Дипломная (вкр): Автоматизация процесса каталитического риформинга

Автоматизация процесса каталитического риформинга

Введение

Автоматизация технологических процессов является решающим фактором в повышении производительности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, экономии сырья и энергии.

Создание средств измерения, контроля и управления оборудованием и техническими процессами характеризуется переходом от решения частных, относительно простых задач автоматизации к созданию на основе микропроцессорной техники, устройств с программным управлением, решающих сложные функциональные задачи контроля и управления при большом объеме перерабатываемой информации.

В проекте подробно изучены процессы и аппараты объекта управления, описаны особенности узла, значимые для построения автоматизированной системы управления. Корректно выполнена постановка и декомпозиция задач управления, что позволило правильно структурировать созданную автоматизированную систему.

Предпроектные исследования и анализ модернизируемого блока каталитического риформинга выявили высокую степень автоматизации управления, однако, в системе используется морально и физически устаревшая техника локального контроля и регулирования (приборные регуляторы и пульты управления).

Поэтому в качестве основных задач дипломного проекта были поставлены:

а)   модернизация существующей системы управления с учетом технических требований, реализация автоматического управления на базе современного вычислительного комплекса;

б)          описание подходов к решению задач сопряжения новой модернизированной системой управления с существующей общезаводской;

в)          создание рационального человеко-машинного интерфейса, сокращающего время на анализ технологических ситуаций и диагностика нарушений.

С учетом поставленных задач определены функции проектируемой системы контроля и регулирования автоматизации, проведена замена морально устаревших средств полевой автоматики на современные и более надежные на основе анализа рынка программно-технических средств.

Для реализации системы автоматизации выбран программно-технический комплекс: контроллер Simatic S7-400, средство его программирования и конфигурирования Step7 и SCADA-пакет Win CC. В этих пакетах разработаны программы управления основными процессами, протекающими на участке. Сценарий человеко-машинного интерфейса, включающий набор взаимосвязанных кадров для оператора, управляющего технологическим процессом, выполненный с помощью SCADA-пакета Win CC, содержит информацию полностью адекватную решаемым задачам.

Разработано техническое и математическое обеспечение системы в этой среде. Синтезирована робастная система регулирования температуры продукта на выходе из печи.

В дипломном проекте были рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и охраны труда на участке каталитического риформинга и в целом на производстве.

Экономические расчеты показали эффективность реализации проекта.

1. Описание технологического процесса

.1 Характеристика производственного процесса

Описание технологической схемы производства и процесса каталитического риформинга. Закрытое акционерное общество «Павлодарский нефтехимический завод» - один из самых современных комплексов по переработке нефти в Казахстане. Завод имеет уникальный набор установок, которые позволяют достигать глубину переработки нефти до 85 процентов.

Производство бензина всегда будет необходимо, так как без транспортировки грузов при помощи легковых и грузовых автомобилей в наши дни никак нельзя обойтись. Завод перерабатывает малосернистую Западно - Сибирскую нефть, которая поступает по нефтепроводу Омск - Павлодар. Содержание серы в нефти примерно 0,58 процента от массы.

ЗАО «ПНХЗ» перерабатывает малосернистую западносибирскую нефть, которая поступает по нефтепроводу Омск - Павлодар. Проектная мощность завода составляет 7,5 миллионов тонн в год.

Особенностью предприятия является большие единичные мощности комбинированных технологических установок с набором современных процессов.

Современные требования, предъявляемые к ассортименту и уровню качества нефтепродуктов, оказали решающее влияние на технический прогресс в области производства нефтепродуктов, на создание более совершенных технологических установок и производственных комплексов. Переработка нефти осуществляется с использованием процессов:

-     электрообезвоживания и обессоливания нефти;

-           первичной перегонки электрообезвоженной и обессоленной нефти;

-           гидроочистки бензинов, реактивного и дизельного топлива;

-           каталитического риформинга бензиновых фракций;

-           каталитического крекинга;

-           газофракционирования;

-           производства нефтебитумов;

-           производства коксов;

-           производства серы.

Особенностью предприятия является большие единичные мощности комбинированных технологических установок с набором современных процессов.

Комбинированная установка ЛК-6У, на которой осуществляется основной технологический процесс по первичной переработке нефти, имеет важную особенность - полный цикл переработки. На таких комплексах, можно вырабатывать товарные высококачественные продукты практически из любых нефтей, включая высокосернистые.

Взаимосвязь отдельных блоков (секций), входящих в состав комбинированной установки ЛК-6У, показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Взаимосвязь отдельных секций

Каждая секция практически представляет собой отдельно работающую установку. Разными вариантами работы всего комплекса предусмотрена связь между секциями (из секции в секцию) или через промежуточные товарные парки. Работа по „жесткой схеме" требует более тщательной и наладки контрольно-измерительных приборов и систем автоматизации.

Секция 100 - головная установка, отвечающая за электрообессоливание, обезвоживание и атмосферной перегонки нефти. Она является головной в комбинированной установке ЛК-6У и предназначена для переработки смеси Западно-Сибирских нефтей, Кумкольской нефти или смеси Западно-Сибирских нефтей и Кумкольской нефти.

Процесс проводится с помощью физико-химических методов: обессоливания, обезвоживания, ректификации, теплообмена.

Секция 100 состоит из двух блоков: блока ЭЛОУ, предназначенного для электрообессоливания поступающей на переработку нефти и блока АТ, на котором производится разделение нефти на фракции.

В результате технологического процесса получаются отдельные нефтяные фракции, которые являются сырьем для последующих секций установки ЛК-6У.

Секция 200 установки ЛК-6У - каталитический риформинг, предназначена для получения высокооктановых компонентов автомобильных бензинов и технического водорода в результате каталитических превращений широкой бензиновой фракции 62-180°С секции 100 установки ЛК-6У.

Водородосодержащий газ (технический водород) используется далее в процессах гидроочистки топлив.

Процесс риформинга осуществляется при последовательном прохождении сырья через четыре реактора, заполненных катализатором:

-     Р-202, Р-203 - полиметаллический катализатор кр-108;

-           Р-204 - полиметаллический катализатор RG-482 фирмы «Прокатализ»;

-           Р-205 - катализатор АП-64.

Для улучшения качества сырья каталитического риформинга в состав секции 200 включен блок гидроочистки, позволяющий снижать содержание сернистых, азотистых, кислородосодержащих, металлоорганических и непредельных соединений в сырье. В реакторе предварительной гидроочистки используется катализатор КГУ-941.

Секция 300/1 установки ЛК-6У - гидроочистка дизельного топлива, предназначена для очистки фракции 180-350°С от сернистых, азотистых и других вредных соединений.

В процессе гидроочистки, основанном на реакции умеренной гидрогенизации, органические соединения серы, кислорода и азота превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака.

Готовой продукцией секции являются:

-     Гидроочищенное дизельное топливо;

-           Бензин-отгон, используемый в качестве компонента сырья секции 200;

-           Углеводородный газ используется в качестве топлива.

Секция 300/2 - гидроочистка керосина предназначена для очистки прямогонной фракции 140-230°С от сернистых, азотистых и других вредных соединений.

В процессе гидроочистки соединения серы, кислорода и азота превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака.

Готовой продукцией секции являются:

-     Гидроочищенная фракция 140-230°С;

-           Бензин-отгон, используемый в качестве компонента сырья секции 200;

-           Углеводородный газ используется в качестве топлива.

Секция 400 установки ЛК-6У - установка газофракционирования предельных углеводородов, предназначена для получения сжиженных углеводородных газов коммунально-бытового и технического назначения, сырья для нефтехимических производств и компонентов автомобильных бензинов путем переработки нестабильных головок первичной переработки нефти и каталитического риформинга.

КТ - 1 - уникальная установка по глубокой переработке мазута. Этот комплекс был построен первым в СНГ с целью увеличения глубины переработки нефти и в его состав входят:

-     секция 001 - вакуумная перегонка мазута;

-           секция 100 - гидроочистка вакуумного газойля, служащая для очистки вакуумного газойля от сернистых, азотистых, кислородсодержащих соединений;

-           секция 200 - каталитический крекинг, предназначенный для получения высокооктановых компонентов бензина;

-           секция 300 - абсорбция и газофракционирование, предназначена для абсорбции, стабилизации и фракционирования жирного газа и нестабильного бензина, поступающих с секции каталитического крекинга.

С целью углубления переработки тяжелых фракций на заводе действуют:

-           установка производства битумов (состоит из блока вакуумной перегонки мазута и блока окислительных колонн);

-        установка замедленного коксования, предназначеная для получения нефтяного кокса, включает в себя блок ректификации и реакторный блок;

-           установка производства серы для регенерации водного раствора моноэтаноламина и получения серы.

В данном дипломном проекте в качестве объекта автоматизации будет рассмотрена секция 200 установки ЛК - 6У - Каталитический риформинг.

Секция 200 каталитический риформинг предназначена для получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов и технического водорода, в результате каталитических превращений широкой бензиновой фракции 62 - 180°C секции 100 установки ЛК - 6У.

Водородсодержащий газ (технический водород) используется далее в процессах гидроочистки топлив.

Установка каталитического риформинга введена в эксплуатацию в 1978 году. Производительность секции 1 миллион тонн в год.

Бензиновая фракция, полученная прямой перегонкой нефти, подвергается риформингу с целью получения высокооктанового бензина.

Процесс заключается в ароматизации бензиновых фракций за счет каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические; при этом заметно возрастает октановое число. Значительную долю в увеличение октанового числа вносит также реакция изомеризации парафиновых углеводородов нормального строения с образованием изомеров. Риформинг протекает при повышенных температуре и давлении в присутствии катализаторов. При этом углеводороды различных групп претерпевают значительные преобразования.

Основой процесса является ароматизация бензинов, осуществляемая за счет дегидрогенизации шестичленных нафтенов и дегидроциклизации парафинов.

а)    Дегидрогенизация шестичленных нафтенов

                          СН2                         СН

СН2 СН2                    СН      СН     

                    |       |                   |       || + 3Н2

 СН2 СН2 СН                        СН

                 СН2                           СН

   циклогексан            бензол

б)   
Дегидроизомеризация пятичленных нафтенов

                                                                            СН2         СН

 СН2 СН2

                    |         |                 СН2   СН2         СН    СН

              СН2 СН2     | | | || + 3Н2

                                                СН2  СН2     СН       СН

 СН СН3         

                                                     СН2                   СН

 метилциклопентан    циклогексан бензол

в)    Дегидроциклизация парафинов

н           - С6Н14                    С6Н6 + 4Н2

                          бензол

г)     Гидрокрекинг парафинов

   С8Н18 + Н2 С5Н12 + С3Н8

н-октан н-пентан пропан

Кроме того, в той или иной степени протекают реакции гидродеалкилирования, превращения шестичленных нафтенов в парафины, гидрогенолиза.

В результате указанных реакций в сырье увеличивается количество ароматических углеводородов.

Реакции дегидридрогенизации, дегидроциклизации, дегидроизомеризации эндотермичны, протекают с отрицательным тепловым эффектом.

Реакции гидрокрекинга идут с выделением тепла, частично компенсируя затрату тепла на основные реакции ароматизации. Суммарно отрицательный тепловой эффект реакций каталитического риформинга равен 250 - 520кДж на 1кг сырья. В связи с этим необходим подогрев не только исходного сырья, но и продуктов его частичного превращения.

Степень протекания каждой реакции зависит от природы катализатора, состава сырья и условий проведения процесса.

Все указанные реакции могут происходить при следующих параметрах работы блока каталитического риформинга:

а) температура в зоне реакции 480-530°C;

б) давление на выходе из третьего реактора 20-30 кг/см2;

в) объемная скорость подачи сырья 2 - 4 час-1 ;

г) кратность циркуляции ВСГ 1200-1500 нм3/м3 ;

д) катализатор - полиметаллический - RG-482,582;

е) срок службы катализатора - 7-10 лет.

В качестве сырья риформинга используют прямогонную бензиновую фракцию, выкипающую в пределах 85-180°C. Головную фракцию, выкипающую до 85°C, подвергать риформингу нецелесообразно, потому что повышения октанового числа не происходит, а газообразование резко возрастает, снижая при этом выход бензина. При переработке сырья с концом кипения выше 180°C заметно увеличиваются реакции крекинга и полимеризации, что приводит к повышенному коксообразованию и снижает межрегенерационный период работы системы риформинга. Качеством и выходом катализата определяется и углеводородный состав сырья. Чем больше нафтенов в исходном сырье, тем больше образуется ароматических углеводородов и тем выше октановое число катализата. При этом увеличивается выход риформинга бензина и водорода. При переработке сырья с повышенным содержанием парафинов выход бензина и водорода снижается, растет образование газов и кокса.