Каталитическая изомеризация как способ повышения качества бензинов

Каталитическая изомеризация как способ повышения качества бензинов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.        Выбор и обоснование метода производства

.          Химические и физико-химические основы процесса

.1        Описание процесса изомеризации

.2        Реакции процесса «ХАЙЗОМЕР»

.2.1     Гидрирование олефиновых углеводородов

.2.2     Гидрирование ароматических углеводородов

.2.3     Разрыв колец у нафтеновых углеводородов и их изомеризация

.2.4     Гидрокрекинг парафиновых углеводородов

.3        Тепловые эффекты реакций

.4        Катализатор

.4.1     Механизмы катализа

.4.2     Деактивация катализатора

.5        Яды, вызывающие отравление катализатора

.5.1     Сера

.5.2     Вода (кислородсодержащие соединения)

.5.3     Соединения азота

.5.4     Соединения фтора

.6        Влияние технологических параметров

.6.1     Температура в реакторе

.6.2     Объёмная скорость

.6.3     Мольное соотношение «водород : углеводороды»

.6.4     Давление в реакторе

.          Общая характеристика проектируемой секции изомеризации

.1        Назначение секции

.2        Выбор места строительства

.3        Обеспеченность сырьём и энергоресурсами

3.4      Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции.

3.5      Материальный баланс секции

3.6 Ассортимент и характеристика получаемой продукции

4.        Описание технологической схемы

.          Контроль и автоматизация производства

5.1      Описание технологической схемы участка

.2        Анализ технологического процесса как объекта управления

5.2.1   Анализ тепловых и материальных балансов и разработка структурных схем контроля и управления

5.3      Структурные схемы контроля и регулирования балансов

.4        Обоснование выбора технических средств автоматизации

.5        Спецификация оборудования

.          Безопасность жизнедеятельности на производстве

.1        Общие положения

6.2      Характеристика опасных веществ, обращающихся на блоке изомеризации установки № 4 цеха № 8

6.3      Индивидуальные и коллективные средства защиты

.4        Микроклимат производственного помещения

.5        Производственное освещение

.6        Безопасные методы обращения с пирофорными отложениями

.7        Электробезопасность

.8        Молниезащита

.9        Пожарная безопасность

.10      Аварийная остановка установки

.10.1   Мероприятия по аварийной остановке установки

6.11    Меры по ограничению, локализации и дальнейшей утилизации аварийных выбросов опасных веществ

.12      Предложения по реализации мер, направленных на уменьшение риска аварий

.          Отходы при производстве продукции, сточные воды, выбросы в атмосферу, методы их утилизации, переработки.

7.1      Твердые и жидкие отходы производства.

.2        Сточные воды

.3        Выбросы в атмосферу

.          Экономическая часть

.1        Расчет капитальных затрат

.2        Расчет материалоемкости производственной программы

.3        Организация труда и заработной платы

.3.1     Расчет численности основных производственных рабочих

.3.2     Расчет годового фонда заработной платы

.3.3     Отчисления на социальные нужды

.4        Расчет себестоимости продукции

.4.1     Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

.4.2     Смета цеховых расходов

.4.3     Проектная калькуляция себестоимости

.5        Технико-экономические показатели

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время требования к качеству автомобильных бензинов ужесточились в связи с борьбой за сохранение окружающей среды. Чтобы ограничить вредные выбросы в атмосферу, необходимо снизить содержание ароматических углеводородов в бензинах и отказаться от добавления тетраэтилсвинца, применение которого не только затрудняет дожиг выхлопных газов на платиновых катализаторах, но и подвергает большой опасности человеческое здоровье и саму жизнь.

Наряду с этим большое внимание уделяется эксплуатационным характеристикам автобензинов, требованиям которых отвечают так называемые «реформулированные» (компаундированные) бензины.

Базовыми компонентами таких автобензинов являются: бензины каталитического риформинга, крекинга, алкилбензин и изомеризаты лёгких (пентан-гексановых) бензиновых фракций.

В настоящее время товарные бензины доводят до необходимого октанового числа добавлением монометиланилина (ММА) и метил-третбутилового эфира (МТБЭ). Чтобы уменьшить использование присадок, повышающих октановые числа автобензинов, следует использовать как компонент товарного бензина продукт каталитической изомеризации фракции С5 - С6 , применение которого в качестве компонента автомобильного топлива повышает октановое число, в отличие от прямогонного бензина (парафиновых углеводородов). Поэтому, производство автобензинов в России в последнее время характеризуется увеличением доли неэтилированных высокооктановых бензинов с ИОЧ 92 пункта и выше, получаемых на различных установках, в том числе и установках каталитической изомеризации.

Большинство российских НПЗ топливного направления не имеют мощностей по каталитическому крекингу и пиролизу, а соответственно и сырья для процессов алкилирования, полимеризации и производства эфиров. По этой причине для них процесс изомеризации пентан-гексановых фракций является наиболее перспективным способом как для повышения октанового числа выпускаемых бензинов в целом, так и для повышения их качества.

Изомеризат, содержащий смесь легкокипящих высокооктановых парафиновых углеводородов, при компаундировании с риформатом снижает долю ароматических углеводородов (в том числе и бензола), увеличивает октановую характеристику лёгкой части автобензинов, улучшает фракционный состав товарных бензинов.

Применение изомеризата в качестве компонента товарного топлива также благоприятно влияет на экологические характеристики автомобильных бензинов. Подробнее об этом описано в разделе 1.

Кроме того, по технико - экономическим показателям, процесс изомеризации лёгких бензиновых фракций является высокорентабельным. Подробнее об этом описано в экономической части проекта.

В представленном дипломном проекте предлагается строительство секции изомеризации фракции С5 - С6 на установке каталитического риформинга (установка ЛГ-35-11/300-95). За основу взят метод среднетемпературной изомеризации фракции С5 - С6 «Хайзомер» разработки компании «SHELL». Ввод секции изомеризации позволит увеличить выпуск товарных высокооктановых автобензинов, сократить потери по сырью, уменьшить использование топливных присадок и повысить качество товарных автобензинов.

1. Выбор и обоснование метода производства[1]

В мировой промышленной практике нашли применение несколько типов изомеризации парафиновых углеводородов, их различия обусловлены свойствами применяемых катализаторов.

При рассмотрении экологической привлекательности наиболее типичных процессов производства бензина (Таблица 1.1), совершенно очевидно, что помимо алкилатов и кислородсодержащих добавок, наиболее привлекательным компонентом смешения для товарного бензина является изомеризат. При этом, изомеризация фракции С5-С6 может быть внедрена на нефтеперерабатывающем заводе при минимальном объеме инвестирования и при использовании простаивающих реакторов каталитического риформинга или гидроочистки.

Таблица 1.1 Компаундирование - экологическая привлекательность компонентов товарного бензина

Изомеризацию пентан - гексановых фракций осуществляют по трём вариантам процесса: высокотемпературный (350-4200С), среднетемпературный (250-3000С), и низкотемпературный (ниже 2000С).

В качестве катализаторов процесса высокотемпературной изомеризации используются бифункциональные катализаторы: металл - оксид алюминия, промотированный фтором, и металл-алюмосиликаты. Достигаемая глубина изомеризации н-пентана «за проход» составляет 50-55%. Октановое число изомеризата 75 (ИМ) в чистом виде.

Применение высококремнеземных цеолитов типа модернит послужило основанием для создания в 70-х гг. процесса среднетемпературной изомеризации пентан-гексановой фракции, осуществляемого в среде водорода при 230-300 0С. При проведении процесса по схеме «за проход» изомеризат имеет октановое число 80-82(ИМ).

Наибольшее развитие, начиная с 60-х гг., получили процессы низкотемпературной изомеризации н-бутана, н-пентана и пентан-гесановой фракции на алюмоплатиновых катализаторах, модифицированных обработкой хлорорганическими соединениями или хлоридом алюминия.

На подавляющем большинстве промышленных установок используется технология процесса низкотемпературной изомеризации пентан-гексановых фракций по схеме «за проход» с получением изомеризата с октановым числом 83-84(ИМ).

Таким образом, возможно несколько вариантов схем переработки пентан-гексановой фракции. Качество получаемых продуктов зависит от типа схемы, характеристики сырья и типа процесса, используемого в данной схеме приведенной ниже.

Затраты энергии на рециркуляцию не превращенного сырья возрастают с увеличением октанового числа получаемого продукта, что связано с увеличением количества рециркулята. Соответственно возрастает и себестоимость изомеризата.

Таблица 1.2 Относительная стоимость изомеризата пентан-гексановой фракции, полученного в процессе низкотемпературной изомеризации, в зависимости от его октанового числа.

Ведущие роли в разработке процессов изомеризации пентан - гексановых фракций принадлежат компаниям UOP, British Petroleum, Shell, Union Carbide.

Процесс «пенекс» (компания UOP). Этот процесс осуществляется при температуре до 2040С и давлении до 7.0 МПа. Катализатор алюмоплатиновый, позволяющий увеличить октановое число пентан-гексановой фракции с 69 до 83-84 (ИМ) «за проход».

Исходная пентан-гексановая фракция - сырьё процесса «пенекс» подвергается гидроочистке, а углеводородное сырьё реактора и подпитка водорода - дополнительной адсорбционной осушке на молекулярных ситах.

Процесс С5-С6 айзомеризейшн (компания British Petroleum). Проводится при температуре 120-1600С, давлении до 20.8 МПа при циркуляции ВСГ на алюмоплатиновом катализаторе, промотированном хлором. В схему включена установка гидрообессеривания для удаления сернистых и азотистых соединений с последующим удалением сероводорода, аммиака и воды в системе адсорберов с молекулярными ситами. В этом процессе выход продукта выше 99%, октановое число фракции С5-С6 «за проход» может быть увеличено с 72.2 до 84.5 (ИМ).

Процесс «хайзомер» (компания Shell). Парофазный процесс изомеризации на неподвижном слое бифункционального катализатора, разработанного компанией Shell. катализатор - высокодисперсная платина, нанесённая на цеолит типа модернит в водородной форме с очень низким содержанием натрия. Процесс проводят при температуре 230-2900С, давлении 1.4 - 3.3 МПа и циркуляции ВСГ до 12.5 м3/м3 сырья. Основное преимущество процесса - высокая устойчивость катализатора к отравлению примесями, чем у алюмоплатиновых катализаторов, в связи с чем нет необходимости в капитальных затратах на установку гидроочистки сырья. При изомеризации пентан-гексановой фракции по схеме «за проход» получают продукт с октановым числом 80 -82 (ИМ) в чистом виде.

Целью создания установки изомеризации является переработка легкого дистиллятного сырья для получения высокооктанового компонента компаундирования товарного бензина, в том числе бензина отвечающего требованиям европейской спецификации EN228. При этом ставится задача получения изомеризата с октановым числом по исследовательскому методу выше чем у исходного сырья на 10-12 пунктов. Сырьем процесса является легкая смесь фракций С5-С6. При этом понимается, что сырье не подвергается предварительной гидроочистке и содержит менее 70 ppm масс. серы. Однако, в течение ограниченных промежутков времени допускается эксплуатация при содержании серы в сырье до 200 ppm масс. серы. Водород имеется в наличии в необходимом количестве.

Предлагаемая концепция изомеризации имеет следующие отличительные черты и связанные с ними преимущества. Это наиболее гибкая технология из имеющихся на сегодняшний день и она обеспечивает наилучшие результаты при минимуме задействованного оборудования. “Сердцем” технологии является катализатор ХАЙЗОПАРÔ фирмы ЗЮД-ХЕМИ, который характеризуется высокой активностью при большой устойчивости к каталитическим ядам, содержащимся в сырье, что обеспечивает получение продукта с высоким октановым числом и лучшую экономику процесса благодаря длительному сроку службы катализатора - даже в условиях переработки сырья с содержанием серы до 200 ppm вес.

2. Химические и физико-химические основы процесса [1-4]

.1 Описание процесса изомеризации

Процесс изомеризации легкого бензина (фракции С5-С6) предназначен для повышения его октанового числа за счет превращения парафиновых углеводородов нормального строения в углеводороды изостроения.

Реакции изомеризации являются равновесными:

n-C5H12 i-C5H12

Они протекают практически без изменения объема, поэтому равновесие зависит только от температуры процесса.

Низкие температуры способствуют максимальному разветвлению парафинов С5-С6 и, следовательно, максимально возможному октановому числу изомеризата.

Процесс изомеризации проводится под давлением водорода для подавления побочных реакций, вызывающих закоксовывание катализатора.

Кинетика и механизм реакции зависят от типа катализатора и условий проведения процесса.

2.2 Реакции процесса «Хайзомер»

Основной реакцией процесса «Хайзомер» является реакция изомеризации (превращение парафинов нормального строения в изопарафины).

Помимо основных реакций протекают также побочные реакции:

2.2.1 Гидрирование олефиновых углеводородов:

Олефиновые углеводороды быстро гидрируются без закоксования катализатора, и получающиеся при этом насыщенные компоненты ведут себя как содержащиеся в сырье аналогичные насыщенные компоненты.

2.2.2 Гидрирование ароматических углеводородов

Бензол - это единственный ароматический компонент, который обычно содержится в подаваемом на изомеризацию сырье. При обычных условиях ведения процесса изомеризации и при нормальной активности катализатора достигается почти полное гидрирование бензола с получением циклогексана.

Скорость протекания реакции очень высока, и реакция протекает в верхнем слое катализатора. Вследствие высокой экзотермичности реакции гидрирования происходит рост температуры в слое катализатора, поэтому содержание бензола в сырье должно поддерживаться ниже максимального уровня, который определяется максимально допустимым повышением температуры в реакторе и имеющейся в наличии способностью внутрислойного закалочного охлаждения. Обычно концентрация бензола в сырье поддерживается ниже 2%масс.

2.2.3 Разрыв колец у нафтеновых углеводородов и изомеризация нафтеновых углеводородов

Нафтеновые углеводороды С6 могут присутствовать в свежем сырье, а также образовываться в результате гидрирования бензола, содержащегося в сырье. Равновесие «циклогексан-метилциклопентан» при контактировании с катализатором устанавливается почти мгновенно. Циклогексан и метилциклопентан частично подвергаются реакции разрыва колец с образованием парафиновых углеводородов С6, которые находятся в приблизительно равновесном распределении.

Прогнозируемое сохранение колец нафтеновых углеводородов С6, составляет порядка 40%масс. от содержащихся в сырье нафтеновых углеводородов С6, что отрицательно влияет на активность катализатора.

Следует отметить, что содержащийся в сырье циклопентан проходит через слой катализатора, фактически не подвергаясь воздействию.

2.2.4 Гидрокрекинг парафиновых углеводородов

Небольшая часть парафиновых углеводородов в результате протекания реакций гидрокрекинга конвертируется в небольшие фрагменты своих молекул, преимущественно в бутан и пропан. Скорость протекания реакций гидрокрекинга определяется количеством атомов углерода в прямой цепи и обычно увеличивается с увеличением длины цепи. Более того, степень протекания реакций гидрокрекинга в высшей степени зависит от объемной скорости и температуры (последний параметр оказывает доминирующее воздействие).

При типичных условиях, существующих на технологических установках по процессу «Хайзомер», процентное содержание парафиновых углеводородов, подвергнутых гидрокрекингу с образованием бутана, пропана и углеводородов легче С2, следующее:

Парафиновые углеводороды С5: ничтожно малое количество;

Парафиновые углеводороды С6: от 4% до 8%;

Парафиновые углеводороды С7: практически 100%.

Кроме того, парафиновые углеводороды С7 в незначительной степени промотируют крекинг фракции углеводородов С5 - С6. Парафиновые углеводороды С7 крекингируются главным образом в углеводороды i-С4 и С3.

С точки зрения достижения максимального выхода углеводородов тяжелее С5, содержание углеводородов С7 и более в сырье должно минимизироваться при помощи хорошо отлаженной работы колонны разгонки бензина.

2.3 Тепловые эффекты реакций

Так как реакции изомеризации являются экзотермическими, то наблюдается рост температуры в слое катализатора во время нормальной эксплуатации установки. На основании приведенных в. таблице 2.1 величин тепловых эффектов реакций видно, что реакции крекинга и гидрирования являются основными источниками повышения температуры:

Таблица 2.1 Тепловые эффекты реакций

Основной рост температуры будет происходить в верхнем слое катализатора в результате почти мгновенного гидрирования бензола и олефинов. Второй слой катализатора будет демонстрировать такую же экзотермичность благодаря небольшому экзотермическому эффекту реакции изомеризации. Адиабатический рост температуры в реакторе может быть порядка 5¸25ºС, в зависимости от предварительной очистки и четкости фракционирования сырья.

Рост температуры в верхнем слое катализатора из-за экзотермичности реакций гидрирования обычно компенсируется вводом «холодного» рециркулирующего газа на закалочное охлаждение между первым и вторым слоями катализатора.

2.4 Катализатор [1]

.4.1 Механизмы катализа

Существует несколько теорий, интерпретирующих механизмы каталитических реакций в зависимости от использованного катализатора, например, бифункционального катализатора, состоящего из металла и носителя, или катализатора с повышенной кислотностью за счёт соединения галогена. Какой бы тип катализатора ни использовался, промежуточная стадия остаётся той же - образование карбониевого иона или карбокатиона.

Изомеризация на бифункциональном катализаторе в атмосфере водорода в общем виде описывается следующей схемой:

                                      Pt
СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃               СН₃-СН₂-СН₂-СН=СН₂ + Н₂

Металлическая функция катализатора, в данном случае платина, катализирует промежуточное образование олефина за счёт дегидрирования парафина. Затем олефины в результате присоединения протона превращаются в карбониевые ионы при адсорбции на кислотной поверхности катализатора:

                                  Pt                               Å
СН₃-СН₂-СН₂-СН=СН₂            СН₃-СН₂-СН₂-СН-СН₃

После этого происходит скелетная перегруппировка:

                                                            СН₃
                           Å
СН₃-СН₂-СН₂-СН-СН₃             СН₃-СН₂-С-СН₃

                                                            Å

Карбониевый ион, полученный в результате перегруппировки, десорбируется в виде олефина изостроения, который затем гидрируется на металлической функции катализатора с образованием олефина изостроения:

        СН₃                                   СН₃

СН₃-СН₂-С-СН₃              СН₃-СН₂-С=СН₂ + Н⁺

        Å

         СН₃                                            СН₃
                                          Pt
 СН₃-СН₂-С=СН₂ + Н₂            СН₃-СН₂-СН-СН₃

         Å

У бифункционального катализатора гидроизомеризации, который работает при низкой температуре, имеются более сильные кислотные центры, чем у других катализаторов, для которых требуется более высокая температура. В данном случае, согласно теоретическим представлениям, карбониевый ион образуется при непосредственном отрыве гидрид-иона от молекулы парафина на кислотной функции катализатора:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃ + Н⁺А^-            СН₃-СН-СН₂-СН₂-СН₃ + Н₂ + А^-
                                                                                                   Å

В результате перегруппировки образуется изопентан, и реакция продолжается по механизму продолжения цепи, при котором генерируется новый кислотный центр:

           СН₃                                                   СН₃

  СН₃-СН₂-С-СН₃ + Н₂ + А^-              СН₃-СН₂-СН-СН₃ + Н⁺А^-

          Å

Ещё одна важная теория инициирования и продолжения цепи основана на механизме реакции Фриделя-Крафтса. Считается, что изомеризация Фриделя-Крафтса требует присутствия следов олефинов или алкилгалогенидов, которые инициируют образование карбониевых ионов, после чего реакция идёт по механизму продолжения цепи. Ионы-инициаторы, которые должны присутствовать в малых количествах, могут образовываться за счёт присоединения НCl к олефину, присутствующему в парафинах в качестве примеси или образовавшемуся из них в результате гидрокрекинга.

R-СН=СН₂ + HСl                R-СН-СН₃ + Сl^-
                                                           Å

Инициатор реагирует с изомеризующимся парафином с образованием карбониевого иона:

R-СН-СН₃ + СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃       R-СН₂-СН₃ + СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃
             Å

В результате скелетной перегруппировки образуется изопентан, после чего следует продолжение цепи в виде генерирования нового карбониевого иона нормального строения:

             СН₃                                                        
     СН₃-СН₂-С-СН₃  + СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃          
                      Å

                      СН₃
             СН₃-СН₂-СН-СН₃ + СН₃-СН-СН₂-СН₂-СН₃
                                                         Å

2.4.2 Деактивация катализатора

По мере старения катализатор установки «Хайзомер» деактивируется, главным образом вследствие отложения кокса на катализаторе. Снижение активности катализатора может быть компенсировано повышением температуры в реакторе до тех пор, пока максимальная температура на выходе из слоя катализатора не достигнет 285°С.

Скорость отложения кокса на катализаторе зависит от качества сырья и эксплуатационных условий. К ухудшению эксплуатационных характеристик катализатора могут привести: переработка сырья с высоким содержанием углеводородов тяжелее С7; эксплуатационные неполадки, связанные с высоким содержанием в сырье серы или воды; сбои в работе, связанные с отключением компрессоров; чрезмерно высокие температуры в слое катализатора и загрязнение сырья металлами.

Если деактивация катализатора вызвана отложением кокса на его поверхности, то активность и селективность катализатора могут быть восстановлены при помощи регенерации по месту или с его выгрузкой из реактора.

Если деактивация катализатора вызвана содержащимися в сырье металлами или повреждением физических свойств катализатора, то катализатор становится частично или полностью не подлежащим регенерации.

2.5 Яды, вызывающие отравление катализатора

.5.1 Сера

Присутствие серы в сырье или в подпиточном водороде сразу снижает активность катализатора. Сера реагирует с платиной с образованием сульфида платины, это снижает активность металлической функции катализатора и таким образом влияет на механизм переноса водорода. Такое снижение активности является временным; восстановление обычно быстро происходит после удаления серы.

Увеличение температуры в реакторе или более высокая скорость подачи подпиточного водорода будут способствовать более эффективному выдуванию серы из катализатора. Если сера содержится в сырье, то повышение температуры может помочь частично скомпенсировать снижение активности катализатора.

2.5.2 Вода (кислородсодержащие соединения)

Деактивация катализатора вследствие попадания воды или других кислородсодержащих соединений является необратимой.

Соединения кислорода взаимодействуют с активным хлоридом, который химически связывается со структурой оксида алюминия на стадии получения катализатора.

Вода, вступая в реакцию с катализатором, связывается с оксидом алюминия, образуя гидрооксильные группы, при этом хлорид удаляется в виде HCl. Приблизительно один килограмм кислорода в любой форме может деактивировать 100кг катализатора. Если эти соединения попадут в реактор, то деактивация катализатора будет распространяться вниз по слою катализатора аналогично движению поршня.

Помимо снижения качества продукта, явным признаком деактивации катализатора является недостаточная величина DТ в верхней части слоя катализатора в реакторе, при этом потеря активности будет постепенно распространяться вниз по слою.

Если произошла деактивация катализатора, то его удаляют, направляют на выделение платины и заменяют свежей порцией катализатора.

2.5.3 Соединения азота

К катализаторным ядам относятся органические соединения азота и аммиак, молекулярный азот N2 не входит в их число.

Соединения азота вступают в химические взаимодействия с получением аммиака, который затем реагирует с хлоридом в составе катализатора или с HCl с образованием хлорида аммония. Это приводит к необратимой деактивации катализатора, так как на его активных центрах образуется плёнка, содержание хлорида снижается, кроме того, осаждение соли может привести к диспропорциям каталитической активности.

2.5.4 Соединения фтора

Соединения фтора также являются постоянными каталитическими ядами вследствие связывания фторидов с активными центрами катализатора, что влияет на его кислотность. Один килограмм фторида может деактивировать около 100кг катализатора.

Характеристика загрязняющих веществ, содержащихся в сырье и подаваемом на подпитку свежем водородсодержащем газе, и ядов, потенциально вызывающих отравление катализатора приведена в таблице 2.2

Таблица 2.2 Характеристика ядов катализатора.

Примечания:

) - это типичная величина. Максимальная величина ограничивается пропускной способностью системы закалочного охлаждения реактора в отношении поглощения экзотермической теплоты, выделяющейся в результате протекания реакций гидрирования и крекинга, и допустимым ростом температуры в реакторе. При использовании соответствующим образом спроектированной системы, содержание бензола в сырье может составлять 5-6%масс.

) - с точки зрения обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик катализатора процесса «Хайзомер» содержание углеводородов тяжелее С7 в сырье установки по процессу «Хайзомер» нужно поддерживать ниже 2%масс. Присутствие в сырье циклических соединений С6 и углеводородов тяжелее С7 оказывает отрицательное воздействие на активность катализатора процесса «Хайзомер» и на выход продуктов. Это отрицательное воздействие обратимо при переключении на работу на легком сырье. Эксплуатационный опыт свидетельствует о том, что содержание углеводородов тяжелее С7 до 12%масс. является приемлемым при стабильной эксплуатации установки.

) - с точки зрения обеспечения оптимальных рабочих характеристик катализатора в сырье не должна содержаться сера.

) - с точки зрения обеспечения оптимальных рабочих характеристик катализатора сырье должно быть сухим.

2.6 Влияние технологических параметров

.6.1 Температура в реакторе

Наиболее важным технологическим параметром, определяющим выход продуктов и степень конверсии определенного сырья, характеризующегося соотношением углеводородов С5-С6, является температура в реакторе.

При температуре выше 260ºС выигрыш, с точки зрения конверсии нормальных парафинов, небольшой, поскольку он ограничивается термодинамическим равновесием, в то время как выход продуктов уменьшается. При температуре ниже 245ºС скорость конверсии нормальных парафинов значительно уменьшается, в то время как выход углеводородов С5 и выше остается стабильным. Оптимальная температура в реакторе при неизмененных заданных эксплуатационных условиях должна быть между этими температурами.

Слои катализатора в реакторе установки «Хайзомер» могут работать при различных температурах:

В первом слое может быть выбрана относительно высокая средняя температура, так как в первом слое протекает реакция гидрирования (полностью) и большая часть реакций разрыва колец.

Во втором слое и последующих слоях (если они применяются) температура может быть оптимизирована с точки зрения получения максимального выхода изопарафиновых углеводородов в продукте в результате оптимального сочетания скоростей реакций (более высокие скорости реакций при более высоких температурах) и термодинамического равновесия (более высокое количество изопарафиновых углеводородов на суммарное количество парафинов при более низкой температуре).

Не допустимо снижение температуры сырья до температуры 210ºС, при которой происходит капиллярная конденсация, поскольку это может привести к быстрой деактивации катализатора из-за отложения на нем кокса.

Самая высокая температура достигается на выходе из слоя катализатора. Максимальная температура не должна превышать 285ºС.

На рисунке 2.1 показана активность конверсии С5 и С6 как функция рабочей температуры. Способность катализатора достигать конверсии, близкой к равновесной, доказывается незначительным увеличением активности при температуре свыше 250оС.

Рисунок 2.1 Зависимость активности катализатора HYSOPAR от температуры

2.6.2 Объемная скорость

Объёмная скорость на единицу массы (WHSV) определяется как соотношение часового расхода жидкого сырья в кг/час к общей массе катализатора в кг, то есть:

Этот параметр является непосредственной мерой жёсткости режима. При постоянном количестве катализатора объёмную скорость можно менять, только изменяя расход жидкого сырья.

При более низкой объёмной скорости на единицу массы, то есть при более низком расходе сырья, увеличивается количество активных центров на молекулу углеводорода и увеличивается время контактирования (то есть время пребывания потока в реакторе). При постоянной температуре это приводит к повышению конверсии и к небольшому увеличению степени гидрокрекинга, что влечёт за собой снижение выхода продукта. Для сохранения оптимальных условий необходимо понизить температуру в реакторе. Но только значительное изменение расхода сырья может потребовать регулирования температуры в реакторе.

При высокой объёмной скорости, для достижения определённой степени конверсии нормальных парафинов, необходима более высокая температура в реакторе, что влечёт за собой снижение выхода продукта.

Объемная скорость составляет 1,65 час-1.

2.6.3 Мольное соотношение «водород : углеводороды»

Для обеспечения стабильности катализатора парциальное давление водорода в реакторе установки «Хайзомер» всегда должно быть выше 9-10кг/см2. Этот критерий определяет минимальное мольное соотношение «водород : углеводороды» в комбинированном сырье, подаваемом в реактор. Мольное соотношение «водород : углеводороды» будет оказывать влияние на концентрацию реагирующих веществ на катализаторе. Прямым результатом этого является то, что увеличение кратности рециркуляции циркулирующего водородсодержащего газа будет снижать степень конверсии, поскольку высокое парциальное давление водорода будет снижать степень конверсии парафинов в олефины (начальный этап в цепочке реакций изомеризации), и за счет этого будет уменьшаться выход изомеров.

Для получения продукта при этой же степени конверсии при более высоком мольном соотношении «водород : углеводороды» температуру в реакторе нужно будет увеличивать, что, однако, приведет к некоторому уменьшению выхода углеводородов тяжелее С5.

Мольное соотношение «водород : углеводороды» составляет 1,5моль/моль.

2.6.4 Давление в реакторе

Влияние давления в реакторе на эффективность работы реактора (на выходы и на качество продуктов) при избыточном давлении в диапазоне 15-25 кг/см2 относительно небольшое. Принимая избыточное давление (в пределах границ технологической установки) для отходящего из сепаратора продуктов газа равным 25 кг/см2 и избыточное давление (в пределах границ технологической установки) для подаваемого на подпитку свежего водородсодержащего газа равным 25-35кг/см2, избыточное давление в сепараторе продуктов получается равным 26кг/см2. Учитывая суммарный перепад давления в контуре реактора, равный 4,5кг/см2, давление на выходе из реактора получается равным 27,2кг/см2.

Несомненно, эксплуатация реактора при более высоком давлении способствует снижению скорости образования кокса. Давление в реакторе обычно поддерживается на его проектном уровне (или как можно ближе к нему) и не рассматривается в качестве переменного технологического параметра.

3. Общая характеристика проектируемой секции изомеризации[2]

.1 Назначение секции

Секция изомеризации предназначена для производства высокооктанового изомеризата - компонента бензина с октановым числом 78,5÷87,5 (по исследовательскому методу) из низкооктановой фракции НК-75 °C путем каталитического превращения в среде водорода низкооктановых углеводородов с прямой цепью в изомеры. В основу технологического процесса выбран процесс изомеризации фракции С5-С6 «Хайзомер», разработанный компанией «Shell».

3.2 Выбор места строительства

В процессе изомеризации необходимо присутствие водорода. На момент разработки проекта на НПЗ нет мощностей, направленных на целевое производство водорода. Водородсодержащий газ (ВСГ) является попутным продуктом установки каталитического риформинга (установка ЛГ-35-11/300-95). В районе установки риформинга имеется свободное место для строительства секции, что позволит сократить расходы на подключение к энергоресурсам, водоснабжению, канализации. Также, площадь помещения операторной установки риформинга, является достаточной для размещения технологического персонала секции изомеризации. В связи с этими факторами секция изомеризации фракции С5 -С6 размещается на свободной от застройки территории северо-восточнее установки каталитического риформинга. Рельеф территории характеризуется колебанием отметок от 73,0 до 79,0 м, с общим уклоном на юго-запад. Нормативное значение ветрового давления для III ветрового района - 0.38 кПа, нормативное значение веса снегового покрова для II района - 0.7 кПа. По многолетним наблюдениям средняя температура наиболее холодной пятидневки -32°С, абсолютный минимум -43°С, абсолютный максимум +40°С. Глубина промерзания грунтов 2,68м. Согласно инженерно-геологическим изысканиям площадка расположена в благоприятных для строительства условиях. Район строительства не сейсмичный.

В конечном итоге, выбор места строительства установки обусловлен наличием дешёвой энергии, большого количества водных ресурсов, пара от котельных, наличием высококвалифицированных кадров: инженерно-технических работников, химиков-технологов, механиков, энергетиков, автоматчиков и т.д.

3.3 Обеспеченность сырьём и энергоресурсами

По данным НПЗ обеспеченность сырьём секции изомеризации составляет 140-160 тыс. тонн /год. Так как всё ещё остаётся потребность в низкооктановых автомобильных бензинах, по согласованию с руководством компании была выбрана производительность секции 108000 тонн/год по сырью. Число часов работы в году ~ 8000.

С введением в эксплуатацию новой котельной на НПЗ потребность секции в пароснабжении обеспечена полностью.

По данным НПЗ потребность секции в энергоресурсах (электроэнергия, вода оборотная, питьевая, пожарная), канализация и утилизация промышленных стоков - обеспечивается полностью.

3.4 Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции

Данные раздела приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Характеристика сырья, материалов, реагентов, катализатора и продукции.

3.5 Материальный баланс секции

Материальный баланс секции изомеризации приведён в таблице 3.2

Таблица 3.2 Материальный баланс секции изомеризации

3.6 Ассортимент и характеристика получаемой продукции

Ассортимент получаемой продукции приведен в таблице 3.3

Таблица 3.3 Ассортимент получаемой продукции

Характеристика получаемой продукции приведена в таблице 3.4

Таблица 3.4 Качество изомеризата в соответствии с испытаниями компании Sud Chemie.

Таким образом, мы получили данные для расчета аппаратов

4. Описание технологической схемы

Технологическая схема проектируемой установки изомеризации разработана на основе процесса «Хайзомер» (Hysomer) фирмы Shell. В этом процессе используется катализатор с двойной функцией, состоящий из высокодисперсной платины, распределенной на активированном кислотном молекулярном сите с очень низким содержанием натрия. Катализатор работает под избыточным давлением водорода (10¸25 кг/см2) и температуре около 250ºС.

Сырьё секции изомеризации (фракция С5-С6) поступает из резервуарного парка на приём насоса Н-201/1,2 и далее подаётся через теплообменник Т-201 в деизопентанизатор К-201.

В сырьевой поток перед теплообменником Т-201 насосом Н-205/1,2 подаётся рециркулят (пентановая фракция) из флегмовой ёмкости депентанизатора К-203.

В теплообменнике Т-201 сырьё нагревается до температуры 62°С за счёт тепла кубового продукта колонны К-201.

Расход сырья контролируется и регулируется прибором с коррекцией по уровню в колонне К-201, регулирующий клапан установлен на линии подачи сырья в теплообменник Т-201.

Для подачи тепла в колонну К-201 используется кипятильник Т-202 с паровым пространством. Жидкость в кипятильник Т-202 выводится с глухой тарелки, расположенной под 1-ой тарелкой колонны К-201.

Углеводородные пары из кипятильника Т-202 подаются под 1-ую тарелку колонны К-201. Жидкость из кипятильника Т-202 самотёком поступает в низ колонны К-201.

Пары изопентана с верха колонны К-201 последовательно проходят конденсатор воздушного охлаждения А-201/1,2, водяной холодильник Х-201, где конденсируются и охлаждаются до температуры 40°С, и далее поступают в флегмовую ёмкость Е-201.

Изопентан из ёмкости Е-201 поступает на приём насоса Н-203/1,2 и подаётся в колонну К-201 в качестве орошения, а балансовое количество выводится в линию изомеризата с установки.

Фракция С5-С6 нормального строения (сырьё реакторного блока) с низа деизопентанизатора К-201 поступает в трубное пространство теплообменика Т-201, где охлаждается до температуры 46°С, и далее - на приём насоса Н-202/1,2.

Фракция С5-С6 нормального строения (сырьё реакторного блока) подаётся насосом Н-202/1,2 в межтрубное пространство теплообменников Т-203/2, Т-203/1, работающих последовательно.

В линию нагнетания насоса Н-202/1,2 перед теплообменником Т-203/2 компрессором ПК-201/1,2 подаётся циркулирующий водородсодержащий газ (ВСГ).

В теплообменниках Т-203/2,1 смесь сырья и ВСГ нагревается до температуры 200°С за счёт тепла продуктов реакции из реактора Р-201 и двумя параллельными потоками поступает в змеевики печи П-201, где нагревается до температуры 240-245°С.

Смесь сырья и ВСГ, нагретая в печи П-201 до температуры 240°С, общим потоком подаётся в реактор изомеризации Р-201.

Под верхний слой катализатора реактора Р-201 подаётся компрессором ПК-201/1,2 циркулирующий ВСГ с температурой 54-81°С и давлением 31кг/см2.

Продукты реакции из реактора Р-201 с температурой 260°С поступают в трубное пространство теплообменников нагрева сырья Т-203/1,2, холодильник продуктов реакции А-202, доохладитель продуктов реакции Х-202, где охлаждаются до температуры 35°С, и далее - в сепаратор высокого давления Е-202.

ВСГ из сепаратора продуктов изомеризации Е-202 поступает в сепаратор Е-203 и далее на приём компрессора ПК-201/1,2.

Для поддержания постоянного парциального давления водорода в ВСГ предусмотрена подача свежего ВСГ компрессором ПК-202 в сепаратор Е-203.

Свежий ВСГ на секцию поступает в сепаратор Е-206 на приёме компрессора ПК-202/1,2 с температурой 35°С и давлением 20кг/см2.

Свежий ВСГ с выкида компрессора ПК-202/1,2 поступает в холодильник ВСГ Х-206, где охлаждается до температуры 35°С, и далее подаётся на подпитку в сепаратор на приёме компрессора ПК-201/1,2 - Е-203.

Нестабильный изомеризат из сепаратора Е-202 поступает в межтрубное пространство теплообменника Т-204, где нагревается кубовым остатком стабилизатора К-202 - стабильным изомеризатом.

Подвод тепла для отпарки легких углеводородов осуществляется циркуляцией стабильного изомеризата через кипятильник Т-205 с паровым пространством.

Углеводородные газы с верха колонны К-202 конденсируются и охлаждаются в аппарате воздушного охлаждения А-203, затем двумя параллельными потоками направляются на доохлаждение в водяной холодильник Х-203 и с температурой 400С поступают в рефлюксную емкость Е-204. Углеводородные газы из емкости Е-204 сбрасываются в топливную сеть завода.

Сжиженный газ (стабильная головка) из емкости Е-204 насосами Н-204/1,2 подается на орошение в колонну К-202, а балансовое количество стабильной головки выводится с установки.

Балансовое количество стабильного изомеризата с низа колонны К-202 поступает в трубное пространство теплообменника Т-204, где охлаждается до температуры 920С, отдавая тепло сырьевому потоку колонны К-202, и далее направляется в депентанизатор К-203.

Для подачи тепла в колонну К-203 используется кипятильник Т-206 с паровым пространством. Жидкость в кипятильник Т-206 выводится с глухой тарелки, расположенной под 1-ой тарелкой колонны К-203.

Углеводородные пары из кипятильника Т-206 подаются под 1-ую тарелку колонны К-203. Жидкость из кипятильника Т-206 самотёком поступает в низ колонны К-203.

Пары фракции С5 с верха депентанизатора К-203 последовательно проходят конденсатор воздушного охлаждения А-204, водяной холодильник
Х-204, где конденсируются и охлаждаются до температуры 40°С, и далее поступают во флегмовую ёмкость Е-205.

Пентан из ёмкости Е-205 поступает на приём насоса Н-205/1,2 и подаётся в колонну К-203 в качестве орошения, а балансовое количество подаётся в качестве рециркулята в сырьё перед теплообменником Т-201.

Кубовый продукт депентанизатора К-203 - изомеризат поступает на приём насоса Н-206/1,2 и через водяной холодильник Х-205, где охлаждается до температуры 40°С, подаётся совместно с изопентановой фракцией (продукт верха колонны К-201) в резервуарный парк.

Схема материальных потоков приведена в графическом приложении №1.

На любом промышленном производстве постоянно возрастает применение устройств автоматизации технологических процессов.

Автоматизация производства - это этап машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций автоматическим устройством.

Под автоматизацией понимают применение методов и средств автоматики для управления производственными процессами.

Автоматизация технологических процессов предназначена для контроля, регулирования и управления различными процессами.

Задачей автоматического регулирования является поддержание оптимальных условий протекания какого-либо технологического процесса без вмешательства человека.

Автоматизация производственных процессов решается на базе применения комплекса различных устройств, от измерительных приборов до устройств сигнализации и блокировки.

Наиболее существенными из них являются:

·    устройства теплотехнического и технологического контроля;

·        устройства дистанционного управления;

·        устройства технологической сигнализации;

·        устройства тепловой защиты и блокировок;

·        устройства автоматического регулирования;

·        устройства автоматического управления.

Автоматический контроль осуществляется на расстоянии от контролируемого объекта. Подобная система автоматического контроля называется дистанционной.

При выборе между электронными и пневматическими средствами автоматики отдают предпочтение первым. Это связанно главным образом с тем, что электронные средства автоматики достигли высокого уровня взрыво- и пожарозащиты. Кроме того, они имеют значительно меньшую погрешность измерений, относительно дешевы и надежны.

Автоматизация технологических процессов создает следующие основные преимущества:

·    повышает экономичность установок;

·        повышает надежность их эксплуатации, снижая аварийность;

·        облегчает условия труда, поднимая его на высшую ступень;

повышает производительность труда.

6.1 Описание технологической схемы участка

Фракция С5-С6 нормального строения (сырьё реакторного блока) подаётся насосом Н-202/1,2 в межтрубное пространство теплообменников Т-203/2, Т-203/1, работающих последовательно.

В линию нагнетания насоса Н-202/1,2 перед теплообменником Т-203/2 компрессором ПК-201/1,2 подаётся циркулирующий водородсодержащий газ (ВСГ).

В теплообменниках Т-203/2,1 смесь сырья и ВСГ нагревается до температуры 200°С за счёт тепла продуктов реакции из реактора Р-201 и двумя параллельными потоками поступает в змеевики печи П-201, где нагревается до температуры 240-245°С.

Температура смеси сырья и ВСГ на выходе из теплообменников Т-203/2,1 регистрируется контроллером от датчика поз.TЕ118.

Расход 1-го потока (2-гопотока) смеси сырья и ВСГ в печь П-201 контролируется и регулируется контроллером от датчика поз.FТ309.1 (поз.FТ310.1) с сигнализацией минимального значения, регулирующий клапан установлен на линии подачи сырья в 1-ый змеевик поз.FV309 (2-ой змеевик) поз.FV310 печи П-201.

При достижении предельно минимального расхода 1-го потока (2-го потока) смеси сырья и ВСГ в печь П-201 по прибору поз.FТ309.2 (FТ310.2) срабатывает сигнализация и блокировка, прекращающая подачу топлива в печь П-201, при этом закрываются клапаны-отсекатели: ЗК-40 на линии жидкого топлива к печи П-201, ЗК-38 на линии подачи топливного газа к горелке.

Температура смеси сырья и ВСГ на выходе из печи П-201 регистрируется и регулируется контроллером от датчика поз.TЕ115 с сигнализацией максимального значения, регулирующий клапан поз. FV322 установлен на линии подачи топливного газа к основной горелке печи П-201.

При достижении предельно максимальной температуры смеси сырья и ВСГ на выходе из печи П-201 по прибору поз. TE116 срабатывает сигнализация и блокировка, прекращающая подачу топлива в печь П-201, при этом закрываются клапаны-отсекатели: ЗК-40 на линии подачи жидкого топлива к печи П-201, ЗК-38 на линии подачи топливного газа к горелке.

Смесь сырья и ВСГ, нагретая в печи П-201 до температуры 240°С, общим потоком подаётся в реактор изомеризации Р-1.

Температура смеси сырья и ВСГ перед реактором Р-201 регистрируется контроллером от датчика поз.TЕ123, давление - контроллером от датчика поз.PТ214.

Температура верхнего слоя катализатора реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчиков поз.TЕ132.1, поз.TЕ132.2, поз.TЕ132.3.

Под верхний слой катализатора реактора Р-201 подаётся компрессором ПК-201/1,2 циркулирующий ВСГ с температурой 54-81°С и давлением 31кг/см2.

Температуре верха нижнего слоя катализатора реактора Р-201 контролируется и регулируется контроллером от датчика поз. TЕ124.2 с коррекцией по расходу ВСГ, поз. FТ312. Регулирующий клапан установлен на линии подачи ВСГ под верхний слой катализатора в реактор Р-201.

Температура верха нижнего слоя катализатора реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчиков поз.TЕ124.1, поз.TЕ124.3. и прибором поз.TТ124.2 с сигнализацией максимального значения.

Температура середины нижнего слоя катализатора реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчиков поз.TЕ125.1, поз.TЕ125.2, поз.TЕ125.3.

Температура низа нижнего слоя катализатора реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчиков поз.TЕ126.1, поз.TЕ126.2, поз.TЕ126.3.

Перепад давления в верхнем и нижнем слоях катализатора реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчиков поз.PdТ212 с сигнализацией максимального значения.

Температура продуктового потока на выходе из реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчика поз.TЕ128 с сигнализацией максимального значения.

При достижении максимальной температуры продуктового потока на выходе из реактора Р-201 по прибору поз.TЕ129 срабатывает сигнализация и блокировка, прекращающая подачу сырья реакторного блока, при этом останавливается электродвигатель насоса Н-202/1,2.

Давление продуктового потока на выходе из реактора Р-201 регистрируется контроллером от датчика поз.PТ215.

Продукты реакции из реактора Р-201 с температурой 260°С поступают в трубное пространство теплообменников нагрева сырья Т-203/1,2.

6.2 Анализ технологического процесса, как объекта управления

На блоке изомеризации установки каталитического риформинга, в реакторном блоке предусматривается система автоматического контроля и регулирования.

Сырьем является прямогонная бензиновая фракция С5-С6. В результате процесса получаются продукт - стабильный изомеризат фракции С5-С6.

Процесс относится к непрерывному. В процессе производства для получения продукта необходимого качества, нужно соблюдать постоянство многих факторов, в число которых входят:

·                  расход газосырьевой смеси,

·        температура газосырьевой смеси внутри реактора,

·        расход холодного ВСГ на охлаждение в реактор,

·        давление газосырьевой смеси,

·        давление газопродуктовой смеси,

·        температура ГПС на выходе из реактора

·        температура газосырьевой смеси на выходе из П-201.

Система автоматического контроля позволяет:

·        снизить себестоимость продукта;

·        стабилизировать основные параметры процесса;

·        своевременно и достоверно обеспечить информацией обслуживающий персонал;

·        защитить оборудование при возникновении предаварийных ситуаций;

·        обеспечить требования охраны труда и техники безопасности в эксплуатации технологического оборудования.

6.2.1 Анализ тепловых и материальных балансов и разработка структурных схем контроля и регулирования

Тепловой баланс реактора Р-201

1-Q2+Qр - Q3 -Qпот. = (m/r)∙c∙(dT/dt),

где Q1 - количество тепла ГСС;

Q2 - количество тепла холодного ВСГ;

Q3 - количество тепла ГПС

Qр - количество тепла от реакции

Qпот. - потери тепла в окружающую среду;

m - масса теплоносителя;

c - теплоемкость теплоносителя;

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

dT - изменение температуры в реакторе.

Для нормального ведения процесса по данному тепловому балансу необходимо подать информацию о значении составляющих баланса и его параметре на ЭВМ оператора.

Для построения структурной схемы регулирования теплового баланса необходимо определить регулирующий параметр данного процесса - Q2 и основные возмущения - Q1, Q3, Qр, Qпот..

Учитывая ограничения по температуре необходимо обеспечить сигнализацию недопустимых отклонений температуры и защиты реактора по данному параметру.

Структурная схема объекта управления приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. - Структурная схема объекта управления

Тепловой баланс печи по сырью

Q1 - Q2 -Qпот. = (m/r)∙c∙(dT/dt),

где Q1 - количество тепла ГСС;

Q2 - количество тепла ГПС

Qпот. - потери тепла в окружающую среду;

m - масса теплоносителя;

c - теплоемкость теплоносителя;

r - плотность теплоностиля

dT/dt - градиент температуры в печи (регулируемый параметр);

dT - изменение температуры в печи.

Для нормального ведения процесса по данному тепловому балансу необходимо подать информацию о значении составляющих баланса и его параметре на ЭВМ оператора.

Для построения структурной схемы регулирования теплового баланса необходимо определить регулирующий параметр данного процесса - Q2 и основные возмущения - Q1, Qпот.

Учитывая ограничения по температуре необходимо обеспечить сигнализацию недопустимых отклонений температуры и защиты печи по данному параметру.

Структурная схема объекта управления приведена на рис.6. 2.

Рис.6.2. - Структурная схема объекта управления

Тепловой баланс печи по топливу

1 + Q2 + Q3 - Q4 - Qпот. = m∙c∙(dT/dt),

где Q1 - количество тепла топливного газа;

Q2 - количество тепла мазута;

Q3 - количество тепла реакции сгорания;

Q4 - количество тепла дымовых газов;

Qпот. - потери тепла в окружающую среду;

m - масса теплоносителя;

c - теплоемкость теплоносителя;

dT/dt - градиент температуры в печи (регулируемый параметр);

dT - изменение температуры в печи.

Для нормального ведения процесса по данному тепловому балансу необходимо подать информацию о значении составляющих баланса и его параметре на ЭВМ оператора.

Для построения структурной схемы регулирования теплового баланса необходимо определить регулирующий параметр данного процесса - Q1 и основные возмущения - Q2, Q3, Q4, Qпот.

Учитывая ограничения по температуре необходимо обеспечить сигнализацию недопустимых отклонений температуры и защиты печи по данному параметру.

Структурная схема объекта управления приведена на рис. 6.3.

Рис. 6.3. - Структурная схема объекта управления

Материальный баланс реактора Р-201

+ F2 - F3 = V/RT∙ (dP/dt),

где F1 - расход ГСС;

F2 - расход холодного ВСГ;

F3 - расход ГПС;

V - объем реактора

R - газовая постоянная

T - температура

dР/dt - градиент давления;

dР- изменение давления в реакторе.

Для нормального ведения процесса по данному материальному балансу необходимо подать значение всех составляющих баланса и его параметра на регулирующие и воздействующие приборы с ЭВМ оператора.

Для построения структурной схемы регулирования материального баланса необходимо определить регулирующий параметр данного процесса - F1, основные возмущения - F2, F3.

Структурная схема объекта управления приведена на рис. 6.4.

Рис. 6.4. - Структурная схема объекта управления

Материальный баланс печи П-201(по сырью)

Поскольку печь является только нагревательным аппаратом, материальный баланс печи П-1 не составляется.

6.3 Структурные схемы контроля и регулирования балансов

Контроль и автоматизация процесса

Управление и контроль технологическим процессом осуществляется с ЭВМ оператора, установленного в операторной установки каталитического риформинга.

Контроль и регистрация технологических параметров производится на ЭВМ оператора.

При понижении расхода сырья до значения 2371 м3/ч (по каждому потоку в змеевики печи) срабатывает сигнализация, а при значении 1185 м3/ч срабатывает блокировка на остановку сырьевого насоса Н-202 и автоматически закрывается клапан отсекатель на нагнетательном трубопроводе сырьевого насоса.

С ЭВМ оператора автоматически поддерживаются следующие технологические параметры реактора Р-201 и печи П-201:

регулирование расхода ГСС, поз.FT09.1, поз.FT309.2 с сигнализацией минимального значения.

-        регистрация давления ГСС, поз. PT214

         регистрация давления ГПС, поз. PT215

         регулирование расхода свежего холодного ВСГ, поз. FT312

         регулирование расхода топливного газа, поз. FV322

- регистрация температуры в зоне реактора Р-201, поз. TЕ124.1, TЕ124.2,TЕ124.3, TЕ125.1, TЕ125.2, TЕ125.3, TЕ126.1, TЕ126.2, TЕ126.3.

-        регулирование температуры ГСС на выходе из печи П-201,

поз.TЕ115

- контроль и регистрация температуры на перевалах печи П-201, TE113, поз.TЕ114.

изомеризация углеводород катализатор тепловой

Рис.6.5 - структурная схема

6.4 Обоснование выбора технических средств автоматизации

Автоматизированная система управления предусмотрена на базе контроллеров Logix-5000 фирмы Allen Bradley.

Для оснащения секции изомеризации выбраны следующие типы датчиков и средства дистанционного измерения параметров:

6.4.1 Температура

Термопары отечественного производства с градуировкой XА(К) в комплекте с импортными температурными датчиками фирмы АВВ серии 653Т с исполнением по взрывозащите: «взрывонепроницаемая оболочка» EExdIICT6 (для выполняющих функцию ПАЗ и предварительную сигнализацию или участвующих в вычислении хозрасчетного параметра).

Выходной сигнал: 4-20мА/HART протокол;

Термопары отечественного производства с градуировкой XА(К) в комплекте с импортными полевыми мультиплексорами фирмы MTL - MTL 831B с исполнением по взрывозащите: «искробезопасная электрическая цепь» 0ExiaIIC (для выполняющих функцию контроля).

6.4.2 Давление, перепад давления

Датчики избыточного, абсолютного и дифференциального давления импортного производства серии 614 EG, EA, 611 ED фирмы ABB c исполнением по взрывозащите: «взрывонепроницаемая оболочка» EExdIICT6.

Выходной сигнал: 4-20мА/HART протокол;

Для замерзающих и застывающих сред - датчики избыточного, абсолютного и дифференциального давления серии 614 ES и 611 ES в комплекте с выносными мембранами типа S6W той же фирмы.

Сигнализаторы давления взрывозащищенного исполнения «взрывонепроницаемая оболочка» ExdIIBT6 отечественного производства типа ДМ2005 Сг-Ex (всего 2 шт) с дискретным выходным сигналом.

6.4.3 Расход

Вихревые расходомеры типа Prowirl 77F с исполнением по взрывозащите: «взрывонепроницаемая оболочка» EExdIICT6 фирмы Endress-Hauser.

Выходной сигнал: 4-20мА/HART протокол;

6.4.4 Регулирующая и отсечная арматура

В качестве поставщика регулирующей и отсечной арматуры определена фирма ООО «Самсон Контролс» г.Москва - односедельные проходные клапаны серии 241, 251 и сегментные серии 72.3 с классом протечки IV-V для регулирующей арматуры и классом протечки VI для отсекающей арматуры.

Быстродействующая отсекающая арматура c временем срабатывания не более 12 сек, имеет конечные выключатели и управляющие электромагнитные клапаны с исполнением по взрывозащите «взрывонепроницаемая оболочка» EExdeIICT6. Регулирующие клапаны комплектуются электропневмопозиционерами с взрывозащитой того же исполнения. Все они комплектуются ответными фланцами, прокладками, крепежом, а также фильтрами, редукторами давления, а некоторые из них - пневматическими блокировочными реле.

6.4.5