70448

Разработка двухуровневой распределенной АСУ ТП секции 100 установки

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Установка гидрокрекинг предназначена для переработки вакуумного газойля в присутствии водорода на алюмоникельмолибденовом катализаторе с повторной переработкой рециркулята (остатка куба колонны фракционирования) для максимального производства дизельного или реактивного топлива.

Русский

2014-10-20

4.34 MB

13 чел.

110

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Введение

Установка гидрокрекинг предназначена для переработки вакуумного газойля в присутствии водорода на алюмоникельмолибденовом катализаторе с повторной переработкой рециркулята (остатка куба колонны фракционирования) для максимального производства дизельного или реактивного топлива.

Кроме этого на установке получаются бензиновая фракция (нафта), сероводород, углеводородные газы, рециркулят.

При необходимости, кроме указанных выше продуктов, могут быть выработаны углеводородные растворители, рефлюкс.

Установка гидрокрекинг может работать по двум вариантам:

- "дизельный вариант", т.е. вариант работы с максимальным производством дизельного топлива;

- "керосиновый вариант", т. е. вариант работы с максимальным производством реактивного топлива.

Технический проект установки Гидрокрекинга вакуумных дистиллятов выполнен французской фирмой "Текнип" совместно с французским институтом нефти (ФИН).

Головной проектной организацией по процессам гидрокрекинга является институт ВНИИПИНЕФТЬ.

Год ввода в эксплуатацию - 1975г.

Техническое перевооружение установки выполнено в 1996 году СП "Лентеп" (совместное предприятие с французской фирмой "Текнип").

1.1 Назначение процесса гидрокрекинга

Настоящая установка представляет собой процесс гидрокрекинга с максимальным производством дизельного или реактивного топлива с рециркуляцией неконвертированного продукта. Технологический процесс гидрокрекинга является процессом гидрирующего крекинга, который позволяет преобразовывать тяжелые нефтяные фракции в более легкие продукты /1/.

Превращение нефтяных фракций в более легкие продукты осуществляется только при реакциях конверсии, приводящих к уменьшению средней молекулярной массы. При этом скорость этих реакций зависит от вида целевых продуктов.

В данном случае, намеченной целью является максимальное производство средних дистиллятов (дизельное топливо или реактивное топливо). Поэтому процесс проводится в одну ступень путем подбора соответствующих рабочих условий и применения селективного катализатора,  с тем, чтобы максимально ограничить образование легких дистиллятов.

Процесс гидрокрекинга представляет собой совокупность ряда параллельных и последовательно протекающих реакций: расщепления  высокомолекулярных  углеводородов, гидрирования продуктов расщепления, гидроалкилирования алкилароматических углеводородов, гидрогенолиза (деструктивное гидрирование) сероорганических и азотсодержащих соединений и изомеризация  углеводородов. Протекают еще реакции уплотнения и коксообразования. Рабочие условия и катализатор гидрокрекинга обычно  выбирают  так, чтобы по возможности подавить две нежелательные последние реакции и обеспечить благоприятные условия для  протекания желательных реакций /3/.

Получаемые при гидрокрекинге продукты отличаются высоким качеством. Это объясняется протеканием реакций изомеризации нормальных парафиновых углеводородов, которая ведет к понижению температуры застывания топлив. В результате реакций гидрирования снижается  содержание ароматических углеводородов, гидрогенизационное облагораживание позволяет снизить в продуктах процесса содержание сернистых и азотистых соединений.

Рециркулят процесса имеет высокий индекс вязкости, хороший цвет и низкую коксуемость.

1.2 Физико – химические основы технологического процесса

1.2.1 Гидрогенизационная очистка сырья

В процессе гидрокрекинга перед проведением основных реакций сырье подвергается гидрогенизационной очистке от сернистых, азотистых, кислородосодержащих и металлорганических  соединений.

Сера содержится в сырье в виде элементарной серы, сероводорода, меркаптанов, алифатических и ароматических сульфидов, циклических  сульфидов, тиофенов. Устойчивость сернистых соединений увеличивается в следующем порядке:

меркаптан → дисульфид → сульфид → тиофен

С увеличением молекулярного веса сернистых соединений скорость гидрогенизационного обессеривания уменьшается /1/.

Реакции гидрообессеривания в условиях гидрокрекинга протекают очень быстро и могут считаться полными. Конечными продуктами реакции обессеривания являются углеводороды и сероводород.

      Основные реакции имеют вид:

Меркаптаны

Тиофены

Дисульфиды

      

Наряду с сернистыми соединениями при гидрогенизационной очистке гидрируется значительное количество смол, азотистых, кислородо-содержащих соединений и разрушаются металлоорганические  соединения.  Азотосодержащие соединения разрушаются, как правило, труднее, чем серо -  и  кислородосодержащие  соединения.

Скорость гидрирования азотосодержащих соединений возрастает с повышением температуры кипения сырья /1/. Выделяющийся при реакции аммиак нейтрализует кислые центры катализатора и снижает его активность. Поэтому, для удаления аммиака из водородсодержащего газа (ВСГ) продукты реакции должны подвергаться хорошей водной промывке.

При гидрогенизации металлоорганических соединений образуются углеводороды и металлы. Металлы отлагаются на катализаторе и снижают его активность.

1.2.2 Реакции гидрогенизации непредельных углеводородов

При условиях гидрокрекинга эти реакции протекают очень быстро и являются сильно экзотермичными.

Типичной реакцией является следующая:

Олефиновые соединения редко встречаются в дистиллятах прямой перегонки, но они встречаются в значительном количестве в сырье, поступающем с установки термического крекинга или установки коксования.

1.2.3 Гидрогенизация ароматических углеводородов

Эта реакция происходит при высоком давлении и большом расходе водорода.

С увеличением молекулярного веса ароматических углеводородов скорость гидрирования их возрастает, однако полиароматические соединения очень трудно гидрируются. При полной конверсии полиароматические соединения аккумулируются в рециркуляте и постепенно закоксовывают  катализатор, понижая его активность /3/.

1.2.4 Реакции гидрокрекинга

В процессе гидрокрекинга реакции углеводородных молекул осуществляются за счет иона карбония, поэтому молекула проходит олефиновую нестабильную фазу. На этой стадии реакции крекинга и изомеризации являются параллельными и чем выше температура, тем выше скорость крекинга.

Основными реакциями гидрокрекинга являются:

  •  гидродеалкилирование алкилнафтенов и алкилароматических углеводородов

  •  гидродециклизация полиароматических и полинафтеновых углеводородов

  •  гидрокрекинг парафинов

, где m + p = n

При  тех же условиях на катализаторе происходит и другая  реакция:

- гидроизомеризация парафиновых углеводородов

Реакция гидродеалкилирования протекает в значительной мере, если радикал состоит из большого количества атомов углерода. Напротив, она дает сухой газ,  когда  радикал  состоит  из этильной или метильной группы.

Реакция гидродециклизации нафтенов является одной из основных  реакций гидрокрекинга и имеет важное значение, так как от нее зависит селективность процесса и получения продуктов с высокими  характеристика-ми. Эффективность реакций такого типа может быть достигнута лишь при помощи оптимизированного  катализатора.

Все реакции, за исключением гидроизомеризации, то есть, для которых требуется расход водорода, экзотермичны /2/. Скорость вышеперечисленных реакций неодинаково меняется с повышением температуры ввиду разной  энергии активации. Ниже приводится для сравнения энергии активации различных реакций:

- гидродеалкилирование ароматических углеводородов    Е=40-45 ккал/моль

- гидродециклизация нафтенов                                    Е=25-30 ккал/моль

- гидроизомеризация циклогексана                             Е=35-40 ккал/моль

- гидрообессеривание                                                    Е=20-25 ккал/моль

- гидрогенизация ароматических углеводородов       Е=15-20 ккал/моль

Из вышеизложенного следует, что повышение температуры способству-ет реакциям разложения с уменьшением молекулярного веса углеводородов,  поэтому температура является избранной оперативной переменной на необходимую степень превращения.

С другой стороны, классификация устанавливается по реакционной способности углеводородов, которая основывается не  на энергии  активации,  а на коэффициентных отношениях поглощения водорода разными компонентами в такой последовательности:

сернистые полиароматические моноароматические парафиновые

Этой классификацией объясняется наибольшая экзотермическая  реак-ция в верхней зоне реактора, где преобладают реакции гидрообессеривания и гидрогенизация моноароматических компонентов, в то время как в нижней части зоны происходят реакции гидродециклизации и гидрокрекинг парафиновых углеводородов.

Однако какой бы не был критерий данной квалификации, указанный  порядок не может быть абсолютным, так как реакция углеводородов сильно меняется по мере изменения  молекулярного веса углеводородов.

Итак, один из самых реакционноспособных полиароматических угле-водородов может быть уже частично преобразован в парафиновые, в то время как углеводород того же ряда с меньшим молекулярным весом, следовательно, и с меньшей реакционной способностью будет только частично гидрирован в нафтеноароматический компонент.

Поэтому невозможно добиться 100% выхода среднего или легкого  дистиллята даже с применением катализатора, который ориентирует выход искомых продуктов, максимально уменьшая образование кокса. Следует также отметить, что рабочие условия, а особенно парциальное давление водорода, влияют на образование кокса.

1.2.5 Катализаторы

При изучении реакций на катализаторе гидрокрекинга становится ясно, что катализатор должен активировать связи Н – Н, С = С (олефины и ароматические), С – С, С – Н, С – S, С – N в присутствии сероводорода и аммиака, образовавшихся при гидрогенолизе сернистых и азотистых соединений, содержащихся в сырье.

В качестве катализаторов, соответствующих таким требованиям, применяются так называемые "бифункциональные" катализаторы. Они содержат сульфиды металлов группы VIII (Ni, Co, Fe) и групп V, VI (Mo, W, V) по периодической системе элементов, а также кислотные компоненты, как, например, алюмосиликаты.

Сульфиды  металлов,  или  точнее,  субсульфиды  (Co9S8, MoS2, Ni3S2, WS2 ...) придают катализатору гидрирующую активность, в то время как алюмосиликаты придают ему крекирующую активность.

Для селективности и максимальной продолжительности функционирова-ния катализатора, он должен быть оптимизирован в двух направлениях:

        - по структуре;

        - по каталитической активности.

Структура катализатора должна быть приспособлена к переработке  сырья с высоким молекулярным весом, большая часть которого во время реакции находится в жидкой фазе, что вызывает, в большинстве случаев, диффузионный процесс.

Каталитическая способность катализатора не должна понижаться действием сероводорода, кроме того, крекирующая способность должна быть удовлетворительной при наличии аммиака, который является нейтрализу-ющим агентом кислых центров катализатора.

Для повышения активности, перед подачей сырья в реакторы, следует провести предварительное сульфидирование катализатора. Предварительное сульфидирование катализатора преследует две основные цели:       

- позволяет получить каталитически активные центры, при переходе окисной формы катализатора в субсульфидную форму;

- позволяет ограничивать осаждение кокса при пуске, так как окиси металлов обладают более высокой крекирующей активностью, чем соответствующие субсульфиды.

Поскольку цеолитсодержащий катализатор HYC 642 обладает высокой начальной активностью, необходимо частично подавить его активность при пуске обработкой аммиаком, получаемым при разложении анилина на катализаторе (анилин вводится в сырье).

При использовании катализатора с оптимизированными  характерис-тиками и подборе соответствующих рабочих условий для каждого варианта, процесс характеризуется лучшей избирательностью и большой гибкостью.

Воздействие некоторых примесей может привести к обратимому или необратимому уменьшению активности катализатора. Таким образом, в целях предотвращения образования карбонильных металлов, следует ограничить содержание СО и СО2 в циркулирующем газе.

Несмотря на то, что парциальное давление сернистого водорода является необходимым фактором для поддержания сульфидированного состояния катализатора, чрезмерно высокое содержание H2S в циркулирующем газе вызывает снижение активности катализатора. Поэтому в циркулирующем  газе должна поддерживаться концентрация H2S, равная приблизительно 2%.

Вода и аммиак также отравляют кислотные активные центры катализатора и приводят к снижению его активности.

Отравление катализатора примесями CO, CO2, H2S и NH3 является обратимым и активность катализатора восстанавливается, когда исчезает причина отравления, за исключением случая, когда образовываются карбонильные группы.

1.2.6 Основные факторы процесса

1.2.6.1 Парциальное давление водорода

Парциальное давление водорода влияет непосредственно на гидро-генизирующее действие и устойчивость катализатора.

При повышении давления происходит более интенсивное насыщение молекул, подавляются реакции уплотнения молекул и коксообразования, сопровождающиеся блокированием активной поверхности катализаторов  углеродистыми отложениями, облегчается подвод водорода к активной поверхности катализатора. При этом увеличиваются расход водорода и стабильность работы катализатора.

Чем выше давление, применяемое при гидрокрекинге, тем  медленнее дезактивируются катализаторы.

При понижении давления происходит быстрая дезактивация катализатора,  вследствие усиления реакции коксообразования. Выбор этого параметра исходит из экономической целесообразности.

Общее давление в реакторе зависит главным образом от трех параметров:

     - выбранного парциального давления;

     - чистоты подпиточного водорода;

     - селективности катализатора.

На данной установке парциальное давление водорода в газе рециркуляции поддерживается не ниже 85 кг/см2.

Повышение концентрации углеводородов и других примесей в подпиточном водороде вызывает понижение концентрации водорода в рециркулирующем газе и для поддержания такого же парциального давления водорода потребуется повысить давление процесса.

Кроме того, снижение концентрации водорода в подпиточном водороде, вынуждает обогащать водородом рециркулирующий газ, путем его отдува из системы. При этом падает эффективность использования водорода, снижается производительность установки, перегружается циркуляционный компрессор из-за утяжеления газа.

В настоящем, чистота водорода составляет 99,5 % объемных, давление в сепараторе высокого давления В-151 установлено 102 - 112 кг/см2.

Образование сухого газа (С1 - С2) во время реакции в меньшей степени влияет на состав рециркулируемого газа. Это действие имеет тенденцию увеличиваться к концу цикла работы установки, так как потеря активности катализатора должна быть компенсирована повышением температуры, в результате чего увеличивается выход сухого газа.

Парциальное давление водорода определяется по формуле:

  (1.1)

   (1.2)

, где PH2 – парциальное давление водорода, МПа

        H2 – количество водорода в общей фазе,  

                   кмоль/час

        PO – общее давление, МПа

         О – количество общей фазы, кмоль/час

, где PH2 – парциальное давление водорода, МПа

        VH2 – содержание водорода в рециркули-

                    рующем газе, % об.

         PС – давление в системе, МПа

1.2.6.2 Коэффициент рециркуляции водородсодержащего газа (ВСГ)

Коэффициент рециркуляции - это отношение объема рециркулируемого ВСГ к объему сырья, подаваемого в реактор. В процессе гидрокрекинга он имеет важное значение и поддерживается довольно высоким (данные приведены ниже), что необходимо для достижения двух основных целей:

  •  поддерживать достаточное парциальное давление водорода и ограничивать таким образом осаждение кокса на катализаторе;
  •  минимально сократить перепад температуры в слоях катализатора путем подачи холодного ВСГ (квенчинговый газ) в реактор между слоями катализатора.

Ниже приводятся данные кратности рециркуляции водорода при работе установки по выработке дизельного или реактивного топлива:

                                                              Дизельное топливо   Реактивное топливо

Соотношение рециркулируемого ВСГ            813                                803

к сырью реакторов, нм3/м3 (при 15°С)

Соотношение ВСГ к сырью реакторов            530                                652

на входе в 1-й слой катализатора, нм33 (при 15°С)

1.2.6.3 Объемная скорость подачи сырья и температура реакции

В процессе гидрокрекинга объемная скорость подачи сырья и температура реакции рассматриваются совместно и дополняют друг друга.

Увеличение объемной скорости должна компенсироваться повышением температуры. Но это приводит к снижению селективности и активности катализатора.

Во время эксплуатации катализатора температура равномерно повышается в целях компенсации потери активности катализатора и поддержания постоянной степени конверсии.

В начале цикла работы катализатора температура не должна превышать 370-380°С. За этим  пределом нарушается равновесие между гидрирующей и крекирующей функциями катализатора, что приводит к очень быстрой потере активности.

Температура процесса при работе установки по выработке дизельного топлива и реактивного топлива приводится ниже:

Таблица 1.1 – Температура процесса

Тип катализатора

Средняя t °С в слоях  катализатора

HR 348      - начало цикла

   - конец цикла

370-390

420-425

       HYC 642    - начало цикла                                           

     - конец цикла                                            

380-395

410-425

Реакции гидрокрекинга являются сильно экзотермическими. С целью ограничения повышения температуры, объем катализатора разделен на 5 слоев и часть рециркулирующего газа (квенчиговый газ) подается между каждым из этих слоев. Объем каталитических слоев такой, что повышение температуры на  выходе  из  каждого слоя находится в пределах 20-25°С.

Средняя температура в реакторе должна быть постепенно повышена в течение всего цикла ввиду постепенной дезактивации катализатора. Максимальная температура на выходе из реактора должна быть 425°С.

Если температура проведения процесса имеет влияние на крекирующую функцию катализатора, то объемная скорость подачи сырья прежде всего влияет на гидрирующую функцию катализатора.

При заданной глубине превращения сырья, повышение объемной скорости подачи сырья потребует повышения температуры реакции, что вызывает уменьшение потребления водорода, ухудшение технических показателей продукции вследствие потери селективности катализатора, а также ускоренную дезактивацию катализатора.

  Объемная скорость                                               

             (1.3),     где - объем жидкого сырья, м3/час

                                            -объем катализатора,  м3

            Весовая скорость

           (1.4),         где - вес жидкого сырья, тн/час  

                            - вес катализатора, тн

                                                      Дизельное топливо   Реактивное топливо

Объемная скорость подачи свежего                

сырья по отношению к объему                         0,426                           0,266

катализатора, в час-1                         

Температура и объемная скорость процесса устанавливаются в зависимости от:

     - вида перерабатываемого сырья;

     - глубины конверсии за каждый проход;

     - селективности катализатора на разных ступенях  конверсии;

     - стабильности катализатора.

1.2.6.4 Тип сырья

В процессе гидрокрекинга тип сырья автоматически определяет оптимальные и технологические параметры, которые заложены в нормы. Основные характеристики сырья, которые влияют на результаты процесса, следующие:

Содержание серы.

Сера не действует как каталитический яд. Однако повышенное содержание серы в сырье понижает селективность катализатора и снижает выработку высококачественных продуктов,  вызывает повышение  расхода  водорода  и требует более глубокой очистки газа рециркуляции и газов, используемых в качестве топлива  на установке.  Содержание  серы в сырье на должно превышать более 3,5 % вес.

Более значительное содержание серы в сырье  повлечет за собой снижение производительности установки.

Содержание общего азота.

Содержание общего азота в сырье имеет решающее влияние на активность катализатора, тем самым определяя температурный уровень реакции. При повышенном содержании азота в сырье, выделяющийся аммиак подавляет крекирующую функцию катализатора.

Для поддержки требуемого уровня конверсии требуется повышение температуры реакции. При высоком содержании азота функция гидрогенизации уменьшается, отложение кокса на поверхности катализатора увеличивается, цикл работы сокращается со значительным ухудшением характеристики получаемых продуктов.

Содержание азота в сырье установки не  должно  превышать 0,15 % вес. Повышение этой величины потребует повышения температуры в 1-2-3-4 слоях катализатора и сократит продолжительность цикла работы катализатора.

Коксуемость по Конрадсону.

Высокое содержание кокса по Конрадсону показывает наличие в сырье сильно поликонденсированных молекул, разрушение которых требует повышения температуры при высоком давлении водорода. При установленном давлении повышение коксового числа по Конрадсону способствует понижению рабочего цикла. Коксуемость по Конрадсону сырья должна быть не более 0,6 % вес.

Содержание металлов.

Как уже указано выше, содержание металлов в сырье имеет непосредственное воздействие  на активность катализатора, а также влияет на продолжительность рабочего цикла и срок службы катализатора. Содержание ванадия и никеля в сырье  не  должно превышать 2 ppm.

Фракционный состав сырья.

Фракционный состав может влиять на разные характеристики продукции в зависимости от того, меняется ли температура начала или конца кипения сырья.

Влияние температуры начала кипения сырья.

Как правило, у идеального сырья температура начала кипения должна превышать температуру конца кипения целевого продукта. При получении дизельного топлива, фракции сырья, выкипающие при температуре ниже 370°С проходят минимальную трансформацию, что вызывает понижение дизельного индекса, повышает температуру застывания продукта, и становится особенно невыгодным к концу цикла.

Таким образом, понижение температуры начала кипения сырья ниже температуры конца кипения целевого продукта вызывает ухудшение качественных характеристик этого продукта.

Влияние конечной температуры кипения сырья.

Если содержание азота, кокса по Конрадсону и полиароматических углеводородов в сырье не сильно меняется с увеличением  конечной температуры перегонки, то получаемые продукты будут иметь лучшие характеристики.

Однако, когда содержание примесей быстро увеличивается при повышении конечной температуры кипения, это будет сильно влиять на глубину превращения сырья за один цикл и длительность рабочего цикла.

Происхождение сырья имеет весьма важное значение, так как сырье с высоким содержанием парафинов или с установок термического крекинга или коксования представляют большую  сложность для переработки.

Содержание ароматических и непредельных углеводородов в сырье.

В процессе гидрокрекинга реакции гидронасыщения ароматических и олефиновых углеводородов требуют большого расхода водорода и вызывают сильную экзотермичность.

Повышенное содержание ароматических углеводородов в сырье ведет к повышению расхода водорода и ухудшению качества некоторых продуктов (особенно реактивного топлива), а также  к понижению производительности установки.

Большое содержание в сырье олефинов термического крекинга или коксования приведет к понижению продолжительности цикла из-за тенденции этих продуктов к полимеризации на катализаторе.

Степень превращения сырья за проход.

Степень превращения сырья в реакторе за проход - это количество общего сырья реактора, которое превращается  в  более легкие продукты.

В случае, если степень превращения сырья за один проход слишком низкая, то процесс неэкономичен. Напротив, если степень превращения слишком высокая и при этом очень высокое соотношение свежее сырье: рециркулят, то значительно увеличивается  выход легких продуктов и потребление водорода. При этом наблюдается  падение селективности катализатора и выхода средних дистиллятов (дизельное и реактивное топливо).

Оптимальное значение степени превращения сырья меняется в зависимости от качества сырья и определяется с учетом трех параметров:

     - размера реакторов;

     - максимальной стабильности катализатора;

     - гарантированной селективности средних продуктов.

Степень превращения сырья при выработке дизельного топлива составляет 67,7 % об., а при выработке реактивного топлива - 42,3 % об.

  1.   Материальный баланс по установке

        Таблица 1.2 – Материальный баланс по установке

Наименование

Кол-во, тонн

Кол-во, %

1

2

3

Вакуумный газойль собст.

606 552,00

89,888

Водород PSA

18 764,00

2,781

Вакуумный газойль с НУНПЗ

49 469,00

7,331

Вакуумный газойль с МПК

0,00

0

Итого:

674 785,00

100

 

Основная продукция:

Бензин тяжелый

175 659,00

26,032

Бензин легкий

14 458,00

2,142

Дизтопливо г/оч."З"

145 401,00

21,548

Дизтопливо г/оч.

194 116,00

28,767

Всего:

529 634,00

78,489

Продолжение таблицы 1.2

1

2

3

Попутная продукция:

Рециркулят

84 170,00

12,474

Сухой газ

42 028,00

6,228

Сероводородный газ

9 569,00

1,418

Рефлюкс

6 350,00

0,941

Итого:

142 117,00

21,061

Потери на установке

3 034,00

0,45

ВСЕГО:

674 785,00

100

1.4 Характеристика сырья и продуктов производства

Таблица 1.3- Характеристика сырья и продуктов производства

Наименование сырья,

№ Госу-

Норма по

Область при-

материалов, реагентов,

дарствен-

Показатели

ГОСТ,

менения изго-

п/п

полуфабрикатов,изго-

ного или

Качества

ОСТ, ТУ

товляемой

товляемой продукции

отрасле-

продукции

вого стан-

Дартов

1

2

3

4

5

6

I. Сырье

с АВТ/ со ст.

1

Вакуумный газойль

1. Плотность при 20 оС,

Сырье

кг/м3, не более

_            910

установки

2. Фракционный состав:

А) Температура начала

260         210

перегонки, оС, не менее

б) Перегоняется до 350 оС,

10            10

%вес., не более

в) 96% перегоняется при

_           500

температуре оС, не выше

г) 98% перегоняется при

520          _

температуре 0С, не выше

3. Массовая доля серы,

3,5          _

%, не более

4. Массовая доля азота,

0,15      0,15

%, не более

5. Коксуемость по Конрад-

0,6        0,2

сону, % вес., не более

6. Цвет на калориметре

5,5          5,5

ЦНТ, ед. ЦНТ, не более

7. Массовая доля воды, %

отс. следы

2

Водород подпиточный

1. Объемная доля Н2, %,

99,5

Применяется в

Не менее

системе реак-

2. Объемная доля углеводо-

0,3

торной секции для гидриро-

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

родов (С1-С2), %, не более

вания углеводо-родов, S и N

2

3. Объемная доля азота (N2),

0,2

содер-жащих

%, не более

соединений

II. Материалы и реагенты

1

Фильтр–волокно ЯК-2

ТУ38.114148-

1. Внешний вид

Равномерно

Применяется для очистки

80

смешанная

растворов МЭА

однородная масса

от механичес- ких примесей и

от белого до

смол

серого цвета

2. Потеря массы при

68-78

Прокаливании, %

2

Уголь активированный

ГОСТ 4453-

1. Внешний вид

Тонкодис-персный

Применяется для очистки

осветляющий древес-

74   изм.5

порошок

растворов МЭА

ный порошкообразный

черного цвета без

от механичес- ких примесей и

Марки ОУ-Г

посторонних

смол

включений

2. Адсорбционная активность

50

по массе, %, не менее

3. Массовая доля золы, %,

10

не более

4. Массовая доля влаги, %,

10

не более

5. Массовая доля водорас-

2

творимой золы, %, не более

6. Степень измельчения, ос-

5

таток на сетке 0,1К, %,

не более

7. Массовая доля соединений

0,2

железа в пересчете на Fe, %,

не более

8. Водорастворимые соеди-

отс.

нения железа

3

ПМС-200А

ОСТ.6-02-20-

1. Внешний вид

Бесцветная жидкость, до-

Используется для предотвра-

79   изм.3

пускается

щения пено-

опалес-

образования в

цанция

растворах МЭА

2. Механические примеси

отс.

3. Вязкость кинематическая

- при 200С, сСт

150-400

- при 1000С, сСт

30-110

4. Температура вспышки в

255

открытом тигле 0С, не ниже

5. Массовая доля кремния, %

36-39

6. Пеногасящая способность

выд.

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

4

Моноэтаноламин тех-

ТУ6-02-915-

1. Массовая доля моноэта-

95

Применяется

нический           сорт 2

84   изм.2

ноламина, %, не менее

для очистки

2. Массовая доля диэтанол-

2,0

газов от

амина, %, не более

сероводорода

3. Плотность при 200С, г/см3

1,015-1,025

4. Массовая доля воды, %,

3,0

не более

5

Ингибитор коррозии

ТУ38.40132-

1. Внешний вид

Жидкость

Применяется для защиты

НВС-1-2

87

желто-корич-

оборудова-

невого цвета

ния от коррозии

2. Температура застывания,

Минус 50

0С, не выше

3. Плотность при 200С, г/см3,

0,940

не ниже

4. Вязкость кинематическая

33

при 200С, мм2/с, не более

5. Кислотное число, мг КОН/г,

30

не более

6. Защитное действие, %,

85

не менее

6

Ингибитор коррозии

ТУ49569.071-97

1. Внешний вид

Маслянистая

Применяется для защиты от

ДК-71

жидкость от

коррозии

светло-желтого до

системы авто-номного

коричневого

охлаждающего

цвета

водяного контура

2. Защитное действие, %,

70

не менее

3. Температура застывания,

минус 35

0С, не выше

4. Содержание воды, %,

10

не более

5. Температура вспышки в

90

открытом тигле, 0С

6. Плотность, г/см3

1,05-1,10

7

Анилин технический

ГОСТ 313-77

1. Внешний вид

Маслянистая

Используется для пассивации

с изм. 1,2

прозрачная

катализаторов

жидкость от

при пуске

светло-желтого до

установки

светло-кори-

чневого цвета

2. Температура кристаллиза-

минус 6,2

ции высушенного продукта,

0С, не ниже

3. Массовая доля анилина в

99,8

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

высушенном продукте, %,

не менее

4. Массовая доля нитробен-

0,0006

зола в высушенном продукте,

%, не более

5. Массовая доля воды, %,

0,1

не более

8

Смесь низкомолекуляр-

ТУ38.4018-87

1. Внешний вид

Безцветная или светло-

Используется для сульфиди-

ных диалкилдисульфи-

с изм.3

желтая

рования ката-

дов (дисульфиды, этил-

жидкость

лизаторов при

меркаптаны)

пуске установки

2. Массовая доля серы, %,

40

не менее

3. Содержание водораство-

отс.

римых кислот и щелочей

4. Содержание механических

отс.

примесей

III. Катализаторы

1

Катализатор HR-348

1.Насыпная плотность, г/см3

0,77+0,05

Используется в 4-х верхних

2. Диаметр гранул, мм

1,2

слоях реакторов

3. Длина гранул (средн.), мм

4,0

для гидрогени-

4. Компонентный состав:

зационной

а) массовая доля NiО, % вес.

2,7

очистки сырья и гидрирования

б)массовая доля MoO3,% вес.

16,5

ароматических

5. Индекс прочности на сжа-

0,9 (9)

углеводородов

тие, МПа (кг/см2), не менее

2

Катализатор HYC-642

1. Насыпная плотность, г/см3

0,75+0,05

Используется в

2. Диаметр гранул, мм

1,6

5-м слое реак-торов где про-

3. Длина гранул (средн.), мм

5,0

текают в основ-

4. Компонентный состав:

ном реакции гидродецикли-

а) массовая доля NiО, % вес.

2,4

зации и гид-

б)массовая доля MoO3,% вес.

12,0

рокрекинга

5. Индекс прочности на сжа-

1,0  (10)

парафиновых

тие, МПа (кг/см2), не менее

углеводородов

IV. Полуфабрикаты

1

Гидрогенизат из В-106

1. Плотность при 200С, г/см3

не нормируется

Является сырьем

2. Массовая доля серы, %

не нормируется

для блока фракцио-

3. Фракционный состав:

нирования

а) температура начала

не нормируется

перегонки, 0С

б) до 3600С перегоняется,

не нормируется

% весов

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

2

Смесь газов высокого

1. Массовая доля сероводо-

100

Используется как сырье для

и среднего давления из

рода, ppm, не более

установки

абсорбера С-201

производства

водорода или установки кон-

центрирования

водорода

(с. 1000)

3

Газ низкого давления

1. Объемная доля сероводо-

0,03

Используется

из абсорбера С-203

рода, %, не более

как топливный

газ на установке

4

Продукт из 4-го слоя

1. Массовая доля азота,

10

Данные необхо-димы для кор-

реакторов R-101A/B/C

ppm, не более

ректировки тех-

нологического

режима реакторов

5

Циркулирующий ВСГ

1. Плотность при 200С, г/см3

не нормируется

Применяется вместе с подпи-

2. Объемная доля водорода

80

точным водо-

2), %, не менее

родом в реак-торной секции

3. Объемная доля сероводо-

3,0

для обработ-

рода, %, не более

ки сырья

V. Готовая продукция

1

Бензиновая фракция

1. Фракционный состав:

а) начало кипения, 0С

не

Используется в

не выше

нормируется

качестве сырья

б) конец кипения, 0С,

180

установок

не выше

риформинга

2. Испытание на медной

выдерживает

пластинке

2

Топливо для реактив-

ГОСТ102

ТС-1   /   РТ

ных двигателей

27-86  с

1. Испытание на медной

выд.    выд.

(ТС-1, РТ)

изм.1

пластинке при 1000С в

течение трех часов

2. Плотность при 200С, кг/м3,

810       775

не менее

3. Кинематическая вязкость

мм2/с (сСт),

- при +200С, не менее

1,25      1,25

- при –400С, не более

8           16

4. Температура начала крис-

-60          -55

таллизации, 0С, не выше

5. Температура вспышки в

28          28

закрытом тигле, 0С, не ниже

6. Фракционный состав:

а) Температура начала

перегонки, 0С,

- не ниже

_           135

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

- не выше

150         155

б) 10% отгоняется при тем-

165          175

пературе, 0С, не выше

в) 50% отгоняется при тем-

195         225

пературе, 0С, не выше

г) 90% отгоняется при тем-

230         270

пературе, 0С, не выше

д) 98% отгоняется при тем-

250          280

пературе, 0С, не выше

7. Массовая доля аромати-

22            22

ческих углеводородов, %,

не более

8. Низшая теплота сгорания,

42900     43120

кДж/кг, не менее

9. Высота некоптящего

25             25

пламени, мм, не более

10. Кислотность мг КОН на

100 см3 топлива,

- не более

0,7            _

- в пределах

0,4         0,7

11. Йодное число, г. йода на

3,5         0,5

100 г. топлива, не более

12. Термоокислительная ста-

бильность в статических ус-

Ловиях при 1500С, не более

а) концентрация осадка, мг

18           6

на 100 см3 топлива

б) концентрация раствори-

_             30

мых смол, мг на 100 см3

топлива

в) концентрация нераствори-

_             3

мых смол, мг на 100 см3

топлива

13. Термическая стабиль-

10             _

Ность в статических усло-

виях при 1500С (концентра-

ция осадка, мг на 100 см3 топ-

лива), не более

14. Концентрация фактичес-

5              4

ких смол, мг на 100 см3 топ-

лива, не более

15. Массовая доля общей

0,25       0,10

серы, %, не более

16. Массовая доля меркапта-

0,005   0,001

новой серы, %, не более

17. Массовая доля H2S

отсутствие

18. Зольность, %, не более

0,003   0,003

19. Содержание водораство-

отсутствие

римых кислот и щелочей

20. Содержание мыл нафте-

отсутствие

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

новых кислот

21. Содержание механичес-

отсутствие

Ких примесей и воды

22. Массовая доля нафтали-

_            1,5

Новых углеводородов,%, не

более

23. Люминометрическое

_             50

число, не ниже

24. Термоокислительная ста-

бильность динамическим ме-

тодом при 150-1800С:

а) перепад давления на

_              10

фильтре за 5 часов, кПа,

не выше

б) отложения на подогрева-

_               2

теле, баллы, не более

25. Взаимодействие с водой,

балл, не более:

а) состояние поверхности

1              1

раздела

б) состояние разделенных

1              1

фаз

26. Удельная электрическая

проводимость, пСм/м:

- при температуре заправки

50          50

техники, не менее

- при 200С, не более

600        600

3

Топливо для реактив-

ГОСТ123

Т-6    /   Т-8В

ных двигателей

08-89  с

1. Плотность при 200С, кг/м3,

840       800

(Т-6, Т-8В)

изм.1

не менее

2. Фракционный состав:

а) Температура начала

перегонки, 0С,

- не ниже

195           165

б) 10% отгоняется при тем-

220          185

пературе, 0С, не выше

в) 50% отгоняется при тем-

225  не норм.

пературе, 0С, не выше

г) 90% отгоняется при тем-

290  не норм.

пературе, 0С, не выше

д) 98% отгоняется при тем-

315        280

пературе, 0С, не выше

3. Кинематическая вязкость,

мм2/сек. (сСт):

- при +200С

до 4,5   св.1,5

- при –400С, не более

60          16

4. Низшая теплота сгорания,

42900

кДж/кг, не менее

5. Высота некоптящего пла-

20          20

мени, мм, не более

6. Кислотность, мг КОН на

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

100 см3 топлива,

- в топливе без противоиз-

0,5           _

ной присадки, не более

- в топливе с противоизной

0,4-0,7

присадкой

- на месте потребления,

0,7         0,7

не более

7. Йодное число, г. йода на

0,8         0,9

100 г. топлива, не более

8. Температура вспышки в

62           45

закрытом тигле, 0С, не ниже

9. Температура начала крис-

-60          -50

таллизации, 0С, не выше

10. Термоокислительная ста-

бильность в статических

условиях, не более

- массовая концентрация

6             6

осадка, мг на 100 см3 топлива

- массовая концентрация

60            _

смол, растворимых в топли-

ве, мг на 100 см3 топлива

- массовая концентрация

отс.           _

смол не растворимых в топ-

ливе, мг на 100 см3 топлива

11. Массовая доля аромати-

10            22

ческих углеводородов, %,

не более

12. Массовая концентрация

4               4

фактических смол, мг на

100 см3 топлива, не более

13. Массовая доля общей

0,05         0,10

серы, %, не более

14. Масовая доля меркапта-

отс.        0,001

новой серы, %, не более

15. Испытание на медной

выд.     выд.

пластинке

16. Содержание водораство-

отсутствие

римых кислот и щелочей

17. Зольность, %, не более

0,003     0,003

18. Содержание механичес-

отсутствие

Ких примесей и воды

19. Содержание H2S

отсутствие

20. Массовая доля нафтали-

0,5         2,0

новых углеводородов, %,

не более

21. Термоокислительная ста-

бильность в динамических

условиях при 150-1800С:

- перепад давления на филь-

0,01      0,01

тре за 5 часов, МПа, не выше

- отложения на подогрева-

1               1

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

теле, баллы, не более

22. Люминометрическое чис-

45           50

ло, не менее

23. Взаимодействие с водой,

балл, не более:

а) состояние поверхности

1            1

раздела

б) состояние разделен-

1            1

ных фаз

24. Удельная электрическая

проводимость, пСм/м, в пре-

делах:

- при температуре заправки

_              50

техники, не менее

- при 200С, не более

_            600

4

Топливо дизельное

1. Фракционный состав:

Компонент

«летнее»

а) 50% перегоняется при тем-

280

товарного

пературе, 0С, не выше

дизельного

б) 96% перегоняется при тем-

360

топлива

пературе, не выше

2. Температура вспышки в

68

закрытом тигле, 0С, не ниже

3. Испытание на медной

выдерживает

пластинке

4. Температура помутнения,

минус  5

0С, не выше

5. массовая доля серы,

0,1

%, не более

5

Дизельное топливо

1. Фракционный состав:

Компонент

«зимнее»

а) 50% перегоняется при тем-

280

товарного

пературе, 0С, не выше

дизельного

б) 96% перегоняется при тем-

340

топлива

пературе, не выше

2. Температура вспышки в

35

закрытом тигле, 0С, не ниже

3. Испытание на медной

выдерживает

пластинке

4. Температура помутнения,

минус 25

0С, не выше

5. Температура застывания,

минус  35

0С, не выше

6. Вязкость кинематическая

1,8-5,0

при 200С, мм2/сек (сСт)

7. Массовая доля серы, %,

0,1

не более

6

Рециркулят гидрокре-

1. Фракционный состав:

кинга

а) температура начала

определение

Используется в

кипения, 0С

обязательно

ка-честве сырья

б) Температура конца

не норми-

на установке

кипения, 0С

руется

1А/1М, масло-

2. Вязкость кинематическая

блоке, уста-

Продолжение таблицы 1.3

1

2

3

4

5

6

при 500С, сСт

10,5-14

новках зоны №2

3. Температура вспышки,

170

0С, не ниже

7

Сероводород

1. Объемная доля сероводо-

95

Используется в

(H2S)

рода, %, не менее

ка-честве сырья на установке

получения

серной кислоты

1.5 Перечень аппаратов и их характеристики

Таблица 1.4 – Перечень аппаратов и их характеристики

Перечень

Номер

Материал

Технические

аппаратов

позиции

 

характеристики

1

2

3

4

 

 

 

 

 1 Реактор

R-101 А

А-387гр.Еа

Диаметр внутренний (Двн)=2500 мм;

 

А-182F321

диаметр наружный (Дн)=2952 мм; толщина

 

(аналога

стенки (бс)=226 мм; высота (Н)=25730мм;

 

нет,30%Cr,

высота с юбкой (Ню)=32280 мм; обьем

 

1%Mo+OX18

(V)=136000 л; температура рабочая=425оС

 

H10T)

Трас.=460°С; давление расчетное

 

 

(Ррас)=174 кгс/см2; давление рабочее

 

 

(Рраб)=130кгс/см2; давление пробное

 

 

 

(Рпроб)=232 кгс/см2; вес (М)=480 тн

 

 

2 Теплообменник для нагрева

Е-151 А

А 264(10

Поверхность (Fn)=233 м2; Двн=780 мм;

газосырьевой смеси

СД910+А

Двн=926 мм; Н=9292 мм; BRC(M)=14 тн;

продуктами реакции

240321)

Корпус: Ррас=177,5 кгс/см2;Рраб=161,3

 

(1Х2М1+

кгс/см2; Рпр=230 кгс/см2; Трас=380°С;

 

ОХ18Н10Т)

Траб=188/350°С; V=3240 л;

 

пучок:

пучок: Ррас.=126,9 кгс/см2;Рраб.=115,3

 

ОХ18Н10Т

кгс/см2;Рпр.=190,43кгс/см2;Трас.=450°С

 

 

V=1780л.

 

 

 

 

3 Теплообменник для нагре-

Е-101 А1

А 204В

F=233 м2; Двн=780 мм; Дн=926 мм;

ва газосырьевой смеси

Е-101 А2

(ст.16М)

Н=9292 мм; М=14,3 тн

продуктами реакции

 пучок

Корпус: Ррас=177,5 кгс/см2;Рраб=128,3

 

ОХ18Н10Т

кгс/см2; Трас=250°С; Траб=216°С;

 

 

Рпр.=300 кгс/см2

 

 

пучок: Ррас

 

 

кгс/см2;Рпр.=190,43кгс/см2;Трас.=450°С

 

 

Траб.=342оС

 

 

 

V=1780л.

Продолжение таблицы 1.4

1

2

3

4

 4 Воздушный холодильник

А-151 А

Трубы ASTM

Fор.тр.=26096 м2; Fгл.тр.=1110 м2;

продуктов реакции

А335гр12

V=807 л; Ррас=124,5 кгс/см2;

 

(12ХМ)

Рраб=104,1 кгс/см2; Рпр=186,5 кгс/см2;

 

коллектор:

Трас=185°С; Траб=166,4/45°

 

А350LF-2

nдв.=1460об/мин.,Nдв.=30кВт.,

 

(ст.20)

исполнение-ВЗГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 5 Нагревательная печь

F-101 А

Змеевик:

Мощность печи (N)=7,85х10°ккал/час;

сырья

08Х12Н10Т

Ррас=176,1 кгс/см2; Рвх=137 кгс/см2;

 

Двойники:

Рна выходе=115 кгс/см2; Твх=336°С;

 

А-351 С-4

Трас=566°С; Твых=415°С; КПД=71,5%;

 

GF8C

количество труб в камере радиации

 

(0Х18Н12Т)

(n тр)=24 шт; nконв=17 шт; число

 

 

ходов - 2;

 

 

Тдым.газов на выходе из камеры радиа-

 

 

ции 910°С,из камеры конвекции-460°С;

 

 

температура стенки труб-520°С;

 

 

диаметр труб-152х10,11

 

 

длина труб в камере радиации-6546 мм;

 

 

длина труб в камере конвекции-6986 мм;

 

 

размер печи 7200х3200х8152 мм;

 

 

полезная поверхность труб (Fтр)=470 м2;

 

 

количество форсунок - 8 шт;

 

 

 

вес змеевиков - 18,0 тн

 

 

 

6 Насос сырьевой центробежный

Р-151 А

 Корпус

Q=40-180 м3/ч;Qнор=70м3/ч,Н=1605м.в.ст.

с мультипликатором

АЗ52LCB

Траб= 80°С; Рраб=137,9;Рпр=225 кгс/см2;

марки ДVМХ 3.4.9

(ст.20)

nнас=4200 об/мин; Nдв=590кВт;

 

 

nдв=1500 об/мин; ступ-9,исполнение-ВЗГ,

 

 

Насос системы смазки: Q=47,5 л/час;

 

 

Рраб=5 кгс/см2; Рвс=-0,4 кгс/см2;

 

 

Nдв=0,6 кВт; n=1450 об/мин

 

 

 

исполнение-ВЗГ.

1.6  Описание технологической схемы

Технологическая схема приведена в графической части дипломного проекта – приложение А.

Реакторная секция предназначена для превращения вакуумного газойля в более легкие продукты. В данном случае, намеченной целью является максимальное производство средних дистиллятов (дизельное или реактивное топливо). Поэтому процесс проводится путем подбора  соответствующих рабочих условий и применения селективного катализатора, с тем, чтобы  ограничить образование более легких дистиллятов.

Кроме этого в реакторах на катализаторе в присутствии водорода происходит реакции гидрообессеривания и снижения содержания азотистых соединений в сырье до предельно-допустимых значений, не вызывающих отравления самого катализатора гидрокрекинга.

Принципиальная схема технологического процесса изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 Принципиальная схема технологического процесса

(реакторная секция, поток А)

Из сырьевой емкости В-153 свежее сырье в смеси с рециркулятом поступает на прием сырьевого насоса Р-151А. С выкида насоса Р-151А сырье подается в тройник смешения, где смешиваются с ВСГ, подаваемым компрессором К-151 и подпиточным водородом от компрессора К-102А. Расход сырья в тройник смешения регулируется прибором 10FICA04, клапан которого расположен на выкидном трубопроводе сырьевого насоса Р-151А в тройник смешения. При снижении расхода сырья ниже 40 м3/ч  после насоса Р-151А в тройник смешения  предусмотрена сигнализация (10FICA04(L)).

Для защиты насоса Р-151А на его выкиде установлен клапан Шредера, открытие которого происходит после пуска насосов, с выводом сырья в трубопровод его возврата от насосов Р-105А/В в резервуары товарного парка, при достижении расхода на выкиде насоса выше 40 м3/ч клапан Шредера закрывается.

Насос Р-151А снабжен сигнализацией и блокировкой по высокой температуре подшипников насоса и пониженному расходу продукта.

Для предотвращения прорыва ВСГ обратным ходом в сырьевой тракт на выкидном трубопроводе насоса Р-151А до тройника смешения  установлен  отсекатель 15UV01 который автоматически закрываются при остановке насоса.

Сырье, смешанное с ВСГ и подпиточным водородом из  тройника смешения подается в межтрубное пространство теплообменников Е-101 А1/А2, Е-151А, где нагревается за счет тепла продуктов реакции из реакторов. Далее газосырьевая смесь поступает в печь F-101А и проходит двумя потоками камеры конвекции и радиации, где нагревается до температуры 370-420°С за счет тепла сжигаемого топливного газа. Расход по потокам печи F-101А  регулируется   вентилями 10HCV17,18 по температуре каждого потока на выходе и температура контролируется приборами 10TIA5.01, 5.02. При повышении температуры общего потока газо-сырьевой смеси на выходе из печи выше 420оС срабатывает сигнализация (10TIA01(H)).

Температура газопродуктовой смеси объединенного потока из печи регулируется прибором 10TICA01, клапан которого 10FV49 расположен на подаче топливного газа соответственно в печь F-101А.

Для контроля и регулирования процесса горения топлива и нагрева газопродуктовой смеси в  печах  установлены  термопары для замера температуры дымовых газов на выходе из камер радиации, конвекции и поверхности труб змеевиков в камере радиации. Показания  контролируются соответственно приборами 10TI120, 10TI109 и 10TI121Х, 122Х в печи           F-101А.

Газопродуктовая смесь после печей F-101А поступает в верхнюю часть реактора R-101А.

Реакция гидрокрекинга протекает с выделением тепла и поэтому катализатор в реакторе R-101А разделен на пять слоев. В целях ограничения роста температуры между слоями на вход в каждый слой подается холодный циркулирующий ВСГ (далее "квенч") из трубопровода нагнетания компрессора К-151.

Температура продуктов реакции на вход во 2-й слой катализатора регулируется приборами 10TICA05; в 3-й слой - приборами 10TICA04; в 4-й слой -  приборами  10TICA03; в 5-й слой - приборами 10TICA02, клапаны которых расположены на соответствующих трубопроводах подачи ВСГ из коллектора в реактор R-101А.

Расход потока ВСГ в квенчинговый коллектор реактора R-101А регистрируется прибором 15FIA15. При снижении расхода ВСГ в коллектор до 18000 м3/ч срабатывает сигнализация (15FIA15(L)).

При повышении температуры в слоях катализатора (10TIA140-144(Н)) и на выходе продуктов реакции из реактора (10TIA32(Н)) выше 420оС  срабатывает сигнализация.

Контроль за температурой наружных стенок реакторов R-101А ведется по приборам 10TI130, 131.

Перепад давления в реакторе R-101А (не более 8 кгс/см2) контроли-руется соответственно прибором 10PdI01.

Из реактора R-101А продукты реакции проходят через трубный пучок сырьевых теплообменников Е-151А, Е-101А2/А1, где отдают тепло газо--сырьевым потокам. Температура продукта на выходе из теплообменников фиксируется прибором 15ТIA05. При снижении температуры продуктов на выходе из теплообменников до 130оС срабатывает сигнализация (15TIA05(L)).

Далее продукты реакции и ВСГ от компрессора К-151, подаваемого по антипомпажному трубопроводу, минуя сырьевые теплообменники, печь и реактор, на выход продуктов реакции из теплообменников, охлаждаются в воздушном конденсаторе-холодильнике А-151А до 40-65оС. Температура на выходе из А-151А регулируется прибором 15TIC08, за счет изменения угла атаки лопастей вентиляторов. При повышении температуры  на выходе из  холодильника  выше  65оС срабатывает сигнализация (15TICA08(H)).

Кроме этого конденсатор-холодильник А-151А имеет схему рециркуля-ции теплого воздуха и систему открытия и закрытия жалюзей по прибору 15TIC18. Существует сигнализация по низкой температуре воздуха (0оС) внутри короба конденсатора-холодильника (15TICA18(L)).

Во время реакции из азотистых соединений образуется аммиак, который образует с сероводородом сернистый аммоний. Во избежании отложения солей и коррозии труб холодильника солями сернистого  аммония  насосами  Р-152А/В в продукты реакции на вход в А-151А подается технологическая вода в количестве 5,0-8,0 м3/ч по прибору 15FICA16, который воздействует на соответствующие клапаны, расположенные на выкидных трубопроводах насоса Р-152А/В. При низком расходе воды (менее 4,6 м3/ч) на вход в холодильник А-151А срабатывает сигнализация (15FICA16(L)).

Смесь продуктов и воды после холодильников поступает в сепаратор  высокого давления В-151, где происходит разделение на циркулирующий ВСГ, нестабильный гидрогенизат и кислую воду.

ВСГ от компрессора К-151 делится на три потока: один поток нагнетается в тройник смешения, другой – подается по квенчинговому  коллектору в реактор R-101А и третий – по антипомпажной линии в продукты реакции на вход в А-151А.

Первый поток ВСГ с нагнетания К-151 смешивается с подпиточным водородом, который подается двумя параллельно работающими компрес-сорами К-102А/В, и подается в тройник смешения с сырьем. Расход регулируется прибором 10FIA27А, клапаном 10HV03 расположенным на трубопроводах подачи ВСГ в тройник смешения. При пониженной подаче ВСГ - 26000 м3/ч по прибору 10FIA27А(L) срабатывает сигнализация, а при очень низком - 18000 м3/ч по прибору 10FSA27В(LL)(CO) срабатывает блокировка по закрытию клапана 10FV49 и прекращается подача топливного газа в печь F-101А.

Второй поток ВСГ от компрессора К-151 направляется в квенчинговый коллектор реактора R-101А.

С нагнетания компрессора К-102А основная часть подпиточного водорода подается в первый поток ВСГ от компрессора К-151, подаваемого в тройник на смешение с сырьем.

Для отбора проб гидрогенизата имеется схема подачи газопродуктовой смеси из трубопровода после  конденсатора-холодильника  А-151А  в  емкость В-103. В эту же емкость имеется схема подачи ВСГ с трубопровода нагнетания компрессора К-151.


2 АВТОМАТИЗАЦИЯ

2.1 Анализ процесса как объекта автоматизации. Выбор параметров контроля, регулирования, ПАЗ

Автоматизация технологического процесса гидрокрекинга является непростой проблемой. Комплекс "Гидрокрекинг" представляет собой сложный объект. Основным технологическим агрегатом реакторной секции является реактор, который представляет собой объект с распределенными параметрами, подверженный случайными детерминированным возмущениям, воздействующим как на входные, так и на выходные параметры.

Основными задачами автоматизации реакторной секции являются:

  •  стабилизация основных  технологических параметров с целью получения продуктов заданного качества;
  •  оптимизация технологического процесса по технико-экономическому критерию.

Основными факторами технологического процесса являются:

  •  парциальное давление водорода;
  •  коэффициент рециркуляции водородсодержащего газа (ВСГ);
  •  объемная скорость и температура реакции;
  •  тип сырья;

Для поддержания заданного коэффициента рециркуляции и парциального давления водорода необходимо контролировать расход водорода и расход сырья в тройник смешения реактора. В качестве параметра регулирования выбирается расход сырья.

В процессе реакции температуру необходимо поддерживать довольно высокой, порядка 4000С. Для нагрева газосырьевой смеси до оптимальной температуры сначала она проходит через ряд теплообменников и дополнительно подогревается в печи. В целях поддержания оптимального режима работы печи необходимо контролировать температуру и расход газосырьевой смеси на входе в печь. Температуру газосырьевой смеси на выходе из печи можно регулировать изменением подачи топливного газа к горелкам. Также во избежание прогара труб печи необходимо контролировать равномерность расхода газосырьевой смеси по потокам и температуру поверхности труб печи.

Так как реакции, протекающие в реакторе являются сильно экзотермичными, то необходимо вести контроль за температурой в слоях реактора и за температурой стенок реактора. Регулировать температуру в слоях реактора можно изменением подачи в эти слои холодного ВСГ. Во время работы реактора проходимость слоев постепенно уменьшается. Это происходит по причине осаждения на катализаторе различных примесей или  по причине разрушения самого катализатора с образованием каталитической пыли. Поэтому для контроля за засорением реактора необходимо контролировать перепад давления на реакторе.

После реактора газопродуктовая смесь охлаждается в холодильнике воздушного охлаждения. Температура газопродуктовой смеси на выходе из холодильника регулируется изменением угла наклона лопастей вентилятора. Здесь также необходимо регулировать расход воды на промывку холодильника и температуру воздуха в коробе холодильника.

Кроме того, так как рециркулят подается насосом Р-151А, то необходимо следить за состоянием насоса. Нельзя допускать перегрева подшипников насоса, так как это может привести к их разрушению и выходу насоса из строя.

Выход некоторых параметров за границы установленные технологическим регламентом может привести к возникновению аварийной ситуации (выходу из строя или разрушению технологических аппаратов и даже к взрыву). Опасные отклонения таких особенно важных параметров необходимо сигнализировать.

Нормы технологического регламента нормального режима технологического процесса, а также нормы для предаварийной  и аварийной сигнализаций приведены в приложениях Б и В соответственно.

2.2 Обзор методов управления аналогичными процессами

Весьма интересен пример реализации системы управления, описанный в журнале [3].

Pаботающие по ограничениям и многопараметрические предиктивные регуляторы (МПР) были установлены на подогревателе ККФ (установка мягкого гидрокрекинга вакуумного газойля МГК ВГ). Всего за несколько недель, последовавших за введением в действие схемы, упреждающее регулирование обеспечило снижение расходов в среднем: водяного пара на 38 %, диэтаноламина (ДЭА) на 22 % и топлива на 5-10 %.

НПЗ фирмы OMV в Швехате был введен в действие в 1960 г.. В настоящее время это один из самых крупных в Европе и наиболее сложных, удаленных от моря НПЗ с ежегодной производительностью по первичной переработке нефти 10 млн. т. Каждый продуктовый поток подают на установки гидрообессеривания (ГО). Как часть схемы общезаводского упреждающего регулирования, включающей 27 узлов и реализуемой с помощью четырех ЭВМ для управления технологическими процессами и двух распределенных вычислительных систем (РВС), средства упреждающего регулирования были размещены на установке МГК ВГ. Полный проект был выполнен за 2,5 года.

Описание процесса.

На установке ГО осуществляется обессеривание и частичный гидрокрекинг смеси тяжелых газойлей и крекированных средних дистиллятов. Годовой цикл работы установки составляет 6-8 мес. В начале пробега температуры в реакторе устанавливают таким образом, чтобы получать разумную степень превращения и приемлемую длительность пробега. Для протекания гидрокрекинга температуры периодически увеличивают с целью достижения максимально допустимых значений в конце пробега. При максимальных скоростях установка работает нормально. На рис. 1 приведена упрощенная схема технологического процесса.

Сырье для установки смешивают с обогащенными водородом потоками подпитывающего и рециркулирующего газов, нагревают и подают в реактор. Последний      содержит три слоя катализатора. Регулировка температуры на входе каждого слоя контролирует обогрев нагревателя сырья (слой 1) или добавление закалочного газа на входы слоев 2 и 3. Перед введением упреждающего регулирования промежуточные температуры изменялись с максимально допустимой ошибкой 20°С.

Поток, выходящий из реактора охлаждают. Жидкий продукт извлекают в сепараторах и направляют в отпарную колонну, где удаляют легкие компоненты и H2S. Нижний продукт отпарной колонны подают в разделителъ или на хранение. Газ, обогащенный водородом, из сепараторов высокого давления отмывают с помощью ДЭА для удаления H2S, компримируют и смешивают с сырьем.

Описание схемы упреждающего регулирования(рис. 2).

Все средства упреждающего регулирования на установках ГО связаны с ЭВМ для управления технологическим процессом, использующей систему программного обеспечения регулирования. При этом ЭВМ сопряжена с распределенной вычислительной системой. Установка МГК ВГ на НПЗ фирмы OMV может работать либо в режиме обессеривания, либо в режиме легкого гидрокрекинга. Исходная идея состояла в переключении регуляторов степени конверсии в разных реакторах. Один регулятор рассчитан на требования, предъявляемые к процессу обессеривания (превращения серы), а второй - к превращению в условиях мягкого гидрокрекинга. Из-за тесного взаимодействия разделителя (длительность времени запаздывания, независимость рабочего режима от упреждающего регулирования) с установкой МГК ВГ невозможно было разработать надежную модель для варианта МГК. Поэтому был установлен только регулятор степени конверсии, предназначенный для процесса гидрообессеривания. В этом случае для регулирования замкнутого контура необходима модель зависимости средневзвешенной температуры слоя (СВТС) катализатора от степени превращения при ГО. 

Анализатор серы, работающий в нижней части от парных колонн под управлением центральной ЭВМ, применяют для регулирования процесса обессеривания, очень важного в течение первых четырех недель после пуска установки для поддержания концентрации серы ниже 0,2 мас. %. В режиме мягкого гидрокрекинга пре вращение оценивается по выходу непревращенного продукта в нижних частях разделителей и лабораторных значений (lab) выхода превращенного сырья, как это показано в уравнении:

Конверсия МГК=[(100-lab% превращенного сырья)*расход сырья - продукты низа разделителей]'/[(100-lab%превращенного сырья) * расход сырья]*100.

Регулятор СВТС.

Реактор данной установки ГО имеет три отдельных слоя катализатора. Температура каждого слоя регулируется нагревателем загрузки для первого слоя и величиной расхода закалочного газа для второго и третьего слоев. При этом СВТС регулируют корректированием температур на входе всех трех слоев с использованием системы многопараметрического предиктивного регулирования. Система охватывает несколько регулируемых переменных (РП) в течение, по крайней мере, квадратичной оптимизации управляемых переменных (УП). Многопозиционный регулятор данной установки имеет следующую схему отслеживания:

РП

СВТС

Допустимая ошибка температуры в реакторе

УП

Температура на входе 1-го слоя катализатора

ИОЗ

Температура на входе 2-го слоя катализатора

ИОЗ

Температура на входе 3-го слоя катализатора

ИОЗ

ПВ

Сырье

При этом переменная возмущения (ПВ) – расход сырья оказывает воздействие, как и управляемая переменная (УП), но не может быть установлена независимо. Многопараметрический регулятор также обеспечивает гибкость в установлении истинных неизменных значений (ИОЗ), или заданных значений, для регуляторов температур трех слоев катализатора с целью регулирования профиля температур. При этом ИОЗ может быть интерпретировано как заданное значение для УП. Если каждая РП достигла своего заданного значения и при этом не были нарушены ограничения для РП или УП, то регулятор старается достичь ИОЗ.

При этом ИОЗ могут быть установлены в соответствии с различными задачами:

  •  для энергосбережения в нагревателе сырья необходимо снижать до минимума температуру на входе 1-го слоя катализатора и увеличивать температуру на входе 2-го и 3-го слоев;
  •  разные типы катализаторов в различных слоях реактора могут потребовать разных заданных значений для этих температур;
  •  максимизация длительности цикла или, равным образом, отравление части катализатора в различных слоях требует одинаковых температур на входе слоев. При этом ИОЗ и соответствующие управляемые переменные (температуры на входе слоев катализатора в реакторе) должны быть установлены таким образом, чтобы значения температур на входе приближались друг к другу. Такой метод распределяет дезактивацию (катализатора) по трем слоям одинаково.

В результате, может быть увеличен срок службы катализатора, улучшено регулирование степени превращения и повышена степень кумулятивной конверсии, выраженной в тоннах продукции в год. Для защиты от нежелательных и опасных условий работы введены ограничения (максимальные значения температур в реакторе и нагревателе сырья, а также расхода закалочного газа).

Регулирование максимальной подачи сырья.

Задача максимизация расхода сырья, т.е. решение вопроса об ограничениях процесса, или пробеге установки с определенной производительностью. При этом очень важным фактором является возможность осуществлять с помощью оператора режим плавного перехода от максимального значения расхода сырья к плановому. Ограничения включают: наличие сырья, производительность нагревателя и его температуру, соотношение водород/углеводороды и температуры слоев катализатора. Если ограничение нарушено, регулятор снижает расход насколько это возможно. Координация ограничений по сырью и СВТС – это поддержание очередности регулирования (в первую очередь СВТС, во вторую - расход сырья).

Регулирование температуры сырья, поступающего в отпарную колонну, осуществляют в соответствии с рабочими ограничениями. При этом от потока, вытекающего из реактора будет отбираться возможное количество теплоты, что даст самый низкий расход топлива в нагревателе сырья, поступающего в реактор. Ограничения включают: минимальное значение температуры сырья, идущего в отпарную колонну, минимальный обогрев нагревателя загрузки и максимальный выходной сигнал регулятора расхода отпаривающего водяного пара.

Регулятор соотношения отпаривающий водяной пар/сырье.

Для уменьшения расхода водяного пара в отпарную колонну соотношение отпаривающий пар/сырье снижают до минимума в соответствии с рабочими ограничениями, которые включают минимальное соотношение орошение/сырье и минимальную температуру верха отпарной колонны (чтобы избежать коррозии в ее верхней секции).

Минимизация давления в отпарной колонне.

Давление в верхней части отпарной колонны также снижают до минимума в соответствии с рабочими ограничениями. Максимальных эксплуатационных характеристик данного регулятора достигают в комбинации с регулятором соотношения водяной пар/сырье. Ограничения включают максимальное приближение к режиму струйного орошения на верхней тарелке отпарной колонны, максимальные выходные сигналы регулятора давления и регулятора уровня в нижней части отпарной колонны, а также минимальное давление на линии всасывания сырьевого насоса перед разделителем ГО. Последнее ограничение становится важным в том случае, когда установка МГК работает с высокой производительностью. Основная цель данного ограничения – избежать проблем кавитации в указанном насосе.

Несколько других ограничивающих переменных для этого регулятора помещены в различные ЭВМ. Рабочие значения ограничений необходимо ввести в ЭВМ установки ГО через сеть. Большие, составные базы данных для установки требуют наличия многофункциональных ЭВМ для обслуживания всего НПЗ.

Регулятор соотношения Н2/нефтепродукты.

Соотношение водород/углеводороды - регулируемый параметр среди ограничений процесса. Этот узел схемы был разработай для процесса обессеривания вакуумного газойля, а не для процесса конверсии в режиме МГК. Повышенные