Способ регулирования процесса перегонки смеси нефтяного сырья

 

Изобретение относится к области нефтепереработки, может быть использовано при подготовке сырья на установках прямой перегонки нефти и вторичной перегонки тяжелых нефтепродуктов и позволяет повысить эффективность процесса перегонки многокомпонентного нефтяного сырья на фракции. Способ заключается в регулировании соотношения компонентов сырья в зависимости от величины энергии активации вязкого течения смеси сырья в основном потоке, определяемой по значениям динамической вязкости *98N 1 и *98N 2 смеси сырья, измеряемые вискозиметрами при заданных температурах T 1 и T 2. Температуры T 1 и T 2 выбирают такими, чтобы течение жидкой смеси сырья находилось в переходной области течения от неньютоновских к ньютоновским жидкостям, т.е. подчинялось степенному закону течения жидкости в капиллярах. 2 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!!

8746 А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4407592/23-26 (22) 11.04.88 (46) 30.08.90. Бюл. h - 32 (71) Московский нефтеперерабатывающий завод (72) С.А. Попов, А.Э. Грушевенко, В.P. Мартиросов, И.И. Столоногов, П.П. Надоненко, Т.П. Петрова, Ю.А. Голубев, З.И. Сюняев и С.А. Донченко (53) 66.012-52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !!> 1049522;кл. С 10 G 7/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

И- 1253985, кл. С 10 G 7/06, 1984. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ПЕРЕГОНКИ СМЕСИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ (57) Изобретение относится к нефтепереработке, может быть использовано при подготовке сырья на установИзобретение относится к нефтепереработке и может быть использовано при подготовке сырья на установках прямой перегонки нефти и вторичной перегонки тяжелых нефтепродуктов.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса фракционирования нефтесодержащего сырья.

На фиг.1 приведена принципиальная схема. устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ; на фиг.2 — корреляция энергии активации вязкого течения нефтяного сырья и выхода целевых дистиллятов в зависимости от концентрации в смеси сырья одного из компонентов. (51)5 С 10 G 7/06, G 05 D 27/00

2 ках прямой перегонки нефти и вторичной перегонки тяжелых нефтепродуктов и позволяет повысить эффективность процесса перегонки многокомпонентно. го нефтяного сырья на фракции. Способ заключается в регулировании соотношения компонентов сырья в зависимости от величины энергии активации вязкого течения смеси сырья в основном потоке, определяемой по значениям динамической вязкости и

1 и смеси сырья, измеряемым вискозиметрами при заданных температурах Т, и Т . Температуры Т и Т выбирают такими, чтобы течение жидкой смеси сырья находилось в переходной области течения от неньютоновских к ньютоновским жидкостям, т ° е. подчинялось степенному закону течения жидкостей в капиллярах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Устройство содержит линии 1 и 2 подачи компонентов сырья, датчики 3 и 4 расхода>блок 5 регулирования соотношения расходов и исполнительные механизмы 6 и 7 на линиях подачи компонентов сырья, вискозиметры

8 и 9, вычислительное устройство 10, насос 11, печи 12, ректификационную колонну !3.

Способ осуществляется следующим образом.

Соотношение потоков сырья 1 и 2 регулируют с помощью исполнительных механизмов 6 и 7, на которые поступает сигнал от блока 5 регулирования расходов. Контроль за общим расходом

1588746

Чтр V ллл

Ь +

3 " 6) &AANNA где — время запаздывания измене"Sea ния вязкости смеси от момента изменения концентрации компонентов в ней;

V — общий объем трубопроводов тр и полостей от точки смешения видов сырья до точки сырья и расходом по току сырья 2 про-, изводится " помощью датчиков 3 и 4 расхода, "игнал от которых поступает на блок 5 регулирования соотно5 шения расходов, который поддерживает общий расход сырья на заданном уровне. Далее смесь сырья поступает на часосный агрегат ll и подается через подогреватель 12 сырья в рек- 1п тификационную колонну 13 для разделения на фракции. Отбор сырья для определения его динамической вязкости при заданных температурах Т, и Т на вискоэиметрах 8 и 9 соответственно производится перед печью 12.

Общий расход сырья задается исходя из технологической необходимости ус" тановки разделения нефтесодержащего сырья. Соотношение компонентов и 2О сырья изменяется блоком 5 при неизменной заданной общей производительности установки и поддержания постоянным при изменении общей производительности..

Измерение динамической вязкости смеси сырья ведется непрерывно с постоянной скоростью движения нефте" продукта в капилляре выхода и при заданных температурах Т„ и Т виско- 3р зиметрами 8 и 9. Температуры для определения динамической вязкости 1 и

1 1 выбирают такими, чтобы течение жидкой смеси сырья находилось в переходной области течения от неньютоновских к ньютоновским жидкостям, т.е. подчинялось степенному с незначительной аномалией закону течения в капиллярах. Значения динамической

ВЯзкости сырьЯ g u Q (при T u T 40 соответственно) фиксируются вычислительным устройством 10, которое производит опрос электронных сигналов от вискозиметров 8 и 9 с интервалами

5 с. Одновременно вычислительное уст- 45 ройство определяет запаздывание изменения вязкости смеси от момента изменения концентрации, которое определяет как

50 отбора сырья иэ потока- к приборам 6 и 7;, Ч „- объем линий от основного потока сырья к вискоэиметрам 6 и 7;

Ы„ „- объемная скгрость сырья в линии от основного потока к вискозиметрам 6 и 7. смс- объемная скорость сырья в потоке.

Скорость изменения концентрации компонентов в сырье W выбирается для каждого конкретного случая и зависит от, и характера изменения

9 0 IT

Е„„ смеси сырья от концентрации компонентов.

На начальной стадии регулирования для фракционирования подается компонент 1 сырья (концентрация компонента сырья: 1 — I 100X, концентрация компонента сырья 2 — I 0). Затем подают компонент сырья 2 и увеличивают его концентрацию в смеси сырья от

0Х с выбранной скоростью изменения концентрации W . При этом вычислительное устройство по сигналам вискозиметров 8 и 9 по заданной программе определяет E „ смеси сырья, которая находится решением системы уравнений:

1пi1 = 1п + E„„ /RT<

1n qp 1пi1 + Е „, /RT где 1п 1 — константа уравнения;

R - универсальная газовая постоянная.

Увеличение концентрации сырья 2 в смеси прекращается при получении стабильного роста значений Е „ смеси сырья, при этом граничные условия устанавливаются для каждого конкретного вира сырья (смеси нефтей, мазута и т.д.) по: изменению Е „ от I, определенному исследовательским путем, По найденной совокупности значений

Е „ с учетом С вычислительное уетройЗао ство определяет коэффициенты полинома

Е „= А + В? + CI + DI ) + PI +

+ К1 где А,В,С,D,Р, R — определяемые посто явные.

Условиями для оптимальной концентрации видов сырья в сырьевой смеси будут

5 ((ЕФ кт = 01 Е«акт(0

158

Решая систему уравнений, вычислительное устройство определяет для указанных условий оптимальную концентрацию сырья 2 ? 1", после чего передает сигнал для устанавливания оптимальной концентрации сырья 2 (I0AT) Hs oK 5 eI. nHpo sHHs pàc2 ходов компонентов сырья, который уста. навливает и поддерживает оптимальную концентрацию сырья 2 в смеси сырья.

После определения оптимальной концентрации компонентов в смеси сырья система регулирования следит эа ее стабильным поддержанием с помощью блока 5 управления расходами компонентов сырья и эа значением энергии активации вязкого течения смеси сырья — с помощью вискоэиметров 8 и 9 на потоке и вычислительного устройства 10. При длительных отклонениях Е при неизменном I 1, опт

«кт составляющих по времени не менее

60 мин, и по,величине превышающих среднестатистические отклонения д Р„„ система автоматического регулирования повторяет поиск оптимальной концентрации сырья 2, изменяя установленную

I1 в сторону увеличения или в сторону уменьшения. При этом уточняются константы полинома E „„ =. f(I1). Поиск проводится по описанному выше алгоритму, с тем отличием, что началь= ной стадией служит не I z = О, а концентрация сырья 2, равная предыдущей

Т опт

В качестве компонентов нефтесодержащего сырья используют сырье с физико-химическими характеристиками, приведенными в табл,1, Пример 1. Вакуумной перегонке подвергается мазут с активирующей добавкой (см.табл,l), Сырье 1 — мазут товарной смеси

Западно-Сибирских нефтей.

Сырье 2 — экстракт селективной очистки фракции 350-420 С.

СкороcTb подачи смеси сырья

ll5 т/ч (31,94 кг/с). Температура нагрева сырья в трубчатой печи о

400 С. Вакуум в зоне ввода сырья в ректификационню колонну 650 мм рт.ст.

Число теоретических тарелок в ректификационной колонне 10. Фракционный состав целевой широкой масляной фракции, отбираемой в колонне, 270-495 С.

Температуры для определения энергии

8746 6 активации вязкого течения смеси сырья выбраны Т 30 С, Т 50 С.

По характеру влияния концентрации сырья 2 в смеси на Е „ смеси сырья, определенному исследовательским путем, принимают скорость изменения концентрации W равной

0,5 мас.г./ч.

Допустимое отклонение Е„„,сырья для повторного поиска иэ статистических данных отклонения Е при мно«КТ гократном определении исследовательским путем на эталонной смеси принима-. ют равным 0,5 кДж/моль.

Выход целевого дистиллята на сырье рассчитан из материального баланса ректификационной колонны.

Данные поиска с шагом изменения

20 концентрации компонента 2 в компоненте 1 даны в табл.2.

Оптимальное соотношение компонента 1 (сырья 1) и компонента 2 (сырья

25 2) в смеси, полученное в результате компьютерной обработки информации вычислительным устройством 10, равно

97,8:2,2. При этом Е„„ смеси сырья составила 37,0 кДж/моль. Блок 5 регулирования расходов устанавливает по заданному соотношению расходы сырья

1 112,47 т/ч, сырья 2 — 2,53 т/ч.

Увеличение выхода целевой широкой масляной фракции при этом составляет

6,5 мас.X на сырье.

В случае, если изменяются физикохимические параметры сырья 1 или сырья 2, что влечет за собой измене40 ние зависимости и E« = f(Т1), появляется отклонение значения Е(смеси се кт сырья — АЕ«„т.Если dE «„т при Iz =

= const превышает 0,5 кДж/моль, то система проводит повторный поиск опт

I z с помощью уточнения зависимости

E (((к т

Изменив фракционный состав мазута

Западно-Сибирских нефтей в сторону его облегчения на 10 С при неизмен6 ном соотношении сырья 1 и сырья 2 в смеси, равном 97,8:2,2, получают отклонение Д Е = 1, 2 кДж моль

По указанному выше граничному условию система автоматического регулирования включается в поиск и опт уточнение

По заданию от вычислительного устройства 10 блок 5 регулирования

1588746 расходов через исполнительныемеханизмы.б и 7 со скоростью .0,5 мас.7/ч увеличивает концентрацию сырья 2 в смеси.

Увеличение концентрации сырья 2

5 в смеси на 1 мас.X дает стабильный рост E „т смеси от 38,2 до !

39,8 кДж/моль. Поиск в сторону увеличения прекращается, после чего по заданию от вычислительного устройства 10 с помощью блока 5 регулирования расходов и исполнительных механизмов 6 и 7 со скоростью 0,5 мас.X/ч уменьшают концентрацию сырья 2 в l5 смеси сырья. По граничному условию уменьшение Т прекращается после получения стабильного роста Е „„ смеси при I » = 0,8 мас.X. По уточненной зависимости Ео,„т= f(Т<) вычислитель- 20 ное устройство 10 определяет оптимальную концентрацию сырья 2 для изменившихся условий, равную 1,8Х.

Сигнал, устанавливающий уточненную оптимальную концентрацию сырья 2 в смеси сырья, передается на блок 5 регулирования расходов, который с помощью исполнительных механизмов 6 и 7 устанавливает расход сырья 1 и сырья 2 в заданном соотношении, 30 т.е. 98,2:1,8. Выход целевого дистиллята при этом составляет 66,2 мас.X...

Пример 2, Перегонка смеси нефтей товарной смеси Западно-Сибирских нефтей и Узеньской нефти. 35 °

Сырье 1 — товарная смесь ЗападноСибирских нефтей.

Сырье 2 — Узеньская нефть.

Физико-химические свойства нефтей даны в табл,1. 40

Общая. производительность установки. фракционирования нефти 360 т/ч.

Температура нагрева сырья в трубчатой печи перед вводом в ректификационную колонну 375 С. Давление в 45 L зоне ввода сырья в колонну 1,4 кг/см .

Число теоретических тарелок в колонне

30, Из ректификационной колонны выво-» дится три целевых дистиллятных фракции: HK 180 С, 170-240 С и 230-360 С.

Снизу колонны выводится остаток перегонки мазут. Качество дистиллятных фракций задано в жестких пределах и поддерживается изменением материального баланса колонны. В низ колонны вводится водяной пар с температурой

400 Си расходом 4,5 т/ч (1,25 кг/с).

Температуры для определения энергии активации вязкого течения смеси нефтей выбраны: Т, = 20 С; Т = 50 С.

Скорость изменения концентрации компонентов в смеси сырья выбирают равной 5 мас.Ж/ч.

Границу повышения концентрации сырья 2 в смеси после начала стабильного увеличения Е дктпринимают для первичного поиска I г = 1007., При первичном поиске выбирается из полиэкстремальных значений Е акт значения, удовлетворяющие условию опт

При нахождении Т добавляют усло вие

one

< Е акт 1 опт где Е „ — оптимальное значение Е 1„ акт для смеси нефтей;

Š— значения энергии активас кт Э ции вязкого течения смесей нефтей, удовлетворяющих условию Е " <О;

Повторные поиски корректируют I опт вокруг положения выбранного в первичном поиске, Табличные данные первичного поопг иска Т приведены в табл.3

Оптимальная концентрация сырья 2 в смеси, определенной вычислительным устройством 10, равна 30 мас.X.

Объемы сырьевых потоков при этом соотношении составляют 252 т/ч по сырью 1 и 108 т/ч по сырью 2.

Суммарный выход дистиллятных фракций составляет 51,9 мас.Х, что на

3,07 мас,X выше значений отбора, рассчитанных по правилу аддитивности.

Допустимое отклонение Е кт для возобновления повторного поиска оптимальной концентрации сырья 2 принимают равным 0,3 кДж/моль.

Алгоритмы первичного и повторного поиска оптимального соотношения видов сырья те же, что и приведенные в примере 1.

Внедрение изобретения позволяет повысить выход дистиллятных фракций при перегонке нефти, сэкономить энергоресурсы и повысить четкость разделения сырья на фракции.

158

Формула и э обретения!

8746

I, Способ регулирования процесса перегонки смеси нефтяного сырья путем изменения его подачи в печь, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса и увеличения выхода дистиллятных фракций, при подаче смеси нефтяного сырья, состоящей из исходных компонентов различного структурно-. группового состава, дополнительно измеряют динамическую вязкость смеси сырья при таких температурах, при которых течение жидкой смеси сырья в

1О

Таблица!

Зап-Сиб. нефть товарная смесь

Иаэут

ЗапСиб, Характеристика сырья

УзеньсЭкстДистиллят фр. 270420 С

Листиллятный крекинг, остаток кая нефть ракт фр.

350420 С товарной смеси

863

856 — 18

+21

+32

+2

I,87

0,47

2,43 2,1

7,26 0,3

2,4

1,8

4,82

4,30

0,005

54

127

324

78

349

276 308

445 360

443

308

499

535

274

292

341

372

411

2,9

13,6 27,1 16 5 6,1

55,6

52,7

15,3

72,7

10,9

59,9

24,3

51,9

2,5

9,3!

6,4

Осталь- 9,7 ное

2,3

0,9

4,9

Остальное

Вязкость динамическая при 50 С

128,0 52,4

6,2

8,1

182,0 Содержание парафина с Т.пл. 50 С

Плотность, кг/м з

Температура. застывания, С о

Содержание S, мас. Х

Коксуемость; мас.X

Фракционный состав, С

НК

I0X

50Х

90Х

КК

Структурно-групповой состав

Парафино-нефтеновые мас.Х

Ароматические, сумма

Смолы, мас.Х

Асфальтены, мас.Х капиллярах подчиняется степенному закону, по измеренным значениям ди.намической вязкости определяют вели5 чину энергии активации вязкого течения сырьевого потока и в .зависимости от нее регулируют соотношение расходов компонентов в сырьевом потоке.

2. Способ по п.l о т л и ч а юшийся тем, что соотношение исходных компонентов поддерживают оптимальным по минимальному значению энергии активации вязкого течения сырьевого потока. .I

947 936,4 1034,1 987

1588746

Т а б л и ц а 2

Характеристика смеси сырья

Концентрация компонента 2, ма с.7.

0,0 1,0 2,2 ) 3,0 . ч,О ) 5,0

345 314 289 298 317 331

128 119 116 . 118 122 125

403 395 372 377 389 396

61,2 59,7 59,1

56,1

59,0

62,6

Та блица3

Концентрация сырья 2 мас 7

40 50 60 67 85 100

Характеристика смеси

34,5

l l,8

28,2

40,6 48,8

14,7 16,1

26,7 29,1

34,2

12,5

26;4

34,1

13,1

25,1

29,7

ll,0 °

26,1

22,1

10,3

20,0

2I,9

9,0

23,3

18,5

8,1

21,7

48,3 46,4 47,2 48,8 45,8 44 ° 7

51,9

50,0

50,6

48,24

+0,06

48,83

+3,07

45,58 44,7

0,22 0

50,6

46,647

+2,15

47,06

-0,14

49,71

+0,29

47,65

-1,25

Фиг. t

1(а1а фяа а иа эвверавм L смыва, ек Ъ файв.?

Составитель Г. Кротков

Редактор Н. Киштулинец Техред Л.Олийнык

Корректор М. Максимишинец

Тираж 447

Подписное

Заказ 2515

ВНИИИИ Государственного комитета по! изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113!135, Москва, Ж-Э 5, Payer кая наб., д. 4/5

Производственно-иэд,! гальский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ЗОС, мПас

11, 50 С, мПа. с

Е, кДж/моль

Выход целевых дистиллятов, мас.Ж на сырье

20 С, мПа.с

50 С, м11а с

Е .„„ к!1 к/моль

Выход днстнллятон до 360 С мас.й на сырье

Выход дистиллятон, рассчитанный нз . услония алдитинности, мас.Z

Отклонения (рбс.) Ю ш

4

Ю

Ф

4! !!0 3

Ф