CC BY
89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Комиссаров И.Д., Логинов Л.Ф. Гуминовые вещества в биосфере. - М.: Наука, 1993. - 352 с.
2. Лиштван И.И., Круглицкий Н.Н., Третинник В.Ю. Физико-химическая механика гуминовых веществ. - Минск: Наука и техника, 1976. - 264 с.
3. Pal U.K., Chakravarti S.K. Объемное поглощение этилдиамино-вого комплекса Со на почвенных и торфяных гуминовых кислотах // Journal of Indian Chemical Society. - 1986. - V. 63. -№ 10. - P. 883-889.
4. Пилипенко А.Т., Васильев Н.Г., Бунтова МА., Савкин А.Г Механизм и прочность сорбции катионов переходных металлов гумино-выми кислотами // Доклады АН УССР. - 1986. - № 7. - С. 42-45.
5. Гамаюнов Н.И., Масленников Б.И., Шульман Ю.А. Ионный обмен в гуминовых кислотах // Химия твердого топлива. -1991. - № 3. - С. 32-39.
6. Александров И.В., Канделаки Г.И., Куликова И.П. Цеолит-гу-миновые сорбенты для очистки сточных вод // Химия твердого топлива. - 1994. - № 4-5. - С. 136-142.
7. Bratasevszskij A., Gaidarob O., Gordienko Sz. Исследование процесса комплексообразования гуминовых кислот потенциоме-трическим методом // Agrochem. es tobaj. - 1971. - V. 2. - № 2. - P. 100-104.
8. Пархоменко В.В., Кудра А.А. О расчете термодинамических функций процесса адсорбции метилового спирта гуминовыми кислотами и гуматами по одной изотерме // Поверхностные явления в дисперсных системах. - Киев: Наукова думка, 1974.
- Вып. 3. - С. 35-43.
9. Тарновская Л.И., Маслов С.Г., Смольянинов С.И. Химический состав органических веществ твердых остатков пиролиза торфа // Химия твердого топлива. - 1988. - № 3. - С. 26-29.
10. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. - Минск: Наука и техника, 1975. - 320 с.
11. Базин Е.Т., Копенкин В.Д., Косов В.И. и др. Технический анализ торфа. - М.: Недра, 1992. - 431 с.
12. Тарновская Л.И., Маслов С.Г. Изменение химического состава гуминовых кислот в процессе термолиза торфа // Химия твердого топлива. - 1994. - № 4-5. - С. 33-39.
13. Киселев А.В., Яшин Я.И. Физико-химическое применение газовой хроматографии. - М.: Химия, 1973. - 214 с.
14. Вигдергауз М.С., Измайлов Р.И. Применение газовой хроматографии для определения физико-химических свойств веществ.
- М.: Наука, 1970. - 159 с.
15. Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. - М.: Мир, 1971. - 807 с.
УДК 665.64
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК РИФОРМИНГА ЛЧ-35-11/1000 И ЛГ-35-8/300Б ПО «КИНЕФ» НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ КАТАЛИЗАТОРА
Д.И. Мельник, С.А. Галушин, А.В. Кравцов, Э.Д. Иванчина, В.Н. Фетисова
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Рассмотрена перспектива использования на основе заводских информационных сетей и баз данных автоматизированной системы управления технологическим процессом системы контроля работы катализатора. Показана возможность снижения коксооб-разования при работе на оптимальной активности с помощью метода математического моделирования. Описана существующая и разрабатываемая схема автоматизации получения и анализа технологических данных, необходимых для расчетов.
Эффективность промышленного производства определяющим образом зависит от управляемости технологическими процессами, в первую очередь, от возможности оперативного доступа к показателям работы катализатора и обеспечения контроля, анализа и прогнозирования технологических параметров процесса [1-3].
Заводские информационные сети автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) решают только проблемы сбора, архивирования, накопления, структурирования данных с последующим предоставлением этой информации тем пользователям, чьи решения должны основываться на ее базе. АСУТП объединяет в единое информационное пространство большое количество распределенных систем. Нижний уровень данной системы представлен коммуникационными серверами, выполняющими функции разделения управляю-
щих и информационных сетей и передачи технологической информации на следующий уровень. В зоне информационной сети, охватывающей все предприятие, находится сервер сбора технологической информации, позволяющий хранить большие массивы данных о технологическом процессе. Пользователи имеют доступ как к архивной информации на сервере, так и к информации реального времени на коммуникационных серверах. Для обобщения информации, поступающей из различных источников в «ООО ПО «Киришинефтеоргсинтез» разработан и внедрен совместно со специализированной инжиниринговой компанией «Севзапмонтажавтоматика» программный комплекс - «Единая тематическая витрина данных (ЕТВД)», предоставляющая пользователю удобный графический интерфейс доступа к данным лабораторного контроля, характеризующим его и их совокупное представление [4].
В то же время предоставление одной только технологической информации не освещает полную картину работы конкретного производства и предприятия в целом. При этом встает проблема анализа и переработки различной технологической информации с целью выдачи рекомендаций для повышения эффективности управления и эксплуатации сложных промышленных объектов.
Таким образом, цель настоящей работы заключается в разработке, с последующим внедрением в производство, системы контроля параметров эксплуатации катализатора, которая в настоящее время представляет собой самостоятельный программный продукт, позволяющий в полной мере оптимизировать работу реакторного блока процесса каталитического риформинга бензинов на установках ЛЧ-35-11/1000 и ЛГ-35-8/300Б ПО «Кинеф»
Основу этой системы контроля составляет математическая модель, основанная на физико-химических и кинетических закономерностях превращения углеводородов. Она описывает возможные виды реакций, протекающих в условиях каталитического риформинга - дегидрирование нафте-нов, дегидроциклизация парафинов, крекинг и ги-дрогенолиз, изомеризация нафтенов и парафинов, образование непредельных углеводородов, образование кокса на катализаторе (рис. 1). При построении модели был применен принцип агрегирования, в результате чего количество реагентов было сокращено до 68 ключевых. Основным критерием при этом был вклад каждого компонента в детонационную стойкость смеси (рис. 1).
Для углеводородов Ст - С7 Кокс
I
I-► НППУ
II
Нб^: ЦГс *
и XI.
Б
н-Гс | МП 1
ДМБ!
С1-С5
■ н-Гп*
11X11
Б - бензол;
Т - толуол;
ЦГс - циклогексан;
МГс- метилгексан;
н-Гс - нормальный гексан;
н-Гп - нормальный гептан;
МП - метилпентан;
МЦГс, Нз - метилциклогексаны;
ДМП - диметилпентаны;
ДМЦП - диметилциклопентаны;
ДМБ - диметилбутан;
ТМБ - триметилбутан;
НППУ- непредельные промежуточные
продукты уплотнения.
МЦГс *=► ДМЦП
- Т -
I
НППУ
Кокс
Рис. 1. Схема химических превращений углеводородов
В качестве основного критерия при оценке эффективности работы катализатора системой контроля нами предложено использовать оптимальную активность, которая рассчитывается из условия равновесия реакций коксообразования (гс) и саморегенерации или гидрирования промежуточ-
ных продуктов уплотнения (гЕ), протекающих на И-центрах в избытке водорода (рис. 2). При этом справедливы следующие соотношения для скоростей этих реакций.
и-
н-П
Н
кг
Кокс
Рис. 2. Схема коксообразования: и-П - изопарафины; н-П -нормальные парафины; Н6 - циклогексаны; Н5 - ци-клопентаны; Ар - ароматические углеводороды1; НППУ - непредельные промежуточные продукты уплотнения (обратимый кокс); Кокс - кокс графито-образной структуры
Скорость реакции ароматизации:
,(1 -вс ),
г = к С ,
' А ^А^Р +И V
где кА - константа скорости ароматизации, См -суммарная концентрация парафинов и нафтенов, вс - доля свободной поверхности катализатора.
Скорость реакции коксования:
гс = ксСм (1 -вс X г = к С + к С
'С ЛС, N ЛСг^Ар '
где кс - константа скорости коксования, кс и кс -константы скорости коксования из ароматики и из нафтенов, Сщ и САр - концентрации нафтенов и ароматики.
Скорость реакции гидрирования промежуточных продуктов уплотнения: г = к С С
'Я "Я^ И, НППУ'
где кя - константа скорости гидрирования, СНг и СНППу - концентрации водорода и непредельных промежуточных продуктов уплотнения.
Исходя из условия равновесия реакций коксования и гидрирования непредельных промежуточных продуктов уплотнения, получим:
кССЫ (1 -вС ) = кЯСИ2 СНППУ-
Откуда можно получит выражение для оптимальной активности катализатора:
кя1 ' СИ,
■ С + к
^НППУ ^ "я,
■ С ■ С
^И, ^НППУ
■ Си + кС,
■ С„
С1 С2 Ар
где кК{ и к^ - константы скоростей гидрирования в ароматику и в нафтены.
Отклонение от оптимальной активности катализатора, которое можно регулировать с помощью компьютерной системы контроля, приводит к сдвигу равновесия реакции в сторону образования коксогенных структур. На рис. 3 приведена зависимость накопления кокса на катализаторе в последней ступени риформирования на установке ЛГ-35-8/300Б при работе на оптимальной активности (кривая 2) и в реальном режиме (кривая 1). Ра-
2
а =
опт
бота на оптимальной активности позволяет снизить коксообразование на 15...20 %.
Объем переработанного сырья, тыс .т.
Рис. 3. Зависимость накопления кокса от объема переработанного сырья
Рис. 4. Схема автоматического ввода данных
Разработанная система автоматического ввода данных предназначена для импортирования параметров работы установки из общезаводской сети в программу «Активность». Принцип работы системы автоматического ввода данных по работе установки заключается в следующем. Параметры работы установки собираются в общезаводской системе контроля. Далее проводится выбор, выбираются необходимые датчики за определенный период и экспортируются в MS Excel, после чего они через буфер обмена копируются в программу (рис. 4).
Элементы управления системой ввода данных находятся на окнах набора технологических данных и составов сырья и катализата, рис. 5, 6. На окне ввода технологических данных имеются две дополнительные кнопки: «Импорт ТУ» для ввода данных по давлениям, температурам и расходам; «Импорт ВСГ», для ввода состава водородсодержа-щего газа соответственно.
В настоящее время разрабатывается автоматизированная система контроля, представляющая собой программный продукт для расчета основных характеристик работы катализатора риформинга, напрямую взаимодействующий с общезаводской базой данных АСУТП, рис. 7.
Рис. 5. Схема окна ввода технологических данных
Состав сырья и катализата
Состав сырья и катализата. % вес.
Сырье Катализ ат Сырье Катализ ат Сырье Катапшат
1. Этан 0.000 0.000 24. 1,3-ДМЦП (т) 1.710 0.500 47 нафт. до С8 0.020 0.020
2. Пропан 0.000 0.010 25. 1,2-ДМЦП (т) 2.890 0.100 48 н-Октан 0.460 0.180
3. изо-Бутан 0.010 0.460 26. н-Гептан 11.800 3.400 49 1,2-ДМЦГ (т) 0.260 0.000
4. н- Бутан 0.010 1.790 27. 1,2-ДМЦП 0.570 0.060 50 1,3-ДМЦГ (т) 0.060 0.000
5. изо-Пентан 0.010 2.900 28. 2,3-ДМГ 0.000 0.000 51 2,3,5-ТМГ 0.160 0.020
б. н-Пентан 0.020 1.840 29. 1,1,3-ТМЦП 9.430 0.070 52 2,2-ДМГП 0.000 0.000
7. 2,2-ДМБ 0.010 0.520 30. МЦГ 0.000 0.000 53 2,4-ДМГП 0.040 0.050
8. ц-Пентан 0.020 0.080 31. 2,5-ДМГ 0.220 0.050 54 2,2,3-ТМГ 0.440 0.050
9. 2,3-ДМБ 0.060 0.470 32. 2,4-ДМГ 0.240 0.050 55 2-М, 3-ЭГ 0.030 0.020
10. 2-МП 0.650 2.530 33. ЭЦП 1.390 0.030 56 2,6-ДМГП 1.590 0.050
11. 3-МП 0.650 1.960 34. 2,2,3-ТМП 0.000 0.000 57 2,5-ДМГП 0.790 0.140
12. н-Гексан 3.120 2.460 35. 1,2,4-ТМЦП 0.310 0.000 58 3,3-ДМГП 0.620 0.000
13. МЦП 2.560 1.060 36. 3,3-ДМГ 0.000 0.000 59 ЭЦГ+ЭБензол 2.830 3.070
14. 2,2-ДМП 0.000 0.000 37. Толуол 2.410 22.700 60 ТМЦП 1.920 0.020
15. 2,4-ДМП 0.280 0.540 38. 1,2,3-ТМЦП 0.290 0.000 61 2,3,4-ТМГ 1.090 0.000
16. Бензол 0.360 5.120 39. 2,3,4-ТМП 0.000 0.000 62 п-Ксилол 0.700 2.030
17. 2,2,3-ТМП 0.030 0.020 40. 2,3-ДМГ 0.000 0.000 63 м-Ксилол 1.990 5.080
1S. 3,3-ДМП 0.050 0.520 41. 2-М, 3-ЭП 0.000 0.060 64 изо-С9 6.980 0.730
19. ц-Гексан 2.930 0.040 42. 1,1,2-ТМЦП 0.000 0.000 65 о-Ксилол 0.930 3.060
20. 2-МГ 2.470 3.580 43. 2-МГП 0.030 0.190 66 нафт. до С9 2.600 0.000
21. 2,3-ДМП 1.290 1.360 44. 4-МГП 0.000 0.100 67 н-Нонан 5.730 0.230
22. 3-МГ 3.590 4.430 45. 3,4-ДМГ 0.000 0.030 68 С9+ 19.930 25.570
23. 1,3-ДМЦП (ц) 1.420 0.080 46. 3-МГП 0.000 0.290 69 в т. ч. Ар 5.050 23.550
Сумма сырья: 100,000 Сумма катализата: 99,720 ш
НК
Фракционный состав и плотность для введенного углеводородного состава сырья, в ОС |96.00 10% |Ю6.0 50% |127.0 90% |156.0 КК |172.0 р, Г/СМЗ 10.750
Открыть
Сохранить как
Импорт из хроматограммы
Далее
Рис. 6. Схема окна ввода составов сырья и катализата
Рис. 7. Схема внутренней архитектурыы автоматизированной системы контроля катализатора
Приведенная выше схема отображает функциональное взаимодействие элементов системы контроля.
Модуль расчета представляет собой самостоятельную программу, обеспечивающую:
• выполнение расчетов;
• визуализацию результатов.
Получение данных, необходимых для расчета осуществляется посредством внешнего интерфейса, функции которого заключаются в:
• возвращении списка запрашиваемых параметров;
• сохранении результатов расчета в общезаводской базе данных.
По запросу пользователя результаты проведенных расчетов отображаются внутренними средствами модуля расчета в графическом и табличном виде.
Результаты расчета можно просмотреть, выбрав в меню необходимый пользователю тип результатов. Управление отображением результатов осуществляется посредством элементов интерфейса программы.
Все результаты расчетов сводятся в «сводную таблицу»; информация для отображения может быть взята как из общезаводской базы данных, так и с локального компьютера.
Система контроля катализатора позволяет проводить расчеты:
• текущей активности катализатора по данным хроматографического анализа сырья и катали-зата за текущую дату;
• оптимальной активности катализатора;
• влияния состава сырья на процесс;
• скорости дезактивации катализатора;
• прогноза работы катализатора на объем переработанного сырья;
• основных характеристик процесса регенерации катализатора (выжиг кокса, оксихлорирование, сульфидирование).
Таким образом, внедрение данного модуля в общезаводскую базу данных обеспечит:
1. Контроль текущей активности катализатора по данным лабораторных анализов сырья и ката-лизата с установок риформинга ЛЧ-35-11/1000 и ЛГ-35-8/300Б.
2. Работу на оптимальной активности катализатора, что позволит снизить коксоотложение на его поверхности на 15...20 %.
3. Контроль коксообразования на поверхности Р1-контакта с последующим регулированием технологического режима.
4. Прогнозирование активности катализатора и срока его регенерации в зависимости от режима работы и расхода сырья.
5. Работу в режиме исследования состава сырья на эффективность процесса риформинга и выдачу рекомендаций для режимов работы колонн.
6. Систематический расчет скорости дезактивации катализатора и выдачу рекомендаций для его активации (подача хлорорганических соединений и воды в реакционную зону).
7. Расчет основных технологических параметров процесса регенерации катализатора в заданных интервалах, что обеспечит формирование активных центров и высокую площадь удельной поверхности платиновых контактов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Компьютерное прогнозирование и оптимизация производства бензинов. - Томск: STT, 2000. -192 с.
2. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д. Интеллектуальные системы в химической технологии в инженерном образовании. - Новосибирск: Наука, 1996. - 200 с.
3. Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Галушин С.А., ПолубоярцевД.С., Воропаева Е.Н., Мельник Д.И. Оценка эффективности реакторного блока установки риформинга с применением математической модели процесса // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 1. - С. 119-122.
4. Гершберг А.Ф., Безручко О.А. Автоматизация производства ООО «Кинеф». Применение современных информационных технологий // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2004. - № 10. - С. 5-6.
УДК 665.12.001.57
ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ДЕЙСТВУЮЩИХ УСТАНОВОК ДЕЭТАНИЗАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА
А.В. Кравцов, Н.В. Ушева, Н.А. Барамыгина
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
При помощи моделирующей системы рассчитаны основные характеристики продуктовых потоков установки деэтанизации и стабилизации Cеверо-Васюганского газоконденсатного месторождения, колонны стабилизации Лугинецкой газокомпрессорной станции.
При эксплуатации действующих установок деэ-танизации и стабилизации газового конденсата необходимо получать максимум целевой продукции наилучшего качества при минимальных экономических затратах. Актуальным остается вопрос и о «щадящей» эксплуатации оборудования. Кроме того, при реконструкции аппаратов или узлов технологической линии немаловажен вопрос об эффективности данных решений.
Альтернативой интуитивному действию является использование информационно-моделирующих систем, разработанных на основе метода математического моделирования. Это позволяет в кратчайшие сроки и без существенных экономических затрат предопределить результат предпринимаемых действий и, кроме того, облегчает анализ различных вариантов решения поставленных задач [1].
Моделирующая система (МС) установки деэтанизации и стабилизации конденсата (УДСК) была разработана для описания второй стадии подготовки газа и газового конденсата - стабилизации на примере Мыльджинского газоконденсатного месторождения (ГКМ). МС УДСК создана на основании системного подхода к построению математических моделей [2]. Предложенную модель процесса ректификации (основной процесс на УДСК и в МС УДСК) можно считать не эмпирической моделью, адаптированной и предназначенной для расчета колонн стабилизации только Мыльджинского (ГКМ) [2], а универсальной, и применимой для расчета других ректификационных колонн, других технологических линий и производств.
Результаты расчета отпарной и ректификационной колонн Васюганского ГКМ с применением МС УДСК приведены в табл. 1, 2.
