Розділ 3. Технічне обгрунтування вибору функціональної схеми автоматизації

Мета керування процесу є збільшення виходу цільового продукту та підвищення якості високооктанового компоненту автомобільних бензинів.

Спосіб керування процесом каталітичного риформінгу шляхом регулювання температури газосировинної суміші на входах у реактори зміною подачі палива в піч П-2, відрізняється тим, що регулювання температури газосировинної суміші на входах першого і другого реакторів здійснюють в залежності від поточних значень витрати вихідної сировини і водневмісного газу, при цьому температуру газосировинної суміші на вході третього реактора підтримують постійною.

Відомий спосіб керування реакторним блоком каталітичного риформінгу шляхом регулювання подачі води в реактори в залежності від концентрації вологовмісних сполук у циркулюючому газі, температури верху і низу колони попереднього гідроочищення і витрат гідрогенізату і циркулюючого газу. Цей спосіб не дозволяє забезпечити високий вихід цільового продукту протягом всього часу експлуатації каталізатора, тому що оптимальне співвідношення вода-галоген у зоні каталізу всіх реакторів не забезпечується, воно збільшується від реактора до реактора при будь-яких кількостях подаваної в реактори води, що призводить до зниження вмісту галогену на каталізаторі і до зниження селективності процесу.

Відомий спосіб керування реакторним блоком каталітичного риформінгу шляхом регулювання температури газосировинної суміші, що подається в реактори за допомогою зміни подачі палива в нагрівачі. Зміна температури суміші перед надходженням у перший реактор здійснюється в залежності від зміни різниці температур на вході і виході реактора, у другий реактор - від зміни концентрації водню в циркулюючому газі, у третій реактор - від зміни октанового числа каталізату.

Регулювання кількості води і галогеновмісної сполуки, подаваних у газосировинну суміш перед підігрівником, здійснюється в залежності від їхньої концентрації в циркулюючому газі. Цей спосіб також не може забезпечити високий вихід продукту в плині всього часу експлуатації каталізатора. Це пояснюється тим, що регулювання температури суміші на вході в перший реактор виробляється в залежності від перепаду температур на вході і виході цього реактора, що визначається вмістом нафтенових вуглеводнів в сировині і не відображає повної картини протікання процесу в шарі каталізатора. Регулювання температури суміші на вході в другий реактор, у залежності від концентрації водню в циркулюючому газі, є неефективним тому що концентрація водню не залежить від роботи другого реактора. Основними "постачальниками" водню є реакції дегідрування і гідрокрекінгу, що протікають у першому і третьому реакторах. Регулювання температури суміші на вході третього реактора в залежності від октанового числа каталізату малоефективне, оскільки октанове число каталізату визначається сумарною кількістю ароматичних вуглеводнів, що утворились у всіх трьох реакторах, причому в основному в перших двох і лише малою частиною в третьому.

Доцільність застосування системи оптимального керування реакторним блоком каталітичного риформінгу залежить, головним чином, від чутливості оптимальних режимів до збурюючих впливів процесу.

Переваги сучасних високоінтенсивних установок каталітичного риформінгу можуть бути повністю використані тільки за умови їх надійної автоматизації. Наприклад, підвищення температури призведе до збільшення можливості отримання недоброякісної продукції та імовірності аварійних ситуацій, що особливо характерно для процесів хімічної технології, досить часто пов’язаних із застосуванням (або виробництвом) легкозаймистих і вибухонебезпечних речовин, сумішей і дорогоцінної сировини.

Сучасні можливості комп’ютерної техніки дозволяють застосовувати схеми автоматичної оптимізації процесу каталітичного риформінгу у виробництві високооктанового компоненту автомобільних бензинів. Це дасть можливість отримувати потрібні показники якості перехідного процесу, при мінімальних затратах енергії.

До основних параметрів у технологічних процесах переробки нафти та газу належать витрата, тиск, рівень, температура, склад продуктів[2].

Витрата є одним із найбільш важливих параметрів, що визначає фактично матеріальні та енергетичні ресурси процесу. За цим параметром оцінюється ступінь досягнення умови матеріального балансу, якість продукту в процесі компонування.

Системи регулювання витрати характеризуються такими особливостями: мала інерційність об’єкта керування, наявність у потоці пульсації витрати та тиску, зумовлених роботою джерел витрати (насосів і компресорів).

Найчастіше об’єкт керування при регулювання витрати – це ділянка трубопроводу між датчиком витрати та регулюючим органом, тобто регулювання витрати здійснюється за витратою, або керуючий канал – це витрата речовини через датчик (витратомір) – витрата речовини через клапан. Схеми регулювання витрати зображені на Рис.3.1.

Рис.3.1. Автоматизована система регулювання витрати зміною витрати частоти обертів насоса (а) після відцентрового (б) і поршневого (в) насосів:

1 – насос; 2 – датчик витрати; 3 – регулятор; 4 – виконавчий механізм з регулюючим органом; 5 – частотниф перетворювач; 6 – двигун.

Рівень, як технологічний параметр є показником гідродинамічної рівноваги в апараті: кількість рідини, що надходить в апарат, дорівнює кількості рідини, що виводиться з нього. Тобто, якщо Н=const, то

G_вх=G_вих, (3.1)

або G_вх-G_вих=0, (3.2)

де Н – рівень рідини в апараті; G_вх, G_вих – витрата рідини на вході в апарат і на виході з нього.

Якщо в апараті відбуваються фазові перетворення, то умова (3.1) доповнюється складовою G_утв, що характеризує теплові та теплообмінні процеси, тобто утворення (або витрату) рідини в одиницю часу:

±G_утв- G_вх+G_вих=0. (3.3)

У загальному випадку зміна рівня описується рівнянням

(3.4)

де S – площа горизонтального перерізу апарата.

Аналізуючи динамічні властивості об’єкта керування згідно з (3.4), розглянемо спочатку апарати, які характеризуються вільним витоком рідини, наприклад проміжні ємності. У таких апаратах насос, за допомогою якого здійснюється відбір рідини, відсутній. Під дією гідродинамічного тиску Р

(3.5)

де Р=ρgН (ρ – густина рідини, g – прискорення вільного падіння), В – коефіцієнт пропорційності, значення якого визначається характеристикою вихідного трубопроводу.

Тоді

(3.6)

У цьому випадку незалежно від вибраної регулюючої дії () об’єкт характеризується самовирівнюванням.

Розглянемо тепер динамічні властивості об’єкта по каналу -Н.

Диференційне рівняння у цьому випадку

(3.7)

Тобто об’єкт характеризується інтегруючими властивостями. Схеми регулювання рівня зображені на Рис.3.2.

Рис.3.2. Автоматизована система регулювання рівня:

а – регулювання за притоком; б – регулювання за витоком; в – регулювання за співвідношенням притоку та виток уз корекцією по рівню.

Тиск є показником співвідношення витрат газової фази на вході та виході апарата і характеризує умову збереження матеріального балансу за цією фазою. Рівняння матеріального балансу в цьому випадку записується у вигляді

(3.8)

де – об’єм апарата; - витрата газу, що подається в апарат і відводиться з нього відповідно; - маса газу, що утворюється (або витрачається) в апараті за одиницю часу.

Порівнюючи рівняння (3.8) і (3.4), бачимо, що способи регулювання тиску аналогічні до способів регулювання рівня.

Дата добавления: 2015-10-24