Процесс замедленного коксования

Коксование нефтяных остатков и высококипящих дистиллятов вторичного происхождения используют для получения мало­зольного электродного кокса, применяемого в алюминиевой про­мышленности. Одновременно получаемые коксовые дистилляты вовлекаются в дальнейшую переработку для получения свет­лых нефтепродуктов. Коксование ведут при давлении 0,1— 0,3 МПа и температуре 480—540 °С.

Автоматическая система контроля и регулирования режима трубчатой печи установки замедленного коксования предна­значена для стабилизации основных параметров нагрева пер­вичного и вторичного сырья перед коксованием.

На установках замедленного коксования первичное сырье (смесь гудрона или крекинг-остатка) нагревается в конвекци­онных змеевиках трубчатой печи, после чего направляется в ректификационную колонну, где за счет контакта с нефтяными парами, поступающими из реакторов, обогащается рециркулирующими продуктами. В результате образуется вторичное сырье, которое насосами подается в реакционные змеевики пе­чи для скоростного высокотемпературного нагрева.

Для создания высоких скоростей и предотвращения коксоотложения в трубах печи в поток вторичного сырья при входе в печь подается турбулизатор (конденсат водяного пара). На­гретое в печи до 490—510 °С вторичное сырье поступает в реак­тор, где завершается начавшийся в печи процесс частичного испарения, деструктивного разложения сырья и замедленного коксования.

Ввиду высоких температур и вязкости нагреваемого сырья» склонности его к коксованию, наличия механических примесей, малых расходов турбулизатора и других факторов автоматиза­ция трубчатых печей затруднена.

Основным фактором, влияющим на производительность и длительность межремонтного пробега, является скорость закоксовывания змеевика трубчатой печи, которая зависит в основ­ном от качества сырья и .режима работы печи. Температурный режим печи необходимо вести так, чтобы в змеевике протекали преимущественно физические процессы нагревания и испарения, а процессы крекинга, конденсации и уплотнения, т. е. образова­ния кокса, происходили бы в реакторах.

Трубчатые печи установки замедленного коксования рабо­тают в жестких условиях, характеризующихся высокой темпера­турой нагрева сырья и малыми допустимыми отклонениями ее от заданного значения. Даже кратковременное отклонение тем­пературы от заданной приводит к закоксовыванию и прогару труб, нарушению технологического процесса установки и сокра­щению межремонтного пробега.

Учитывая важность достоверного контроля тепловой нагруз­ки печи по каждому (левому и правому) потоку сырья, при оценке состояния реакционной зоны змеевиков целесообразно наряду с измерением расходов сырья и общего расхода топлив­ного газа измерять расход газа в каждую камеру сгорания пе­чи. В качестве характеристики состояния змеевика печи (степе­ни ее закоксованности) можно использовать перепад темпера­тур на коксующемся участке.

Одним из важнейших параметров процесса замедленного коксования, определяющим условия работы печей, количество и качество продуктов фракционирования, является коэффициент рециркуляции сырья (К_р):

К_р = F_вт.с ρ_вт.с /( F_пер.с∙ρ_пер.с),

где F_вт.с, F_пер.с - расходы соответственно вторичного и первич­ного сырья; ρ_вт.с, ρ_пер.с—плотности соответственно вторичного и первичного сырья.

Функциональная схема системы автоматического контроля и регулирования технологических параметров трубчатой печи установки замедленного коксования приведена на рис.5.7, где показана одна печь. Фактически установка содержит две аналогичные по устройству и системам печи, работающие на па­раллельных потоках сырья. По схеме управления автоматиче­скому контролю подлежат следующие параметры:

Рис.5.7. Схема системы автоматического контроля и регулирования техно­логических параметров трубчатой печи установки замедленного коксования:

1 — трубчатая печь; 2 — насос; 3—12 — датчики температур; 13—18 — датчики расходов;, 19, 20—регуляторы температур; 21, 22—регуляторы расходов; 23— регулятор давления;

24, 25 —плотномеры; 26 — вычислительное устройство; 27—31—регулирующие клапаны

общий расход первичного сырья в печь (датчик 18);

общий расход вторичного сырья в печь (датчик 17);

расходы вторичного сырья в каждом потоке печи (датчики 15 и 16);

коэффициент рециркуляции сырья (вычислительное устройст­во 26);

температуры по длине каждого змеевика (датчики 3—7 и 8-12);

перепад температур на коксующейся части каждого змеевика (датчики 6, 7 и 11, 12);

расход газа в каждую камеру сгорания (датчики 13 и 14).

Автоматическому регулированию подлежат следующие пара­метры: давление топливного газа (регулятор 23 и клапан 27); температуры нагрева вторичного сырья в точке каждого змее­вика печи, предшествующей зоне активного коксообразования (изменение подачи топливного газа в камеру сгорания обеспечи­вается регуляторами температуры 19, 20 и клапанами 28,31);

расход турбулизатора (пара), подаваемого во вторичное сырье (регулятор 22 и клапан 30).

Система автоматического контроля коэффициента рецирку­ляции сырья работает следующим образом. Сигналы с датчи­ков 17 и 18 расхода соответственно вторичного и первичного сырья и плотномеров 24 и 25 поступают в вычислительное уст­ройство 26, которое реализует приведенное выше уравнение для расчета К_р. По значению коэффициента рециркуляции опера­тор судит о работе печи и реактора. В зависимости от произ­водственной необходимости можно улучшить качество получае­мого кокса, увеличивая коэффициент рециркуляции, однако производительность установки при этом снижается.

5.2.5. Автоматизация управления процессом алкилирования бензола

Алкилирование—процесс введения алкильных групп в молеку­лы органических и некоторых неорганических веществ. Про­цессы алкилирования являются промежуточными стадиями в производстве мономеров для синтетического каучука, моющих веществ и других продуктов.

Процесс алкилирования является каталитическим, катализа­тором служит фосфорная или серная кислота, хлорид алюминия и др. Наибольшее распространение получил процесс алкилиро­вания бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия, в результате чего получают изопропилбензол (кумол), который используют для производства фенола, ацетона, в качестве высокооктанового компонента авиационных топлив. Сырьем для производства изопропилбензола служат пропан-пропиленовая фракция, содержащая 40- 80 % пропилена, и бензол. Хлорид алюминия вводится в количестве 8-10% от алкилата. Процесс ведут при давлении 0,5-1 МПа и температуре 90-130°С.

Автоматическая система регулирования процесса алкилиро­вания бензола предназначена для поддержания оптимального соотношения бензольных и алкильных групп. Объектом регули­рования является аппарат, предназначенный для проведения процесса алкилирования бензола пропиленом. В алкилатор по­даются осушенный бензол, свежий катализаторный комплекс (СКК), пропан-пропиленовая фракция (ППФ), полиалкилбензол (ПАБ) и возвратный катализаторный комплекс (ВКК). Из алкилатора выводится реакционная масса вместе с непрореагировавшими газами (абгазы).

В отстойнике из реакционной массы отделяется увлеченный тяжелый катализаторный слой, который возвращается в алки­латор. В абгазах содержатся пары бензола, которые после улавливания возвращаются в процесс. В системе регулирова­ния, представленной на. рис.5.8, в качестве основного незави­симого параметра принят расход бензола, определяющий производительность алкилатора по сырью и в конечном итоге—по целевому продукту. Расход пропилена F_ппф поддерживается в зависимости от расходов бензола (F_б), полиалкилбензола (F_паб), катализаторного комплекса (F_кк) и давления (Р) в алкилаторе, в соответствии с линейным уравнением:

F_ппф = a₀ + a₁F_б — a₂F_паб + а₃F_кк — а₄Р,

где а₀, а₁ – а₄ — коэффициенты.

Расчет по данному уравнению производится с помощью вы­числительного устройства, реализующего операцию умножения входных переменных на постоянный коэффициент с последую­щим алгебраическим сложением результатов. Коэффициенты а₀, а₁ – а₄ определены из принятого механизма реакции и уточ­нены статистическим путем. На вычислительное устройство 14 подаются сигналы с датчиком 5, 4, 6 и 11, пропорциональные соответственно расходам бензола, ПАБ, СКК и давлению в алкилаторе. При увеличении расхода бензола и катализаторного комплекса и уменьшении расхода полиалкилбензола соразмер­но с коэффициентами а₁ - а_з увеличивается расход ППФ. Кор­рекция расхода ППФ по давлению в алкилаторе введена с целью устранения неучтенных возмущающих воздействий, например активности каталитического комплекса, качества бензола и ППФ и других факторов. При увеличении или уменьше­нии давления в алкилаторе расход ППФ соответственно умень­шается или увеличивается. Кроме того, предусмотрено регули­рование подачи свежего катализаторного комплекса и вывода из системы ВКК в зависимости от его состава, который может быть определен с помощью датчика электропроводности.

Рис. 5.8. Схема автоматического регулирования процесса алкилирования бен­зола:

1—алкилатор; 2—отстойник; 3—насос; 4—6—датчики расходов; 7—10—регуляторы расходов; 11—датчик давления; 12—регулятор давления; 13—регулятор состава катализаторного комплекса; 14—вычислительное устройство; 15—20—регулирующие клапаны

Для этого регулятор 13 состава ВКК воздействует на регулирующий клапан 19 вывода из системы ВКК и на регулятор 10 расхода СКК, изменяя тем самым их подачу в алкилатор. Например, если активность ВКК снижается, то увеличивается количество выводимого из системы ВКК и соответственно увеличивается подача СКК.