Система управления узлом дегидрирования этилбензола

дипломная работа

1.1 Описание технологического процесса

Технологическая цель производства. Процесс производства стирола включает в себя стадии: дегидрирование этилбензола и ректификация углеводородного конденсата. Целью управления процессом дегидрирования является получение заданного выхода стирола. Выход стирола определяется расходом и составом этилбензольной шихты, соотношением расходов шихты и перегретого водяного пара, температурой в реакторе и активностью катализатора [6].

В состав производства стирола методом каталитического дегидрирования этилбензола входят следующие установки:

- печное отделение;

- реакторный блок;

- узел конденсации.

Печное отделение предназначено для перегрева водяного пара до температуры не более 750 0С.

Реакторный блок предназначен для получения контактного газа, содержание стирола в котором более 50%, путем каталитического дегидрирования этилбензола.

Для снижения парциального давления компонентов сырья в процессе дегидрирования вместе с этилбензолом вводится водяной пар. Водяной пар является также теплоносителем для эндотермической реакции дегидрирования.

Кроме того, за счет водяного пара происходит непрерывный процесс саморегенерации катализатора.

Основными показателями, характеризующими процесс дегидрирования, являются:

1. Выход стирола на пропущенный этилбензол - процентное отношение количества полученного стирола ко всему количеству этилбензола, пропущенного через реактор. Эта величина характеризует производительность реактора.

2. Выход стирола на разложенный этилбензол или селективность - процентное отношение количества полученного стирола к общему количеству разложенного этилбензола. Уменьшение селективности катализатора приводит к увеличению выхода побочных продуктов.

3. Конверсия этилбензола - процентное отношение разложенного этилбензола к общему количеству этилбензола, пропущенного через реактор. Конверсия показывает степень активности катализатора.

4. Объемная скорость подачи сырья - это расход этилбензольной шихты в м3/час, приходящийся на 1 м3 катализатора. Эта величина характеризует нагрузку реактора по сырью.

Дегидрирование этилбензола осуществляется на катализаторе при температуре 560ч630 0С по реакции:

С6Н5-СН2-СН36Н5-СН=СН22 - 30000 ккал/ (кг/моль)

Кроме основной реакции, протекает ряд побочных реакций с получением бензола, толуола, этилена, а также тяжелокипящих:

1) С6Н5С2Н5 + Н2 > С6Н5СН3 + СН4

(этилбензол) (толуол) (метан)

2) С6Н5С2Н5 + Н2 > С6Н6 + С2Н6

(этилбензол) (бензол) (этан)

3) СН4 + Н2О > СО + 3 Н2

(метан)

4) 3 С6Н5С2Н5 > 4 С6Н6+3 Н2

(этилбензол) (бензол)

5) С+2 Н2О> СО2+2 Н2

6) СО+Н2О> СО22

7) 2 СО> СО2

Катализаторами процесса дегидрирования этилбензола служат соединения на основе окиси железа и окиси хрома.

5. Влияние различных факторов на выход стирола: бензол, толуол практически не разлагаются в процессе контактирования, и являются разбавителями. Но увеличение их концентраций в сырье приводит к увеличению энергозатрат.

Стирол несколько снижает конверсию этилбензола. В процессе дегидрирования стирол разлагается, поэтому увеличение количества стирола нежелательно, во избежание излишней закоксованности катализатора. Изопропилбензол дегидрируется в - метилстирол. Наличие последнего ухудшает качество товарного стирола.

Диэтилбензол в сырье совершенно нежелателен, так как присутствие даже небольших количеств диэтилбензола в стироле приводит к получению нерастворимого полимера. Также нежелательно содержание в сырье растворенного хлорида, катализатора этилирования, который является ядом катализатора дегидрирования. Наличие ксилолов в сырье также нежелательно так как они ухудшают качество товарного стирола.

6. Разбавление водяным паром. Реакция дегидрирования этилбензола протекает с увеличением объема полученного газа. Процесс дегидрирования проводится при пониженных парциальных давлениях компонентов сырья, что осуществляется подачей перегретого водяного пара в реактор. При высоких температурах водяной пар взаимодействует с коксом, образующимся на поверхности катализатора.

Пар - является теплоносителем. Наиболее интенсивно реакция дегидрирования идет при температуре 600ч630 0С. Нагрев этилбензола до такой температуры приводит к его термическому разложению. Поэтому нагрев сырья до такой температуры производится непосредственно на вводе в реактор путем смешения с водяным паром.

При уменьшении количества пара по сравнению с режимным повышаются парциальные давления компонентов сырья, что уменьшает выход стирола. Кроме того, это приводит к увеличению закоксованности катализатора.

Увеличение количества водяного пара на разбавление также нежелательно, так как при этом возрастает давление в реакторах, увеличиваются энергозатраты.

Оптимальным считается разбавление сырья водяным паром в соотношении 1:2,4ч3,5 в том числе 10:15% пара от веса шихты смешивается в испарителе поз.Т-204 для улучшения процесса испарения.

7. Влияние температуры на выход стирола. Максимальный выход стирола получается при температуре контактирования 600ч630 0С. Поддерживание той или иной температуры зависит от следующих факторов:

- от активности катализатора;

- от срока работы;

- от качества загрузки катализатора и т.д.

Во всех случаях необходимо строго выдерживать температурный режим.

При понижении температуры ниже заданного уменьшается выход стирола.

Повышение температуры увеличивает термическое разложение сырья и повышает закоксованность катализатора.

Описание технологического процесса. Этилбензольная шихта, представляющая смесь этилбензола ректификата и возвратного этилбензола, поступает на дегидрирование со склада промежуточных продуктов (корпус 304) из емкости поз. Е-409 в теплообменник поз.Т-229 [8]. Постоянство подачи этилбензольной шихты поддерживается регулятором расхода (поз.48).

Этилбензольная шихта подогревается в теплообменнике поз.Т-229 до температуры 95 0С за счет тепла водного конденсата, подаваемого насосом поз.Н-224 из емкости поз.Е-223. Схемой предусмотрена подача этилбензольной шихты в испаритель поз.Т-204 помимо теплообменника поз.Т-229 при чистке последнего. В испарителе поз.Т-204 производится подогрев, испарение и частичный перегрев паров шихты до температуры не менее 160 0С за счет тепла конденсации пара 1600 кПа (16кгс/см2).

Для снижения температуры кипения этилбензола в трубное пространство испарителя поз.Т-204 подается водяной пар 600 кПа (6 кгс/см2), количество которого составляет 10-15% от веса этилбензола и поддерживается постоянным регулятором расхода (поз.49).

Давление пара 1600 кПа (16 кгс/см2), подаваемого в межтрубное пространство испарителя поз.Т-204, поддерживается регулятором давления (поз.51).

Конденсат пара 1600 кПа (16 кгс/см2) собирается в сборнике поз.Е-206, откуда самотеком поступает в сборник поз.Е-240.

Из испарителя поз.Т-204 пары этилбензольной шихты поступают в межтрубное пространство перегревателя поз.Т-203, где перегреваются до температуры 530 0С за счет тепла перегретого водяного пара, выходящего из межступенчатого подогревателя реактора поз.Р-202/2.

Перегретые пары этилбензольной шихты из перегревателя поз.Т-203 поступают в смесительную камеру реактора поз.Р-202/1, где смешиваются с перегретым водяным паром, поступающим из пароперегревательной печи поз.П-201/2 с температурой не более 750 0С.

Количество перегреваемого пара, поступающего на смешение с парами этилбензольной шихты в смесительную камеру реактора поз.Р-202/1, автоматически регулируются клапанами (поз.3-6,3-7), установленными на линии подачи пара с ТЭЦ, исходя из того, что конечное соотношение этилбензольной шихты и водяного пара на входе в реактор должно составлять 1:(2,4ч3,5) по весу. Давление пара, поступающего в ТЭЦ, автоматически регулируется клапаном (поз.2-5).

Водяной пар давления 200ч600 кПа (2ч6 кгс/см2), получаемый после редуцирования пара давления 1600 кПа (16 кгс/см2) и вторичный пар из котлов - утилизаторов поз.Пн-205 поступают в пароперегревательную печь поз.П-201/1, где перегреваются до температуры не более 750 0С и направляются в межступенчатый подогреватель, встроенный в верхней части реактора поз.Р-202/2 для подогрева контактного газа, выходящего из реактора поз.Р-202/1 до температуры 560ч630 0С

После межступенчатого подогрева водяной пар с температурой 600ч630 0С поступает в перегреватель поз.Т-203, где перегреваются пары этилбензольной шихты.

Из перегревателя поз.Т-203 водяной пар с температурой 450 0С поступает на повторный перегрев в пароперегревательную печь поз.П-201/2.

Блок пароперегревательных печей состоит из двух печей, объединенных в одном каркасе, имеющих общие дымовые трубы и обслуживающие площадки. В радиантных камерах каждой печи установлены вертикально по четыре радиантных змеевика. В конвективной камере печи поз.П-201/2 установлены горизонтально два конвективных змеевика и над ними два змеевика для утилизации тепла дымовых газов печи поз.П-201/2.

В средней части печи, между радиантной и конвективной камерами расположена зона, называемая перевалом.

Радиантная камера каждой печи представляет собой прямоугольную топку, имеющую две самостоятельные зоны с различной тепловой нагрузкой, обеспечивающей различные тепловые напряжения поверхности нагрева "холодных" и "горячих" змеевиков камеры радиации.

В верхней части боковых стен установлены взрывные окна. Блок пароперегревательных печей имеет две дымовые трубы, установленные на тройниках газоходов. Перед тройниками газоходов установлены шиберы ручного управления. Отметка верха дымовых труб - 30000 мм.

Обогрев змеевиков осуществляется беспламенными панельными горелками типа ГБП-140 мощностью 140000 ккал/час, которые размещены в шахматном порядке в боковых стенах радиантных камер печей. Количество панельных горелок для обеих печей - 506 шт.

Для дополнительного подогрева конвективных камер предусмотрено восемь горелок типа ГИК-2. В подовой части радиантной зоны обеих печей смонтированы по 24 штуки целевых горелок для сжигания несконденсированных газов дегидрирования. Общая тепловая нагрузка на печи - 63000000 ккал/час.

Давление топливного газа, поступающего из сети предприятия, поддерживается постоянным в пределах 280ч320 кПа (2,8ч3,2 кгс/см2) регулятором давления (поз.4).

Давление топливного газа перед горелками печей П-201/1,2 поддерживается регуляторами давления (поз.9,10) с коррекцией по температуре на выходе из печей и по температуре перед слоями катализатора в реакторах поз.Р-202/1, Р-202/2.

Панельные беспламенные горелки мари ГБП-140 размещены в кладке боковых стен радиантной зоны печей поз.П-201/1,2; кроме топливного газа на плоско-факельные подовые горелки печей поз.П-201/1,2 подается несконденсированная часть контактного газа (абгаз), давление которого регулируется клапаном (поз.6-5), установленным на линии подачи абгаза на установку.

Тепло дымовых газов, уходящих с печи поз.П-201/2 используется для получения водяного пара давлением 200ч300 кПа (2ч3 кгс/см2) и температурой 240ч260 0С в утилизаторах печи поз.П-201/2. Утилизаторы печи поз.П-201/2 состоят из двух отдельных змеевиков, на питание которых подается напорный паровой конденсат насосами поз.Н-241/1,2 (отделение ректификации).

Подача парового конденсата поддерживается постоянным регулятором расхода (поз.15,16) с коррекцией по температуре водяного пара на выходе из утилизаторов. Температура дымовых газов после утилизатора поддерживается в пределах 220ч3100С.

Пароэтилбензольная смесь на входе в реактор поз.Р-202/1 имеет температуру 560ч630 0С. За счет эндотермической реакции после первой ступени дегидрирования, температура контактного газа снижается до 550 0С.

Контактный газ из реактора поз.Р-202/1 поступает в межступенчатый подогреватель, где подогревается до температуры 560ч630 0С и затем направляется в реактор поз.Р-202/2. Контактный газ из реактора поз.Р-202/2 с температурой 550 0С поступает в котлы-утилизаторы поз.Пн-205.

В котлах-утилизаторах поз.Пн-205 тепло контактного газа используется для получения вторичного водяного пара давлением 200ч600 кПа (2ч6 кгс/см2). Питание котлов-утилизаторов поз.Пн-205/1,2 осуществляется подачей парового конденсата насосом поз.Н-241 (отделение ректификации).

Уровень жидкости в котлах-утилизаторах поддерживается постоянным регуляторами уровня (поз.38,40), клапаны которых установлены на линии подачи конденсата в котлы-утилизаторы поз.Пн-205/1,2.

Во избежание отложений нерастворимых солей на трубках котлов-утилизаторов при испарении конденсата производится постоянная и периодическая их продувка в химзагрязненную канализацию с разбавлением осветленной водой.

Охлажденный до температуры 2500С контактный газ из котлов-утилизаторов поз.Пн-205 направляется в пенный аппарат поз.Пн-209, где охлаждается до температуры 100ч1500С.

Одновременно в пенном аппарате поз.Пн-209 производится очистка контактного газа от катализаторной пыли. Охлаждение и очистка контактного газа осуществляется конденсатом, подаваемым насосом поз.Н-222 из емкости поз.Е-221. Расход конденсата поддерживается постоянным регулятором расхода (поз.44), клапан которого (поз.44-6) установлен на линии подачи конденсата в пенный аппарат поз.Пн-209.

Конденсат с температурой 950С из пенного аппарата поз.Пн-209 самотеком поступает в емкость поз.Е-223, откуда насосом поз.Н-224 через теплообменник поз.Т-229 сбрасывается в химзагрязненную канализацию с температурой не выше 400С.

Уровень в поз.Е-223 поддерживается регулятором уровня (поз.45), клапан которого установлен на линии сброса конденсата в химзагрязненную канализацию (поз.45-5).

Описание сырьевых и продуктовых потоков. Сырьевым потоком объекта автоматизации является этилбензольная шихта, поступающая на дегидрирования со склада промежуточных продуктов.

Энергетическими потоками являются: водяной пар, топливный газ и абгаз, которые сжигаются в печах поз.П-201/1,2 для перегрева водяного пара, а также напорный конденсат.

Конечным продуктовым потоком является контактный газ, содержание стирола в котором превышает 50 %.

К основным технологическим параметрам, подлежащим контролю и регулированию относятся: расход, давление, уровень и температура.

Таблица 1- Переменные, характеризующие ТП, как объект управления

Перечень наблюдаемых воздействий

Управляющие

воздействия (х)

Возмущающие воздействия (z)

Регулируемые параметры (y)

1.Регулирование давления топливного газа в П-201/1,2

2.Регулирование давления абгаза в П-201/1,2

3.Регулирование давления водяного пара на вводе в корпус 303

4.Регулирование расхода водяного пара на вводе в корпус 303.

5.Регулирование расхода напорного конденсата а утилизаторы П-201/2

1. Изменение давления и расхода водяного пара на вводе в корпус 303

2. Изменение расхода напорного конденсата на вводе в корпус 303

3. Изменение расхода абгаза с узла компремирования

4. Изменение давления и расхода топливного газа на вводе в корпус 303

5.Изменение расхода ЭБШ на установку дегидрирования

1.Расход ЭБШ в Т-229

2.Температура водяного пара на выходе из утилизаторов

3.Расход водяного пара на вводе в корпус 303

4.Давление топливного газа на вводе корпус 303

5.Расход напорного

конденсата в утилизаторы П-201/2

6.Давление абгаза в П-201/1,2

6.Регулирование уровня жидкости в Пн-205/1,2

7.Регулирование расхода конденсата, подаваемого в Пн-209

8.Регулирование давления водяного пара, подаваемого в межтрубное пространство испарителя Т-204

9.Регулирование расхода водяного пара, подаваемого в трубное пространство испарителя Т-204

10.Регулирование уровня в емкости Е-223

11.Регулирование расхода ЭБШ в Т-229

6. Параметрические возмущения (закоксованность катализатора)

7.Давление водяного пара на вводе в корпус 303

8.Уровень жидкости в Пн-205/1,2

9.Расход конденсата в Пн-209

10.Давление водяного пара в межтрубном пространстве испарителя Т-204

11.Расход водяного пара в трубном пространстве испарителя Т-204

12.Уровень в емкости Е-223

Из таблицы 1 видны переменные, являющиеся выходными координатами процесса - y; переменные, изменением которых система управления может воздействовать на объект с целью управления - х; переменные, отражающие влияние на регулируемый объект различных возмущений - z.

На основе этих переменных можно представить структурную схему управления, где указаны все возможные воздействия на объект управления.

Рис. 1.1. Структурная схема объекта управления

Делись добром ;)