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ…………69

Розділ 7. ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ЩИТIВ, ПУЛЬТIВ ТА МОНТАЖУ ЗАСОБIВ АВТОМАТИЗАЦIЇ…………………………………………………..75

7.1. Обгрунтування розміщення засобів автоматизації на щиті………...75

7.2. Опис електричних і трубних проводок……………………………....77

7.3. Монтажно-комутаційна схема табличним способом……………..…79

Розділ 8. СПЕЦИФІКАЦІЯ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ…………………...87

Розділ 9. ОХОРОНА ПРАЦІ………………...………………………………...101

9.1 Аналіз виробничих небезпек…………………………………………101

9.2. Заходи з техніки безпеки…………………………………………….107

9.3 Вимоги виробничої санітарії…………………………………………108

9.4. Пожежна безпека…………………………………….………….........111

9.5. Розрахунок блискавкозахисту……………………………………….113

Розділ 10. ЦИВІЛЬНА БЕЗПЕКА……………………………………………..115

10.1.Аналіз небезпечних явищ…………………………………………...115

10.2.Оцінка обстановки на території обє’кту…………………………...116

10.3. Розрахунок буревію…………………………………………………117

10.4. Захист від стихійного лиха…………………………………………118

Розділ 11. РОЗРАХУНОК ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ АВТОМАТИЗАЦІЇ……………………………………………………………..122

11.1. Характеристика об’єкту…………………………………………….122

11.2. Розрахунок і обґрунтування витрат на здійснення заходів з автоматизації………………………………………………………………122

11.3. Розрахунок амортизаційних відрахувань………………………….124

11.4. Розрахунок впливу автоматизації на техніко-економічні показники………………………………………………………………….124

11.5. Праця і заробітна платня…………………………………………...126

11.5.1. Розрахунок чисельності основних робітників………………..126

11.5.2. Розрахунок явочної кількості основних працівників………...127

11.5.3. Розрахунок річного фонду заробітної плати (основних робітників)………………………………………………………………128

11.6. Розрахунок експлуатаційних витрат на автоматизацію………….131

11.7. Розрахунок річного економічного ефекту і терміну окупності…………………………………………………………………..133

ВИСНОВКИ ……………………………………………………………………135

SUMMARY……………………………………………………………………..136

Список літератури……………………………………………………………...137

ВСТУП

Під технологічним процесом розуміють сукупність технологічних операцій, які здійснюють над вхідним продуктом в одному або декількох апаратах, метою яких є отримання продуктів, що відповідають заданим показникам якості.

При цьому мета керування технологічним процесом полягає в забезпеченні оптимального значення критерію керування, під яким розуміють технологічний або техніко-економічний показник (продуктивність виробництва, якість продукції тощо), що характеризує якість технологічного об’єкта керування (ТОК) в цілому і приймає числові значення в залежності від діючих на нього керуючих дій – цілеспрямованих змін матеріальних і енергетичних потоків.

В теперішній час для керування технологічними процесами все ширше застосовують автоматизовані системи керування (АСК) – людино-машинні системи, які забезпечують автоматичний збір та обробку інформації, що є необхідним для оптимізації керування. При цьому під процесом оптимізації розуміють вибір такого варіанту керування, при якому досягається екстремальне значення критерію керування.

Автоматизація залишається однією з головних задач промислового виробництва і соціальної сфери в різні періоди економічного розвитку сучасного суспільства. З часом автоматизація стає все більш широким поняттям, включаючи в себе деякі нові завдання свого наукового і технічного розвитку: комп'ютеризацію, роботизацію та інші спеціальні галузі науки. Однак зміст і основне її призначення залишається незмінним — полегшення або повна заміна важкої фізичної праці людини засобами автоматизації.

Не існує галузі промисловості, в якій не було б потреби застосування автоматизованої системи керування технологічним процесом (АСКТП). Однією із основних переваг АСКТП є зниження (аж до повного виключення) впливу так званого людського фактору на процес, скорочення персоналу, мінімізація витрати сировини, покращення якості вихідного продукту і суттєве підвищення ефективності виробництва. Основними функціями таких систем є контроль і керування, обмін даними, обробка, накопичення і зберігання інформації, формування сигналізації, автоматичного захисту, блокування, побудова графіків та звітів.

Інженери з автоматизації часто зустрічаються з проблемою вибору апаратних засобів для вирішення поставлених задач. На даний час з`явився доступ до якісних закордонних апаратно-програмних засобів: у багатьох технічних журналах, каталогах і в Інтернеті рекламуються промислові контролери відомих фірм. Вітчизняні виробники також пропонують певну продукцію в галузі промислових контролерів і навіть порівняно недорого, але їх застосування в системах автоматизації потребує адаптації до конкретного технологічного процесу.

Застосування цифрової обчислювальної техніки дозволяє запрограмувати практично будь-який алгоритм керування, і забезпечити більш високу точність його виконання, ніж це можливо при використанні аналогової техніки. Кожне ускладнення алгоритму в цифровій техніці практично не впливає на надійність контуру регулювання. У випадку аналогової техніки збільшення кількості аналогових блоків суттєво зменшує надійність функціонування контуру.

На початкових етапах впровадження мікропроцесорної техніки вважалось, що в контролері достатньо запрограмувати функцію передачі регулятора в загальному вигляді, а її параметри, в тому числі і кількість членів рівняння та значення коефіцієнтів слід обирати індивідуально для конкретного об’єкту. Це справедливо лише для об’єктів, параметри яких є сталими в часі.

Мікропроцесорні контролери призначені для автоматизації неперервних та періодичних технологічних процесів. Мікропроцесорні контролери перетворюють первинну інформацію про стан технологічного об’єкта керування в цифрову форму і за відповідними алгоритмами здійснюють керування технологічним об’єктом і обмін інформацією з оператором.

Розділ 1. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Опис технології каталітичного риформінгу

Каталітичний риформінг, це спосіб отримання бензину з поліпшеними характеристиками.

Бензини є одним з основних видів пального для двигунів сучасної техніки. Автомобільні та мотоциклетні, човнові та авіаційні поршневі двигуни споживають бензини. В даний час виробництво бензинів є одною з головних складових в нафтопереробній промисловості та значною мірою визначає розвиток цієї галузі.

Розвиток виробництва бензинів пов'язане з прагненням поліпшити основну експлуатаційну властивість палива - детонаційну стійкість бензину, що оцінюється октановим числом.

Каталітичний риформінг бензинів є найважливішим процессом сучасної нафтопереробки і нафтохімії. Він служить для одночасного одержання високооктанового базового компонента автомобільних бензинів, ароматичних вуглеводнів - сировини для нафтохімічного синтезу – і водневмісного газу - технічного водню, що використовується в гідрогенізаційних процесах нафтопереробки. Установки каталітичного риформінгу є практично на всіх вітчизняних та зарубіжних нафтопереробних заводах.

Сировиною каталітичного риформінгу служать бензинові фракції з початком кипіння не нижче 600-620 ⁰С, оскільки в найбільш легких фракціях бензину не містяться вуглеводні з шістьма атомами вуглецю і присутність легких фракцій у сировині викликає непотрібне газоутворення. Підвищення температури кипіння сприяє коксоутворенню, що є небажаним. З підвищенням температури кипіння зростає вихід бензину, тому що більш важкі нафтенові і парафінові вуглеводні легше піддаються ароматизації. Однак фракції з початком кипіння 105 або 140 ⁰С застосовують звичайно в тих випадках, коли більш легкі фракції направляються на окрему установку риформінгу для отримання індивідуальних ароматичних вуглеводнів.

Вирішальне значення має вуглеводневий склад вихідного бензину: чим більша сума нафтенових і ароматичних вуглеводнів у бензині, тим селективніший процес, тобто тим більше вихід каталізата і відповідно менше вихід продукту побічних реакцій гідрокрекінгу – вуглеводневого газу.

Підготовка сировини риформінгу включає ректифікацію і гідроочищення. Ректифікація використовується для виділення певних фракцій бензинів залежно від призначення процесу. При гідроочистці із сировини видаляють домішки (сірка, азот і ін), отруйні каталізатори риформінгу, а при переробці бензинів вторинного походження піддають також гідрування ненасичені вуглеводні.

Бензинові фракції різних нафт відрізняються за вмістом нормальних і розгалужених парафінів, п'яти і шестичленних нафтенів, а також ароматичних вуглеводнів. При вмісті 50-70% парафінів і 5-15% ароматичних вуглеводнів в бензинах має місце низька детонаційна стійкість. Октанове число бензинових фракцій, що піддаються каталітичному риформінгу, зазвичай не перевищує 50.

Каталітичний риформінг - це складний хімічний процес, що включає різноманітні реакції, які дозволяють докорінно перетворити вуглеводневий склад бензинових фракцій і тим самим значно поліпшити їх детонаційні властивості.

Основою процесу служать три типи реакцій. Найбільш важливі реакції, що приводять до утворення ароматичних вуглеводнів:

- дегідрування шестичленних нафтенів;

- дегідроізомеризація п'ятичленних нафтенів;

- ароматизація (дегідроциклізація) парафінів;

Ізомеризація вуглеводнів - це інший тип реакцій, який характерний для каталітичного риформінгу. Поряд з ізомеризацією п'ятичленних і шестичленних нафтенів, ізомеризації піддаються як парафіни, так і ароматичні вуглеводні.

Суттєву роль у процесі відіграють реакції гідрокрекінгу.
Гідрокрекінг парафінів, що містяться в бензинових фракціях, супроводжується газоутворенням, що погіршує селективність процесу. З іншого боку, аналогічна реакція гідродеалкілування алкілбензолів дозволяє збільшити вихід низькомолекулярних гомологів бензолу, які становлять найбільший практичний інтерес.

Елементарні стадії ряду наведених реакцій зумовлені біфункціональним характером каталізаторів риформінгу. З одного боку, вони містять один метал (платину) або кілька металів (наприклад, платину і реній, або платину і іридій), які каталізують реакції гідрування і дегідрування. З іншого боку, носієм служить оксид алюмінію, що володіє кислими властивостями і каталізує реакції, властиві каталізаторам кислотного типу. Тому різні елементарні стадії реакції можуть протікати на різних ділянках поверхні каталізатора: металевих або кислотних.

При дегідруванні ненасичені вуглеводні (олефіни, циклоолефіни тощо) можуть перетворюватися в більш високомолекулярні з'єднання і тим самим сприяти утворенню коксу на каталізаторі, а отже його дезактивації.

Сировину каталітичного риформінгу зазвичай піддають гідрогенізаційному очищенню, після чого в ньому залишається вкрай незначна кількість домішок, зокрема сірка та азотовмісні сполуки, які є каталітичними отрутами. В умовах каталітичного риформінгу вони піддаються гідрогенолізу з відщепленням сірководню та аміаку.

Промисловий процес каталітичної ароматизації, незважаючи на п'ятидесятирічний період існування, безперервно удосконалюється. Це супроводжується настільки ж безперервним вдосконаленням каталізаторів риформінгу.

Алюмомолібденовий каталізатор (MoO₃/Al₂O₃) був першим каталізатором риформінгу, що знайшли промислове застосування. Спроби використання інших оксидних каталізаторів (Cr₂O₃/Al₂O₃, CoO-MoO₃/Al₂O₃) до успіху не привели.

Алюмомолібденовий каталізатор, як і сучасні каталізатори риформінгу, каталізує реакції ароматизації, ізомеризації і гідрокрекінгу вуглеводнів. Однак селективність його в реакціях ароматизації, особливо парафінів, значно нижче, а швидкість закоксування набагато більша. Однак це не стало перешкодою для промислового використання у час другої світової війни риформінгу на алюмомолібденовому каталізаторі, так як процес служив для виробництва толуолу і компонентів авіаційних бензинів.

Наприкінці 40-х років, коли виникла потреба в економічності процесу каталітичного риформінгу для поліпшення якості автомобільних бензинів, вперше стали застосовувати більш ефективний каталізатор - платиновий. Протягом наступних десяти років платинові каталізатори витіснили оксидні, а широкі дослідження привели до створення різних їх модифікацій для процесу каталітичного риформінгу.

Технологічна схема процесу риформінгу

Спрощена технологічна схема каталітисного риформінгу показана на Рис. 1.1[1].

Очищений від сірчаних сполук і інших домішок гідрогенізат надходить до насосів Н-7,8 (аркуш 1) і далі на трійник змішування риформінгу де змішується з циркулюючим водневмісним газом (ВВГ) риформінгу, який надходить від циркуляційних компресорів риформінгу ПК-3. Одержана в трійнику змішування газосировинна суміш (ГСС) риформінгу надходить в теплообмінники Т-4/1(міжтрубний простір), Т-4/2(міжтрубний простір) де нагрівається газопродуктова суміш (ГПС) риформінгу до температури 400⁰С. З Т-4/2 ГСС частково направляється, як теплоносій до рибойлерів Т-3, Т-6, Т-7, які включені паралельно, а частково поза ними.

Далі обидва потоки об’єднуються і направляються на нагрівання в піч П-2. В печі П-2 ГСС риформінгу проходить змійовики конвекційної камери і послідовно дві радіаційні камери, де нагрівається до температури 500⁰С і надходить в реактор Р-2.

З реактора Р-2 ГПС надходить в змійовик третьої камери печі П-2, де нагрівається до 500⁰С і надходить в реактор Р-3.

З реактора Р-3 ГПС надходить в змійовик четвертої камери печі П-2, де нагрівається до 500⁰С і надходить в реактор Р-4.

ГПС із реактора Р-4 надходить в трубний простір теплообмінників Т-4/2,Т-4/1, де віддає тепло ГСС риформінгу і охолоджується до 130⁰С, після чого надходить в повітрянні холодильники ПХ-3/1 і ПХ-3/2, далі через водяні холодильники Х-3А/1,2 і Х-3, де охолоджується до 40⁰С, надходить в сепаратор риформінгу С-4.

В С-4 проходить розділення ГПС на дві фази: газову і рідку. З верху С-4 виводиться циркулюючий ВВГ риформінгу, який направляється через сепаратор С-5 на прийом циркуляційного компресора ПК-3. З викиду компресорів ВВГ надходить в повітряний холодильник ПХ-4 і далі в сепаратор С-6. Із С-6 ВВГ направляється через вузол осушення циркулюючого ВВГ (по схемі П-3→К-5,6→трійник змішування), або поза ним на змішування з сировиною в трійник змішування риформінгу.

Видалення рідкої фази з С-5 проводиться періодично на факел.

Рідка фаза – нестабільний каталізат із сепаратора С-4 надходить на прийом насоса Н-9.

Рис.1.1. Спрощена технологічна схема каталітичного риформінгу

Вузол осушення водневмісного газу відділення риформінгу.

Для підтримування оптимальної вологості газосировинної суміші риформінгу передбачена можливість осушування циркулюючого водневмісного газу в адсорберах К-5,6, а також у випадку необхідності, подача невеликої кількості води (конденсату) в систему риформінгу дозувальним насосом Н-19 із ємності Е-15. На осушування в адсорбери К-5,6 водневмісний газ надходить після сепаратора С-6, тобто безпосередньо перед змішуванням його з гідрогенізатом. Адсорбери можуть використовуватись також для осушування циркулюючого газу в процесі регенерації каталізатора риформінгу. У цьому випадку їхнє підключення відбувається на низькій стороні циркуляційного тракту – після сепаратора С-4.

В процесі осушування циркулюючих газів цеоліти в адсорберах К-5,6 насичуються вологою і вуглеводнями. Для відновлення поглинальної активності цеолітів передбачена їх регенерація шляхом продування адсорберів гарячим десорбентом.

Тиск в адсорберах К-5,6 змінюється в залежності від режиму, в якому працює відповідний адсорбер. В режимі осушування циркулюючого ВВГ риформінгу адсорбер підключений до системи риформінгу, яка знаходиться в режимі реакції і тиск в адсорберах в межах 18 кгс/см². В режимі осушування циркулюючих газів регенерації і в режимі регенерації каталізатора риформінгу тиск в адсорберах в межах 6-8 кгс/см². В цих межах температура газу, який надходить в адсорбер не вище 50⁰С.

Процедура подачі хлориду.

Як хлорид на установці використовується дихлоретан (ДХЕ) розбавлений бензином на підставі фактичних витратних даних насосів, у співвідношені 15:1.

Основною ціллю подачі ДХЕ є збереження активності кислотних центрів каталізатора риформінгу R-86.Ці центриканалізують протікання реакцій дегідроциклізації і ізомеризації, які приводять до утворення компонентів із високим октановим числом.

Хлорування під час пуску.

Під час пуску вологість циркулюючого ВВГ може бути набагато вищою, ніж під час нормальної експлуатації. Цей період звичайно займає від одного до чотирьох днів. В цей час потрібно подавати набагато більше хлориду, ніж при нормальній експлуатації, тому що волога в циркулюючому ВВГ буде зменшувати вміст хлориду на каталізаторі.

Подача хлориду залежить від вологості циркулюючого газу згідно наступної Таблиці №1.1:

Таблиця №1. 1

Подача хлориду, залежно від вологості циркулюючого газу

Вологість циркулюючого ВВГ, ppm(мольн.)	Подача хлориду в сировину, ppm
Вище 500
300-500
200-300
100-200
30-100
Нижче 30	Нормально 0.5-0.7

Графік (Рис.1.2) “Подача дихлоретану в пускових умовах” слід використовувати для визначення кількості розчину ДХЕ для подавання в цей період.

Подача хлориду під час пуску з осушенням циркулюючого ВВГ через адсорбери К-5,6.

Адсорбери К-5,6 включають в роботу після подачі сировини на блок риформінгу. Їх відключення потрібно провести максимум через 36 годин після подачі сировини, або тоді, коли вологість ВВГ стане меншою 30 ppm.

Поки К-5,6 включені в роботу подавання хлориду потрібно встановити на рівні 1 ppm. Після відключення адсорберів, подачу хлориду слід встановити згідно графіка (рис.1.2).

Подача хлориду під час нормальної експлуатації.

Під час нормальної експлуатації вологість циркулюючого ВВГ повинна знаходитись в межах 15-25 ppm. Дихлоретан розбавлений бензином подається насосом Н-20/1,2 в лінію ВВГ на викиді компресорів ПК-3 перед трійником змішування риформінгу.

Мірне скло на ємкості з розчином ДХЕ відкаліброване таким чином, що кожний сантиметр рівня розчину ДХЕ відповідає 2.0 мл. об’єму в мірному склі. Подавання хлориду встановити на рівні 0.5-0.7 ppm хлориду в сировині згідно графіка (Рис.1.3).

Процедура подачі води.

Вода подається в систему для забезпечення рівномірного розподілу хлориду на поверхні каталізатора.

Під час пуску установки вологість циркулюючого ВВГ буде достатньо великою для нормальної експлуатації каталізатора, тому що каталізатор під час завантаження (вивантаження), або ремонту установки поглинав водяні пари.

Звичайно, для видалення надлишку води з установки потрібно кілька днів експлуатації. Після цього наступить період, коли буде необхідно подавати воду в сировину блоку риформінгу, щоб підтримати 15-25 ppm H₂O в циркулюючому ВВГ риформінгу. Щоб досягнути такого рівня вологості сировина блоку риформінгу (гідрогенізат) повинна містити 5 ppm H₂O.

При нормальній роботі колони вологість гідрогенізату складе 1-2 ppm. Тому в гідрогенізат повинна додаватись вода в кількості 3-4 ppm.

Дистильована вода подається насосом Н-19 на вхід в піч П-2 в лінію ГСС риформінгу. Мірне скло на ємкості з дистильованою водою відкаліброване так, що кожен сантиметр рівня води відповідає 2,0 мл об’єму в мірному склі.

На рис.1.4 зображено графік, для визначення необхідної витрати води в см/хв. по мірному склу в залежності від завантаження і заданої вологості.

Рис.1.2. Графік подачі дихлоретану в пускових умовах

Рис.1.3. Графік подачі дихлоретану в нормальних умовах

Рис.1.4. Графік подачі води

Дата добавления: 2015-10-24