Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Смирнова Дарья Александровна
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ НА УСТАНОВКЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА В ПРОИЗВОДСТВЕ БЕНЗОЛА
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (техническом университете)
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Лисицын Николай Васильевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, проректор по научной работе Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова, профессор Уткин Лев Владимирович кандидат технических наук, доцента по кафедре информационных систем и программного обеспечения РГПУ им. А.И. Герцена Сикулер Денис Валерьевич Ведущее предприятие: ФГБОУ ВПО Государственный университет Ч учебно-научно-производственный комплекс, г.Орел.
Защита диссертации состоится л 05 апреля 2012г. в 13-30 час. в ауд. № на заседании диссертационного совета Д 212.230.03 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (техническом университете) по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО СПбГТИ(ТУ).
Отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр. 26., СанктПетербургский государственный технологический институт (технический университет), ученый совет. Тел. (812)494-93-75; факс (812) 712-77-91; эл. почта:
dissovet@technolog.edu.ru Автореферат разослан л 02 марта 2012г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В. И. Халимон
Актуальность проблемы При анализе и оптимизации сложных технических комплексов, таких как объекты нефтеперерабатывающей промышленности, основополагающим методологическим приемом является системный подход, который позволяет оценивать влияние различных факторов на эффективность функционирования химико-технологической системы (ХТС). Задача оптимизации может решаться как для системы в целом, так и для ее отдельных элементов с учетом внутренних связей между отдельными составляющими ХТС.
Одной из важнейших составляющих технологического цикла современных химических и нефтехимических производств являются процессы разделения.
Примером может служить комплекс выделения бензола на установке каталитического риформинга, включающий блоки стабилизации катализата, экстракции ароматических углеводородов и вторичной ректификации индивидуальных компонентов. Оптимизации отдельных процессов разделения в промышленности, в том числе при выделении бензола, посвящено большое количество работ таких авторов, как В.В.Кафаров, С.С. Хачатрян, А.А.Гайле.
Однако комплексного анализа взаимосвязанных технологических блоков промышленной установки не производилось.
Ввиду постоянно растущего спроса на бензол на мировом рынке углеводородов (200-300тыс.т/год), одной из важных задач, которая может быть решена методами системного анализа при исследовании ХТС производства бензола, является повышение производительности действующих установок.
Целью диссертации является оптимизация ХТС выделения бензола на установке каталитического бензольного риформинга ЛГ-35-8-300/Б, направленная на увеличение выработки товарной продукции с учетом возможности использования различных видов углеводородного сырья.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать математическую модель ХТС выделения бензола из катализата риформинга;
- выполнить анализ работы ХТС выделения бензола для выявления узлов, накладывающих ограничения на выработку продукта;
- произвести структурно-параметрическую оптимизацию блока стабилизации и определить оптимальные параметры ведения технологического процесса на блоке вторичной ректификации установки каталитического риформинга;
-разработать методы и алгоритмы поддержки принятия решения, предназначенные для выбора оптимальных режимов работы ХТС с учетом возможности работы установки на различных видах углеводородного сырья.
Объект исследования представляет собой промышленную ХТС выделения бензола, входящую в состав технологической установки каталитического бензольного риформинга ЛГ-35-8-300/Б и состоящую из трех подсистем - блока стабилизации катализата риформинга, блока экстракции ароматических углеводородов и блока вторичной ректификации многокомпонентной смеси.
Научная новизна заключается в разработке математической модели ХТС выделения бензола на установке каталитического бензольного риформинга, включающей подсистемы стабилизации катализата, экстракции и вторичной ректификации;
алгоритмов прогноза качества бензола и оптимизации технологических режимов ХТС для программного комплекса поддержки принятия решения;
методики определения оптимального местоположения датчика контроля температуры в колонне выделения бензола на основании величины допустимого температурного интервала на контрольной тарелке при управлении процессом вторичной ректификации.
Практическая значимость Получено решение задачи структурной и параметрической оптимизации промышленной установки каталитического риформинга ЛГ-35-8-300/Б ОООПОКиришинефтеоргсинтез, обеспечивающее увеличение выработки бензола до 15% при соблюдении действующих норм на качество продуктов и условия эксплуатации оборудования.
Основные результаты внедрения:
- изменена структура технологической схемы подсистемы стабилизации катализата - из ХТС исключен адсорбционно-десорбционный блок, выделение газов стабилизации полностью производится в колонне стабилизации;
- произведена оптимизация режимов работы колонны выделения бензола - значение расхода орошения и температуры на контрольной тарелке рассчитываются по найденным экспериментальным зависимостям;
- изменено расположение контрольной термопары для колонны выделения бензола К-103 блока вторичной ректификации, контрольный датчик перенесен на 17-ю тарелку.
Экономический эффект составил около 20 млн.руб/год.
Достоверность основных сформулированных научных положений и выводов подтверждена корректным использованием методов математического моделирования, анализа и оптимизации ХТС и положительными результатами внедрения основных выработанных рекомендаций на действующем промышленном объекте.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научных конференциях: научная конференция ММТТ-20 (2007г., г.Ярославль), ММТТ-21 (2008г., г.Саратов), ММТТ-22 (2009г., г.Смоленск), ММТТ-24 (2011г., г.Киев), конференция Российского химического общества им. Д.И. Менделеева Ресурсосберегающие и энергоэффективные технологии в химической и нефтехимической промышленности (2009г., 2011г., г.Москва), молодежная научно-техническая конференция Современные проблемы катализа и нефтепереработки (2010г., г.Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных печатных работ. Из них в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 статьи.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 142 стр., список использованной литературы содержит 92 наименования.
Содержание работы Первая глава посвящена описанию объекта исследования - ХТС выделения бензола, входящую в состав технологической установки каталитического бензольного риформинга ЛГ-35-8/300Б (рис. 1), обзору методов моделирования, анализа и оптимизации ХТС.
Комплексы производства бензола включают в себя разнообразные и разнородные технологические процессы: каталитические процессы гидроочистки и риформинга с последующей стабилизацией полученных продуктов, процессы экстракции с последующей регенерацией селективных растворителей, четкую ректификацию продуктов и т.д., причем отдельные блоки взаимосвязаны между собой, в том числе, рециркуляционными потоками.
УСТАНОВКА БЕНЗОЛЬНОГО РИФОРМИНГА ХТС ВЫДЕЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ Блок гидроочистки 3. Блок 1. Блок и 2. Блок вторичной стабилизации блок экстракции ректификации катализата риформинга Головка Газы РАФИНАТ БЕНЗОЛ стабилизации ТОЛУОЛ Рисунок 1 - Схема ХТС выделения бензола Кроме того, каждый из перечисленных процессов характеризуется сложностью аппаратурного оформления, а в качестве сырья используется многокомпонентная смесь углеводородов. Все это определяет значительную размерность задач оптимизации процесса, поэтому для поиска оптимального решения представляется целесообразным разделение ХТС на ряд более простых подсистем для поиска оптимума общей задачи. ХТС выделения бензола рассматривается как совокупность трех блоков в соответствии с технологической схемой процесса - блока стабилизации катализата, блока экстракции ароматических углеводородов и блока выделения товарного бензола методом четкой ректификации. Каждый из них представляет собой соответствующую подсистему, а задача оптимизации сводится к поиску таких параметров ХТС, которые соответствуют максимуму выработки бензола в системе, состоящей из трех последовательных технологических блоков, при соблюдении регламентных ограничений по качеству продукции и работе технологического оборудования. Математическая формулировка задачи оптимизации ХТС может быть представлена следующим образом:
max P4 (y3 ), (1) xi ,ui ,ki Fi (xi, yi,ui, ki ) 0, i 1,2,3; (2) (xi, yi,ui, ki ) 0;
(3) i xi1 L( yi ); (4) P1 P1(x1); (5) P4 i 0, 0. (6) P1 Pxi, yi,ui, ki - векторы входных (состав, расход, где i - номер блока (i=1,2,3);
температуры сырья), выходных (составы, расходы, температуры продуктов), управляющих (для ректификационных колонн - расходы орошения, расход теплоносителя в рибойлер колонны) и конструктивных (для ректификационной колонны - количество и тип тарелок) параметров i-блока; P1 - загрузка блока стабилизации по бензолу, кг; P4 - выработка бензола на блоке вторичной Fi (xi, yi,ui,ki ) - математические модели элементов ХТС;
ректификации, кг;
i (xi, yi,ui,ki ) - характеристики качества продуктов и работы оборудования.
Для проведения анализа системы и оптимизационных расчетов разработан набор моделей элементов ХТС на базе известных фундаментальных зависимостей и фактических данных, полученных на промышленном объекте.
Во второй главе описаны разработанные в среде AspenHysys компьютерные модели блоков ХТС. Подтверждена адекватность моделей путем сравнения расчетных и фактических показателей, полученных с промышленного объекта.
Режим работы установки, параметры которого использованы в качестве исходных данных для моделирования, назван базовым.
Произведен анализ данных по составу технологических потоков и режимных показателей ХТС с технологической установки. В качестве сырья каталитического риформинга ЛГ-35-8-300/Б помимо предусмотренной по проекту прямогонной бензиновой фракции 62-105С дополнительно могут использоваться потоки фракций полупродуктов с комплекса суммарных ксилолов - бензолсодержащая и доксилольная фракции. Кроме того, исследование входных и выходных параметров показало, что ХТС функционирует в условиях превышения загрузки сырья сверх проектных значений на 30%, в результате чего частично нарушаются условия (3) - в 4 раза превышена норма содержании тяжелых углеводородов в головке стабилизации, периодически нарушаются нормы по содержанию примесей в товарных бензоле и толуоле. Перед решением задачи оптимизации необходимо обеспечить выполнение норм по качеству продукции для существующего состояния системы.
С использованием расчетных моделей выполнен комплексный анализ функционирования ХТС, и выявлены узлы, накладывающие ограничения на выработку бензола по условиям (3). Установлено, что увеличить производительность процесса по бензолу можно за счет оптимизации только на двух блоках - стабилизации и вторичной ректификации. Поскольку увеличение выработки бензола на блоке вторичной ректификации определяется повышением производительности блока стабилизации (6), оптимизация элементов системы производится последовательно, а задача оптимизации распадается на две задачи с технологическими критериями эффективности:
- структурно-параметрическая оптимизация блока стабилизации (рис. 2);
- параметрическая оптимизация блока вторичной ректификации (рис.3).
По данным с установки для первой задачи в условиях действующего производства наблюдалось несоответствие качества побочных продуктов нормативно-технической документации: при расходе орошения в колонне стабилизации 6-7м3/ч обеспечивался необходимый запас по качеству для целевого продукта - стабильного катализата, однако для головки стабилизации четкость деления являлась неудовлетворительной (содержание углеводородов С6+ превышало 20%мас. при норме не более 5%мас.). Это приводило к потерям углеводородов, входящих в состав бензинов, в объеме около 3000т в год.
Десорбер К-3 Колонна стабилизации К-Абсорбер К-Жирный Сухой газ газ Нестабильный Головка катализат стабилизации Стабильный катализат Рисунок 2 - Принципиальная схема блока стабилизации катализата риформинга установки ЛГ-35-8-300/Б Кроме того, исходя из структуры блока выявлена нерациональность разделения газов стабилизации на сухой (углеводороды С1-С2) и жирный (углеводороды С3-С4), поскольку в дальнейшем их потоки объединяются.
Следовательно, существует необходимость оценки целесообразности изменения структуры блока.
Таким образом, решение задачи оптимизации подсистемы должно обеспечивать минимум потерь углеводородов С6+ с головкой стабилизации при фиксированных тепловых ресурсах и соблюдении норм по качеству стабильного катализата.
При оптимизации блока вторичной ректификации параметры сырья определяются исходя из результатов, полученных для блока стабилизации.
Проведенный анализ технологических режимов и качества продуктов блока вторичной ректификации для различных составов сырья выявил узел, ограничивающий выработку бензола в рамках системы вторичного разделения - колонну выделения бензола. Здесь наблюдались периодические нарушения четкости ректификации, в результате чего не соблюдалось качество товарного бензола (превышение нормы по содержанию толуола более 0,1% мас.), снижался объем выпуска кондиционной продукции.
Колонна выделения Колонна выделения бензола К-103 толуола К-1Толуол Бензол Экстракт Ксилолы Рисунок 3 - Принципиальная технологическая схема блока вторичной ректификации Отсюда можно сделать вывод, задача параметрической оптимизации блока вторичной ректификации формулируется как обеспечение максимизации выработки товарного бензола за счет повышения загрузки блока стабилизации при соблюдении норм по качеству продукции.
Третья глава посвящена решению задачи структурно-параметрической оптимизации блока стабилизации катализата. Исследования ХТС на модели показали:
- для обеспечения требуемой четкости деления в колонне стабилизации К-необходимо увеличить расход орошения, а, следовательно, и подачу тепла в куб колонны;
- в существующей технологической схеме суммарный расход теплоносителя на блок стабилизации фиксирован, поэтому увеличение потока тепла в колонны стабилизации может быть достигнуто только за счет перераспределения тепловых ресурсов внутри указанного блока;
- в связи с нерациональностью выделения сухого газа в абсорбционнодесорбционном узле, последний может быть исключен из технологической схемы, а высвободившиеся тепловые ресурсы использованы для подогрева низа колонны стабилизации К-4;
- для подтверждения возможности внесения изменений в схему процесса необходимо провести дополнительные расчеты для количественной оценки тепловых ресурсов, режимов работы блока, показателей качества продуктов и возможностей использования существующего оборудования.
В результате последующих исследований установлено, что требуемая четкость деления обеспечивается при поддержании расхода орошения на уровне 10-12м3/ч при производительности по стабильному катализату 48т/ч.
Общие тепловые потребности колонны при увеличении потока орошения составят около 2 МВт/ч. Подвод требуемого дополнительного количества тепловой энергии в размере 0,3МВт/ч полностью обеспечивается потоком тепла, высвобождающимся при исключении из схемы абсорбционнодесорбционного узла. Однако при этом вся газовая фаза должна выделяться в колонне стабилизации, что приведет к изменению парожидкостных нагрузок аппарата и может создать трудности из-за присутствия в сухом газе стабилизации значительных количеств водорода. Поэтому на модели была проведена проверка допустимых парожидкостных нагрузок, которая показала наличие запаса устойчивости работы колонны при разделении в ней всего потока сырья и поддержании необходимого уровня расхода орошения.
В то же время, при переходе на технологическую схему с использованием только одной колонны возрастает нагрузка подогревателя низа колонны.
Расчетным путем проверена и подтверждена способность подогревателя низа колонны обеспечить передачу необходимого количества тепла с учетом повышения загрузки стабилизатора при исключении из схемы абсорбционнодесорбционного комплекса.
Результаты исследований подтверждены в ходе промышленного испытания на действующем производстве. В ходе эксперимента физически была имитирована работа блока стабилизации по одноколонной схеме путем прекращения подвода энергии в подогреватель низа десорбера, отключения рециркулирующего потока газов из десорбера в адсорбер, приостановлении отбора сухого газа в адсорбере (рис.2). Таким образом, поток теплоносителя блока был полностью направлен в подогреватель низа колонны стабилизации.
По итогам опытного пробега показана возможность работы блока стабилизации с одной колонной, а также установлено, что коррекция режимных параметров позволяет соблюсти нормы по качеству продуктов (рис. 4).
На модели определено, что суммарные резервы тепла на блоке стабилизации составляют 2,3-2,4МВт/ч. Последующие расчеты показали, что с учетом ограничений по парожидкостным нагрузкам и поверхности теплопередачи подогревателя низа колонны К-4 имеется возможность повышения загрузки стабилизатора на 10-15% от существующей, что позволит перерабатывать дополнительное количество сырья со смежных установок (лбензолсодержащая и доксилольная фракции).
до перехода на после перехода на новый режим новый режим РЕГЛАМЕНТНАЯ НОРМА = 5% мас.
2006 2007 2008 2009 2010 20 Год Рисунок 4 - Изменение содержания углеводородов С6+ в головке стабилизации Таким образом, была показана возможность извлечения из катализата риформинга дополнительного количества углеводородов С6+, а также способность существующего оборудования обеспечить увеличение загрузки блока на 7т/ч, что приводет к повышению выработки товарной продукции, в частности бензола, а значит отвечает критерию оптимизации (1), и обеспечивает ожидаемое повышение прибыли, которое составляет около млн.руб./г.
На модели подтверждено соблюдение норм по качеству продукции на блоке Доля примеси, % мас.
экстракции после внесения изменений в процесс стабилизации. Это дает возможность использовать полученное решение, удовлетворяющее ограничениям (3), для выработки входных параметров для задачи оптимизации блока вторичной ректификации.
Четвертая глава посвящена оптимизации блока вторичной ректификации (рис. 3). В ходе анализа процесса ректификации при помощи модели определены факторы, влияющие на качество продукции, которые делятся на две группы - параметры технологического режима колонны выделения бензола (или управления) (расход орошения, расход теплоносителя в куб колонны) и параметры сырья (расход бензола в сырьевом потоке, соотношение бензол/толуол в сырье блока). Установлена основная причина нарушения четкости деления в колонне, а именно перегрузка агрегата по парам в случае увеличения доли бензола в сырье блока (рис. 5).
Анализ парожидкостных нагрузок выявил наиболее нагруженное по парам контактное устройство колонны выделения бензола - тарелку №49. Автором была выдвинута гипотеза о том, что сохранение постоянной паровой нагрузки на тарелке №49 является необходимым условием соблюдений ограничений по содержанию примесей в бензоле при изменении состава сырья.
0,0,0,1,0,0,Норма по содержанию примеси, % мас.
1,0,0,0,1,0,0,0 1,месяц Бензол / Толуол Бензол в толуоле Толуол в бензоле Рисунок 5 - Зависимость четкости ректификации от параметров сырья Из условия теплового баланса на данной тарелке выведено соотношение для расчета оптимального значения первого параметра регулирования колонны - расхода орошения - с учетом изменчивости температуры острого орошения (7):
Содержание компонента, % мас.
Отношение Бензол / Толуол в экстракте Fпар49 Fбензол Fорошение , (7) 1 4,65103T 6 106 T где Fбензола - расход бензола, т/ч; Fпар49 Црасход парового потока на тарелке 2, определяемый из модели, т/ч, T =T49-Tрефлюкс, С, причем Т49 соответствует температуре фазoвого перехода жидкость-пар для смеси компонентов на тарелке 49 при заданном давлении; в базовом режиме Т49 = 86С, Tрефлюкс - температура в рефлюксной емкости Т-103.
Установлено, что стабильная работа колонны К-4 гарантирована при поддержании паровой нагрузки на уровне штатного режима.
Как было сказано ранее, второе управляющее воздействие колонны выделения бензола - расход потока горячей струи на нижнюю тарелку колонны. В результате его воздействия изменяется температурный профиль колонного аппарата. После обработки результатов расчета по модели для набора известных составов сырья была получена экспериментальная зависимость оптимального значения температуры на контрольной тарелке 22 от загрузки, качества сырья с учетом поправок на давление (8):
T22оптим = 105,33+0,47(Z-17)-1.55(B-10), (8) где Z - общая загрузка блока вторичной ректификации, т/ч; В - загрузка по бензолу, т/ч.
Произведен анализ эффективности ведения технологического процесса выделения бензола. Помимо существующего положения термопары на контрольной тарелке 22 колонны К-103 имеется техническая возможность использовать в качестве контрольной тарелки номер 17 и 27. Для выбора наиболее эффективного положения датчика введено понятие ширина рабочей области, под которым понимается диапазон значений регулируемого параметра (в данном случае, температуры), при которых выполняются ограничения на качество получаемой продукции. На рис. 6 показала рабочая область для базового режима колонны. На качество продукции, в свою очередь, наложен запас, равный 10%.
Для одних и тех же составов сырья определены размеры рабочей области для тарелки 17, 22 (рис.7) и 27. Было показано, что наиболее широкую область изменений допустимых значений температур обеспечивает схема регулирования с использованием термопары, расположенной на тарелке номер 17, что соответствует и повышению устойчивости работы колонны относительно других положений датчика температуры. Соответственно, для тарелки номер 17 получена расчетная зависимость оптимального значения температуры от загрузки, качества сырья с учетом поправок на давление:
T17оптим = 113,42+0,47(Z-17)-1.36(B-10) (9) Температура, С 1 - бензол в толуоле; 2 - толуол в бензоле; 3 - регламентное ограничение ГОСТ 14710 и ГОСТ 9572 по содержанию бензола в толуоле и толуола в бензоле; 4 - регламентное ограничение ГОСТ 14710 ГОСТ 9572 по содержанию бензола в толуоле и толуола в бензоле с учетом запаса 10%; 5 - рабочая область Рисунок 6 - Изменение качества продукции в зависимости от температуры Суммарный расход бензола и толуола, т/ч Суммарный расход бензола и толуола, т/ч Рисунок 7 - Ширина рабочей области для тарелок 22 и Подтвержденная расчетным путем возможность повышения качества продуктовых потоков испытана на действующем промышленном объекте. Для возможности оценки переходных процессов при изменении параметров сырья была разработана компьютерная модель колонны выделения бензола в Содержание компонента, % мас.
динамическом режиме, позволившая оценить время переходных процессов.
Эксперимент по применению предложенной схемы регулирования продолжался 10 дней, в которых параметры сырья установки изменялись в достаточно широких пределах (соотношение бензол/толуол изменялось от 1,до 1,6). Качество продукции на протяжении всего эксперимента совпадало с результатами, которые ожидались по итогам расчетов: содержание толуола в товарном бензоле снизилось с величины 0,06 - 0,09% мас. до уровня 0,03% мас.
При этом качество толуола сохранилось в пределах регламентных ограничений (содержание примеси бензола не более 0,10% мас.).
После завершения эксперимента принято решение о коррекции режимов работы технологического блока, а также переводе контрольного датчика температуры на тарелку 17. Температура по всему профилю колонны была снижена на 47С, в частности значение температуры на контрольной тарелке 17 поддерживается в пределах 115119С вместо 111116 С до проведения эксперимента. При этом качество выпускаемой продукции неизменно остается в рамках норм, стабильное среднее содержание толуола в бензоле достигает значения менее 0,03% мас. (рис. 8).
Регламентное ограничение не более 0,1%мас. толуола в бензоле 2008 2009 2010 20Рисунок 8 - Изменение качества бензола после оптимизации блока Поскольку блоки установки взаимодействуют друг с другом по жестким связям, есть возможность достаточно точно прогнозировать входные параметры блока по выходным параметрам на предыдущих стадиях переработки (4), а значит, своевременно корректировать задания на регуляторы в соответствии с изменениями, произошедшими на предыдущих стадиях. Таким образом, решена задача поддержания стабильной работы колонны выделения бензола при повышенной загрузке предшествующих технологических блоков.
Помимо повышения производительности блока с выработкой повышенного количества бензола оценена и подтверждена возможность выпуска продукции % мас.
Содержание толуола, более высокого качества.
Разработан алгоритм оптимизации технологических режимов блока, а также прогнозирующий алгоритм, позволяющий по изменению расхода стабильного катализата рассчитать состав сырья подсистемы вторичной ректификации и выработать соответствующие параметры технологического режима (рис. 9,10).
НАЧАЛО Нормы качества бензола FОбщ, B, T, Z, t Е-1Расчет параметров технологического T17(22)= =T17(22)+ ? T17(22) режима: FОрош, T 17 (22) ? T17(22) = f(? P) Расчет математической модели ректификации ОПТИМИЗАТОР РЕЖИМОВ Определение КОЛОННЫ показателей качества ВЫДЕЛЕНИЯ бензола БЕНЗОЛА Да Нет Качество бензола соответствует регламентным нормам? Да Нормы Да показателей Нужно качества изменить нормы показателей бензола = качества? = новые Нет значения КОНЕ - Рисунок 9 - Алгоритм программного комплекса принятия решений для ХТС выделения бензола установки ЛГ-35-8-300/Б НАЧАЛО FСт кат нач, Fст кат, FОбщ, B, T, Z, t Е-1F = F ст кат нач -F ст кат Да Нет F=КОНЕ - Fст кат = F = F - 1= F ст кат нач - F B1=B+0.19F;
Изменился Да T1=T+0.22F расход фракции 62-105oC? Нет Да 0.9 B1/T1 2.Нет Изменился Да расход B1=B+0.40F;
БСфракции? T1=T Нет Нет Да 0.9 B1/T1 2.Изменился Нет Да расход ДКфракции? В1=B;
T1=T+0.34F Анализ причин B=B1; Z=Z+B+T Нет Да 0.9 B1/T1 2.1 изменения F ст кат ОПТИМИЗАТОР РЕЖИМОВ КОЛОННЫ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕНЗОЛА КОНЕ - Рисунок 10 - Прогнозирующий алгоритм для выработки режимов работы блока вторичной ректификации установки ЛГ-35-8-300/Б Рассмотренная ХТС выделения бензола характеризуется значительным количеством параметров, описывающих ее состояние, поэтому для анализа и оптимизации комплекса был применен принцип декомпозиции, в данном случае имеет место двухуровневая задача поиска оптимального решения. Для согласования в рамках всей системы частных оптимальных решений, полученных на нижнем уровне, фиксируются выходные параметры i-го блока, для которого уже найдено оптимальное решение, в результате его параметры не будут варьироваться и влиять на режим работы остальных блоков продукции.
Оптимальность ХТС в целом может быть гарантирована в том случае, если оптимальные решения для отдельных блоков нижнего уровня лежат на границе ограничений, что и наблюдается в случае рассмотренной системы. Ограничение на выработку бензола в рамках блока стабилизации катализата накладывает условие работы оборудования, в рамках блока вторичной ректификации - норма по качеству целевой фракции (рис. 11). Кроме того, имеет место монотонность изменения конечного значения критерия оптимальности для всех последовательно расположенных блоков (выход бензола на последнем блоке прямо пропорционален количеству бензола, поданному на первый блок, и не может его превосходить).
2Область допустимых значений параметров качества продукции 1-1-2-3-4-5Рисунок 11 - Увеличение выработки бензола в результате последовательного решения задач оптимизации подсистем ХТС выделения бензола Основные результаты работы 1. Разработана математическая модель ХТС промышленной установки каталитического риформинга ЛГ-35-8-300/Б, адекватно отражающая изменение параметров системы для видов углеводородного сырья в производстве бензола.
2. В результате исследования установки, решения задач декомпозиции и оптимизации ХТС доказана возможность увеличения выработки бензола до 15%, что подтверждено в ходе промышленного эксперимента.
3. Разработаны алгоритмы поддержки принятия решения для прогноза качества бензола по показателям расходов стабильного катализата и определения оптимальных режимов работы подсистемы вторичной ректификации в диапазоне изменения состава сырья в пределах 30%.
4. Разработана математическая модель оценки состава сырья, поступающего в продукции, % Ограничения Показатель качества по работе оборудования подсистему вторичной ректификации, для определения оптимальных значений расхода орошения и температуры на контрольной тарелке колонны выделения бензола К-103;
5. На основании анализа величин отклонения расхода стабильного катализата от его оптимального значения разработана процедура прогноза возникновения нестационарных состояний ХТС и выработаны рекомендации по коррекции расхода орошения колонны выделения бензола, что позволяет сохранять качество продукции в рамках регламентных норм при увеличении расхода сырья в пределах до10%.
6. Разработана методика определения оптимального местоположения датчика контроля температуры в колонне выделения бензола на основании величины допустимого температурного интервала на контрольной тарелке при управлении процессом вторичной ректификации.
7. Полученные результаты по увеличению выработки бензола, оптимизации режимов подсистемы вторичной ректификации, оптимизации структуры подсистемы стабилизации катализата, внедрены на установке каталитического риформинга ООО ПО Киришинефтеогрсинтез.
Публикации по теме диссертации 1. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Повышение эффективности работы блока стабилизации установки бензольного риформинга // Сборник трудов ХХ Международной научной конференции Математические методы в технике и технологии. Ярославль: ЯГТУ, 2007. Т.5. С. 100-101.
2. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Оптимизация режимов работы колонны выделения бензола на установке риформинга // Сборник трудов ХХI Международной научной конференции Математические методы в технике и технологии. Саратов: СГТУ, 2008. Т.6. С. 58-59.
3. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В., Ерженков А.С. Пути рационального ресурсопотребления на бензольном риформинге // Сборник трудов ХХI Международной научной конференции Математические методы в технике и технологии. Саратов: СГТУ, 2008. Т.6. С. 54-55.
4. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Повышение производительности колонны выделения бензола на НПЗ // Сборник трудов ХХII Международной научной конференции Математические методы в технике и технологии. Псков:
ППИ, 2009. Т.9. С. 38.
5. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Оптимизация работы колонны выделения бензола // Автоматизация в промышленности. 2009. №7. С.33-36.
6. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Повышение производительности колонны выделения бензола на производстве // Сборник научных трудов XIX Менделеевской конференции молодых ученых. М.:РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2009. С.45-47.
7. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Оптимизация процессов разделения при производстве бензола. // Сборник статей и докладов молодежной научно-технической конференции Современные проблемы катализа и нефтепереработки. М.:МИТХТ, 2010. С. 50-51.
8. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Оптимизация процессов разделения в производстве ароматических углеводородов // Сборник трудов ХХIV Международной научной конференции Математические методы в технике и технологии. Саратов: СГУ, 2011. С. 68-70.
9. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Повышение эффективности работы промышленной установки по получению ароматических углеводородов // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2011. №12(38). С. 90-93.
10. Смирнова Д.А., Федоров В.И., Лисицын Н.В. Реализация ресурсосберегающей технологии в производстве бензола // Сборник научных трудов XXI Менделеевской конференции молодых ученых. М.:РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2011. С.224-226.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям