Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧАСТКА ГИДРООЧИСТКИ В ПРОЦЕССЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА

Кубеткин Н.В. 1 Астапов В.Н. 1
1 ГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»
Переработка нефти – сложный процесс, для проведения которого требуется привлечение специализированного оборудования. Автоматизация технологических процессов и производств позволяет освободить человека от выполнения некоторой работы, и делает это в разы быстрее и качественней. Автоматизированные системы управления технологическими процессами являются важными факторами в поднятие производительности труда, а также в увеличение качества произведённой продукции и экономии энергии, сырья и времени. Всё это делает автоматизацию производственных процессов одной из основных направлений технического прогресса. В статье рассмотрен алгоритм работы участка гидроочистки технологического процесса каталитического риформинга и приведено его подробное описание. Процесс рассмотрен, как и с технологической стороны, так и с химической. В работе подробно изучены процессы и аппараты объекта управления, которые используются для построения автоматизированной системы управления. Проведён полный анализ данной технологической схемы гидроочистки в процессе каталитического риформинга.
автоматизированные системы управления
каталитический риформинг
участок гидроочистки
1. «Автоматизация объектов гидроочистки бензина»
https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=790829#text (Дата обращения: 5.10.20)
2. Ахметов С. А., Сериков Т. П., Кузеев И. Р., Баязитов М. И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие // Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. - 868 с.
3. Баннов П. Г. Процессы переработки нефти. Учеб-метод.пособие/ П.Г. Баннов - СПб.: Химиздат.- 2009.-368с.
4. Владимиров А.И. Установки каталитического риформинга. – М.: Нефть и газ, 1993. - 60с.
5. Кондрашева Н.К., Кондрашев Д.О., Абдульминев К.Г. Технологические расчеты и теория каталитического риформинга бензина. – Уфа: ООО «Монография», 2008. – 160с.
6. Мирошникова Д.Н., Леденёв С.М. Совершенствование процесса каталитического риформинга бензиновой фракции//Успехи современного естествознания. – 2010. – №1 – 162с.
7. «Установка гидроочистки дизельного топлива, керосина, бензина, нафты» https://pronpz.ru/ustanovki/gidroochistka.html (Дата обращения: 29.10.20)

Введение

Каталитический риформинг – ведущий процесс производства высокооктановых составляющих бензина для автомобилей и не только. На большинстве нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) присутствуют данные установки каталитического риформинга.

Развитие производства бензинов зависит напрямую от улучшения ведущих эксплуатационных свойств бензина: содержания ароматических углеводородов, денотативной стойкости топлива, давления насыщенных паров. Данный вопрос является основополагающим этой работы и имеет практическое внимание к задаче. [3]

Технология производства и переработки углеводородного сырья, а также сама составляющая всех получаемых продуктов постоянно изменяется за счёт того, что проводится разработка и освоение различных конфигураций процесса. Постоянно усовершенствуется схемы производственных процессов, создаются катализаторы с улучшенными характеристиками, появляются всё больше качественных оборудований.

Нефтеперерабатывающий завод представляет собой сложный комплекс технологических объектов, осуществляющих в первую очередь производство топлива и масел для различной техники.

Важнейшая задача АСУ – повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности труда и совершенствования методов планирования процесса управления за счет улучшения качества регулирования и управления технологическим процессом.

Создание АСУ ТП гидроочистки в процессе каталитического риформинга позволяет добиться улучшения технико-экономических показателей производства нефтепродуктов. Применение высокооктановых бензинов способствует не только повышению топливной экономичности, но и снижению металлоемкости двигателя, увеличению его мощности и длительности межремонтного пробега автомобиля. Поэтому экономически целесообразно развивать производство автомобильных бензинов в направлении повышения их качества путем внедрения высокоэффективных вторичных процессов. Это позволит более эффективно использовать нефтяные ресурсы.

Ещё не мало важно то, что САУ помогает уменьшить вероятность возникновения аварийной ситуации. Системы выполняет информационные и управляющие функции, а также функции сигнализации и противоаварийной защиты. Так как установка оснащена современными приборами и датчиками, то их надежность значительно повышается, а в следствии чего сбоев и аварий становится меньше.

АСУ ТП участка гидроочистки реализует комплекс функций, который обеспечивает оперативный контроль и управление технологическим процессом участка, уменьшает количество выполняемых технологическим персоналом функций за счет их автоматизации, повышает качество и быстродействие регулирования и, как следствие, достижение высокого уровня стабилизации технологических режимов

Достижение вышеозначенных целей будет способствовать также улучшению экологической обстановки в районе нефтезавода.

Технологическая схема установки для гидроочистки

Процесс каталитической гидроочистки, например, на заводе «Газпромневтегаз-ОНПЗ» превыше всего используется для значительного снижения интенсивности окраски депарафинированных рафинатов и увеличения их устойчивости к окислению. В это же время процессом гидроочистки получается снизить коксуемость, процентное содержание серы и кислотность масел. [5]

В установку гидроочистки входят следующие секции: реакторная, нагревательная, секция очистки водородосодержащего газа от сероводорода, сепарационно-стабилизационная.

Почти все установки процесса гидроочистки имеют схожие схемы, хоть они и имеют различные применения, такие как: насыщение олефинами, десульфуризация, деазотирование и т.п.

Технологическая схема гидроочистки на примере установки вакуумного газойля

Рисунок 1 - Технологическая схема гидроочистки на примере установки вакуумного газойля АО «Газпромнефть - ОНПЗ»

Реакторный блок имеет следующие основополагающие части: теплообменники (продуктовые и сырьевые), реактор(ы), сепаратор продуктов, печь нагревания газосырьевой смеси и конденсатор газопродуктовой смеси реактора. Также возможно присутствие дополнительных компонентов в системе: абсорбер циркулирующего ВСГ, сырьевые смеси, горячий сепаратор газопродуктовой смеси.

Очень часто на таких участках применяется схема рекуперации тепла, т.е. газосырьевую смесь подогревают гопродуктовой смесью, которая выходит из реактора. Данный процесс осуществляется на специальном блоке теплообмена. Это значительно помогает сократить затраты на энергию для нагрева газосырьевой смеси. [7]

Химические основы, сырье и продукты процесса гидроочистки

В процессе гидроочистки происходят такие реакции как:

Удаление серы, которое ещё называют обессересривание, в данной реакции органические соединения серы превращаются в сероводород, удаление азота, также называемые деазотированием или гидродеазотированием, при котором органические азотные соединения превращаются в аммиак, удаление металлорганических соединений и металлов, также называемое гидродеметаллизацией, в данной реакции соединения металлоорганических компонентов превращаются в их сульфиды, удаление кислорода. [2]

Насыщение олефинов, в данной реакции органические соединения, содержащие двойные связи, превращаются в их насыщенные гомологи, ароматическое насыщение, также называемое гидродеароматизацией, при которой некоторые ароматические соединения превращаются в нафтены, удаление галогенидов, при котором органические галогениды превращаются в галогениды водорода. [4]

Наилучшие результаты достигаются при гидроочистке, так как в большей мере обеспечивается соответствие целевых продуктов всем предъявленным требованиям. [2]

Мощности гидроочистки в России и Западной Европе составляют 28-30 %, в США 43,6 % от объема первичной переработки нефти. [3]

Гидроочистку керосиновых фракций используют для получения компонентов реактивных топлив, которые с требованиями стандартов должны содержать до 0.05% общей серы и 0.001-0.005% масс.[6]

Катализаторы, необходимые для гидроочистки

Катализаторы гидроочистки представляют собой материалы с большой площадью поверхности, состоящие из активного компонента и промотора, который равномерно распределен по носителю.

Кобальт-молибденовые катализаторы

Катализаторы Co-Mo имеют низкую активность гидрирования, поэтому они имеют наименьшее потребление водорода для удаления серы. Они также имеют самую низкую чувствительность потребления p к изменениям рабочего давления. В целом, катализаторы Co-Mo имеют самые высокие характеристики обессеривания при более низких рабочих давлениях (<40 кгс/см2 изб.). [4]

Никель-молибденовые катализаторы

Катализаторы Ni-Mo были разработаны для обессеривания, но особенно для гидрирования и деазотирования. Удаление металлов также может быть достигнуто. Эти катализаторы могут гидроочищать сырье с различными свойствами. Катализаторы Ni-Mo обладают более высокой способностью к деазотированию, чем Co-Mo, и поэтому используются для крекированного сырья или в других областях, где деазотирование и / или насыщение столь же важны, как и обессеривание.

Автоматизированные системы гидроочистки в процессе каталитического риформинга

Разработка и внедрение АСУ ТП гидроочистки в процессе каталитического риформинга должно обеспечивать (высокое качество, производительность, безопасность замена ручного труда и т.д.), что и приведет к получению стабилизации прибыли за счет производства продукции, которая способна конкурировать на рынке и удовлетворять требованиям потребителей.

Системы автоматизации осуществляют управляющие и информационные, противоаварийные и сигнализационные функции.

АСУ ТП (Автоматизированная система управления технологическим процессом) установки гидроочистки состоит из подсистем аварийной защиты и сигнализации (ПАЗ), и подсистем управления и наблюдения, или по другому распроданной системой управления (РСУ).

На станциях инженера и оператора есть программные пакеты открытого интерфейса данных для ОРС для того, чтобы была возможность выдавать данные в супервизорные системы.

Структура автоматизированной системы:
1. Верхний уровень: две станции оператора на базе промышленных компьютеров; программное обеспечение SCADA-система для дистанционного управления и визуализации ходом техпроцесса; пассивное и активное оборудование коммуникации сети Ethernet.
2. Средний уровень: устройства бесперебойного электропитания; аппаратные регуляторы; контроллеры подсистемы ПАЗ; промышленные контроллеры и панели оператора, которые предназначены для контроля и управления оборудованием участка.
3. Нижний уровень: электроприводы задвижек / клапанов-отсекателей / насосов / вентиляторов (каждая единица технологического оборудования имеет свое устройство плавного пуска и тепловую защиту) - применяются для исполнения команд управления;
датчики уровня загазованности в фильтр-прессной / операторной / компрессорной; датчики расхода / уровня / температуры / давления;

Структурная схема АСУ ТП DELTAV.

Обработка и сбор данных производственных процессов установки гидроочистки на интегрированной АСУ ТП DELTA V происходит на следующих станциях:

HISPC – Станция оператора, которая служит для мониторинга и управления схемой производства. Она предоставляет значения всех переменных, использующийся в технологическом процессе, состояния сигнализации и оборудования, на экране монитора для более быстрой оценки состояния установки. Она также предоставляет интерфейс для операторов для управления и мониторинга исполнительными электрооборудованием и механизмами. [1]

HISENG – Станция инженера, которая имеет функции проектирования и используется для конфигурирования и программирования АСУ ТП DELTA V и является обслуживающим техническим инструментом для данной АСУ ТП.

Основой для АСУ ТП DELTAV служат дублированные контроллеры MD+.

Контроллеры MD+ реализует связь с другими узлами схемы производства и управление полевыми устройствами. Контроллер MD поддерживает управление периодическими процессами, а также функции усовершенствованного управления. Данный контролер реализует управление всеми щагами процесса по передаче данных в коммуникационной сети, выполнение всех операция управления каналами интерфейса ввода-вывода. А также осуществляет генерацию аварийные сообщений, сбор данных и присваивает меток по времени. [1]

Цикл обработки любого подобного контура осуществляется в течение 100 мс. По мере роста системы можно расширять возможности программного обеспечения и увеличивать количество сигналов, обрабатываемых контроллером DeltaV. Начав с 50 параметров, их число можно довести до 500.

Заключение

Гидроочистка – процесс превращения химических веществ под воздействием высокого давления, температуры и водорода. Такой процесс применяется для устранения кислородных, азотистых, непредельных и металлоорганических соединений из нефтепродукта.Совместно осуществляется снижение количества смол и гидросодержащих соединений, насыщение непредельных углеводородов, а также происходит гидрокрекинг углеводородов.

Применение АСУ ТП в процессе гидроочистки нефтепродуктов реализовывает автоматизацию, а также оптимизацию производственных процессов, повышаю надёжность и точность системы, помогая наблюдать промежуточные данные в измерениях; обеспечивать безопасность для персонала и всей области функционирования; проводить диагностику измерительной аппаратуры; регулировать и стабилизировать показатели; осуществлять оптимальное управление; осуществлять хранение и передачу данных на всех этапах работы системы; увеличить качество работы системы.


Библиографическая ссылка

Кубеткин Н.В., Астапов В.Н. АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧАСТКА ГИДРООЧИСТКИ В ПРОЦЕССЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА // Международный студенческий научный вестник. – 2020. – № 6. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=20321 (дата обращения: 27.11.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074