СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВКИ ГИДРОКРЕКИНГА И ФРАКЦИОНИРУЮЩЕЙ КОЛОННЫ
METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING HYDROCRACKER AND FRACTIONATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к способу и системе регулирования установки гидрокрекинга, включающей в себя реактор гидрокрекинга, и сопряженной фракционирующей колонны.
Уровень техники
Гидрокрекинг представляет собой процесс, в котором тяжелые нефтяные фракции, извлеченные из сырой нефти, объединяются с газообразным водородом и подвергаются воздействию высоких температур и давлений в одном или нескольких реакторах, заполненных катализатором. Катализатор помогает расщепить или «крекировать» углеводороды с более длинной цепью в тяжелых нефтяных фракциях на более мелкие молекулы углеводородов, которые в конечном счете, образуют керосин, нафту, а также газойлевые компоненты.
Поток, выходящий из реактора гидрокрекинга, обычно подают в дистилляционную или фракционирующую колонну. Фракционирующая колонна разделяет подаваемый сырьевой поток на различные фракции жидких углеводородов, каждая из которых имеет желаемый температурный интервал кипения. Вообще говоря, «более легкие» углеводороды (например, жидкие углеводороды, имеющие более низкую температуру кипения) отводятся из верхней и боковых частей фракционирующей колонны в виде потоков головной и боковой фракций. Более тяжелые фракции (например, углеводороды, имеющие более высокую температуру кипения) собираются в донной части фракционирующей колонны и известны как кубовый продукт. Кубовый продукт рециркулируют в реактор гидрокрекинга или подвергают другой обработке.
Реактор гидрокрекинга и фракционирующая колонна работают вместе, в сочетании с другим технологическим оборудованием, таким как нагреватели, теплообменники, фазовые сепараторы, насосы, компрессоры и т.д., и рабочие условия одного могут зависеть или быть связанными с рабочими условиями другого. Например, оператор или автоматизированная система управления контролируют выход кубового продукта фракционирующей колонны, который может отражаться изменениями в уровне кубового продукта, собранного в нижней части фракционирующей колонны, или изменениями в расходе выходящего потока кубового продукта из фракционирующей колонны. Если, например, оператор установки гидрокрекинга видит неожиданное увеличение выхода кубового продукта фракционирующей колонны, тогда оператор должен попытаться определить причину увеличения. Увеличение кубового продукта фракционирующей колонны может быть связано, например, со снижением конверсии («крекинга») в установке гидрокрекинга, в результате чего более тяжелое сырье направляется во фракционирующую колонну. Или же увеличение может быть вызвано проблемами разделения во фракционирующей колонне. Если увеличение обусловлено снижением конверсии в установке гидрокрекинга, тогда обычная регулировка заключается в увеличении температуры реакционного слоя установки гидрокрекинга. Если увеличение обусловлено проблемами разделения во фракционирующей колонне, тогда обычная регулировка заключается в увеличении расхода боковой фракции.
Тщательное наблюдение за работой фракционирующей колонны может дать сведения о проблеме, но такое наблюдение иногда занимает много времени. Кроме того, некоторые решения, такие как осуществление корректировок давления в работе фракционирующей колонны, трудно осуществлять своевременно, что требуется для регулирования непрерывных производственных процессов. Применение способа регулирования фракционирующей колонны за счет увеличения потока ее бокового продукта связано с риском отведения слишком большого количества жидкости из фракционирующей колонны, что может привести к образованию некондиционного продукта. В то же время, увеличение температуры реакции установки гидрокрекинга для регулирования фракционирующей колонны может повысить энергетические затраты и привести к «повторному крекингу» углеводородов в нежелательные более легкие фракции, такие как нафта.
Среди этих вариантов, тем не менее, регулирование работы фракционирующей колонны с помощью корректировки температуры реакционного слоя установки гидрокрекинга иногда может являться предпочтительным подходом из-за более низкого риска получения некондиционного продукта. Однако с течением времени и после нескольких корректировок температуры, неэффективность «повторного крекинга» может возрасти до точки, где появляются значительные экономические потери из-за избыточного крекинга.
Учитывая отмеченные выше проблемы, существует необходимость в усовершенствованной системе и способе регулирования реактора гидрокрекинга и фракционирующей колонны процесса и системы гидрокрекинга. Такая система и способ должны предоставить оператору более высокий уровень определенности при регулировании неожиданных увеличений выхода кубового продукта фракционирующей колонны и предоставить более эффективный метод технологического контроля для регулирования реакционного контура фракционирующей колонны и установки гидрокрекинга.
Сущность изобретения
Соответственно, настоящее изобретение относится к способу регулирования работы реакционного контура фракционирующей колонны и установки гидрокрекинга. Способ включает обеспечение фракционирующей колонны для приема выходящего потока из установки гидрокрекинга в качестве подаваемого сырья для фракционирующей колонны, при этом фракционирующая колонна ограничивает зону дистилляции, которая включает в себя нижнюю зону, верхнюю зону и промежуточную зону между нижней зоной и верхней зоной, причем промежуточная зона имеет тарелку отбора боковой фракции. Подаваемое сырье для фракционирующей колонны вводится в нижнюю зону фракционирующей колонны. Уровень жидких углеводородов, имеющих желаемый температурный интервал кипения, накапливается на тарелке отбора боковой фракции, с которой поток боковой фракции углеводородов отводится. Поток боковой фракции разделяется на первый поток и поток продукта, при этом первый поток вводится в зону дистилляции. Расход первого потока регулируют в зависимости от разности между измеренным расходом первого потока и желаемым расходом первого потока. Расход потока продукта регулируют в зависимости от разности между измеренным уровнем жидкости на тарелке отбора боковой фракции и желаемым уровнем жидкости на тарелке отбора боковой фракции. Поток продукта направляется вниз по потоку от фракционирующей колонны.
Другой аспект изобретения включает в себя систему для регулирования работы реакционного контура фракционирующей колонны и установки гидрокрекинга. Система содержит реактор гидрокрекинга, который производит выходящий поток реактора гидрокрекинга; фракционирующую колонну для приема выходящего потока из реактора гидрокрекинга в качестве подаваемого сырья во фракционирующую колонну, при этом фракционирующая колонна ограничивает собой зону дистилляции; тарелку отбора боковой фракции в зоне дистилляции, обеспечивающую объем жидких углеводородов, имеющих желаемый температурный интервал кипения, в качестве потока боковой фракции, при этом тарелка отбора боковой фракции предотвращает перелив жидких углеводородов в зону дистилляции; средство для разделения потока боковой фракции на первый поток и поток продукта; первую систему регулирования расхода для сравнения измеренного расхода первого потока с желаемым расходом первого потока и для регулирования расхода первого потока в зависимости от разности между измеренным расходом и желаемым расходом; и трубопровод для передачи потока продукта вниз по потоку от фракционирующей колонны.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая вариант осуществления технологической системы и связанных с ней технологических потоков изобретения, которая включает реактор гидрокрекинга, фракционирующую колонну и системы регулирования.
Подробное описание изобретения
Нижеследующее подробное описание не предполагает ограничения и приводится исключительно для целей иллюстрации основных принципов изобретения. Различные признаки и преимущества настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на нижеследующее подробное описание, рассматриваемое вместе с сопровождающими чертежами.
На фиг. 1 схематически проиллюстрирована технологическая система 1, которая представляет собой вариант осуществления изобретения, включающий в себя в реактор 2 гидрокрекинга и фракционирующую колонну 4. Специалистам в данной области будет ясно, что дополнительные компоненты, такие как насосы, нагреватели, теплообменники, фазовые сепараторы, компрессоры, установки выделения газа, трубопроводы, регуляторы, измерительная аппаратура и т.д., могут быть частью любого конкретного процесса переработки. Все разнообразие этих компонентов, специально не рассматривается в данном подробном описании, поскольку при реализации изобретение не ограничивается какой-либо одной конкретной конструкцией технологической установки, которая включает реактор гидрокрекинга, фракционирующую колонну и различные элементы системы регулирования, описанные в данном документе. Специалисты, однако, могут легко адаптировать принципы и варианты осуществления изобретения для соответствия конструкции конкретной технологической схемы реактора гидрокрекинга и фракционирующей колонны.
В процессе эксплуатации технологической системы 1 сырьевой поток тяжелых углеводородов, проходящий по трубопроводу 6, и сырьевой поток водорода, проходящий по трубопроводу 8, объединяются и вводятся в качестве подаваемого сырья в реакционную зону 9 гидрокрекинга. Реакционная зона 9 гидрокрекинга ограничивается реактором 2 гидрокрекинга.
Углеводородное сырье, которое подходит для использования в качестве сырьевого потока тяжелых углеводородов изобретения, включает все минеральные и синтетические масла (например, сланцевую нефть, продукты нефтеносных песков и т.д.) и их фракции. Неограничивающие примеры подходящего углеводородного сырья включают сырье, содержащее углеводородные компоненты, кипящие выше 288°C (550°F), такие как атмосферные газойли, вакуумные газойли, деасфальтированный остаток, остаток вакуумной перегонки, остаток атмосферной перегонки и газойли из установок конверсии, таких как установки флюид-каталитического крекинга, установки для коксования или установки висбрекинга.
В большинстве случаев, сырьевой поток тяжелых углеводородов должен содержать по меньшей мере 20 об. % тяжелых углеводородов, кипящих выше 288°C (550°F). Однако, более желательно, чтобы сырьевой поток тяжелых углеводородов содержал по меньшей мере 50 об. % тяжелых углеводородов, кипящих выше 288°C (550°F), и особенно желательно, чтобы сырьевой поток тяжелых углеводородов содержал по меньшей мере 75 об. % тяжелых углеводородов, кипящих выше 288°C (550°F). Эти тяжелые углеводороды превращаются в реакторе 2 гидрокрекинга в более низкокипящие углеводороды, имеющие температуру кипения менее 288°C (550°F).
Как правило, конверсия за один проход тяжелых углеводородов в низкокипящие углеводороды в реакционной зоне 9 гидрокрекинга превышает 15%, например, находится в диапазоне от 15% до 75%, но предпочтительно конверсия за один проход превышает 20%, например, находится в диапазоне от 20% до 60%.
В реакционной зоне 9 гидрокрекинга находится катализатор гидрокрекинга, который способствует конверсии тяжелых углеводородов в более легкие углеводороды. Различные композиции катализаторов гидрокрекинга хорошо известны специалистам, и любой подходящий катализатор гидрокрекинга может быть загружен в реакционную зону 9 гидрокрекинга. Например, катализаторы гидрокрекинга, описанные в патенте US 7419582, который включен в настоящий документ посредством ссылки, включают некоторые каталитические композиции, которые могут использоваться в подходящих случаях. Примеры других композиций катализатора гидрокрекинга, которые могут использоваться в подходящих случаях, описаны в патенте US 7041211 и патенте US 6402935, оба эти патента включены в настоящий документ посредством ссылки.
Реактор 2 гидрокрекинга эксплуатируется в условиях, таких как температура, давление, отношение водорода к углеводородному сырью и часовая объемная скорость, которые являются подходящими для конкретного перерабатываемого сырьевого потока, конкретной используемой каталитической композиции и желаемого конечного продукта. Специалистам в данной области хорошо известны рабочие условия, необходимые для конкретной установки гидрокрекинга.
Однако, как правило, сырьевой поток тяжелых углеводородов приводится в контакт с катализатором гидрокрекинга в реакционной зоне 9 гидрокрекинга в присутствии водорода при температуре, превышающей 200°C (392°F). Обычно температура находится в диапазоне от 250°C (482°F) до 480°C (896°F), но предпочтительно она находится в диапазоне от 320°C (392°F) до 450°C (842°F), и, предпочтительно, находится в диапазоне от 330°C (626°F) до 435°C (815°F).
Рабочее давление реакционной зоны 9 гидрокрекинга в большинстве случаев превышает 1 МПа (145 фунт/кв. дюйм) и обычно находится в диапазоне от 2 МПа (290 фунт/кв. дюйм) до 25 МПа (3626 фунт/кв. дюйм), и, предпочтительно, оно находится в диапазоне от 3 МПа (435 фунт/кв. дюйм) до 20 МПа (2900 фунт/кв. дюйм).
-1
-1
-1
Объемная скорость, при которой реактор 2 гидрокрекинга работает, в большинстве случаев находится в диапазоне от 0,1 до 20 ч, и предпочтительно от 0,1 до 6 ч, и более предпочтительно от 0,2 до 3 ч. Объемное соотношение литров водорода к литрам тяжелого углеводородного сырья, вводимых в реакционную зону 9 гидрокрекинга, в большинстве случаев находится в диапазоне от 80 до 5000 л/л, и обычно от 100 до 2000 л/л.
Чтобы помочь в описании приведенного здесь изобретения будут использованы приводимые в качестве примера условия реакции производства дизельно-газойлевой фракции для обеспечения преимуществ и усовершенствований, достигнутых изобретением. Любые рассматриваемые здесь условия реакции (например, температуры, давления, расходы и т.д.) не должны быть истолкованы как ограничивающие объем изобретения. Условия реакции гидрокрекинга, описанные в указанных выше патентах, также могут иллюстрировать возможные подходящие условия работы реактора 2 гидрокрекинга технологии изобретения.
В рабочем режиме производства дизельно-газойлевой фракции установка гидрокрекинга, перерабатывающая тяжелое сырье, может работать при температурах в диапазоне от примерно 232°C (450°F) до примерно 468°C (875°F), в зависимости от используемой каталитической композиции, состава подаваемого сырья и других факторов.
Образующийся в результате поток продукта установки гидрокрекинга или выходящий из реактора гидрокрекинга поток выходит из реакционной зоны 9 гидрокрекинга по трубопроводу 10 и содержит смесь более низкокипящих углеводородов по сравнению с углеводородами в составе потока тяжелого сырья, подаваемого в установку гидрокрекинга. Выходящий из реактора гидрокрекинга поток образует основу сырьевого потока фракционирующей колонны, который проходит по трубопроводу 11 для ведения в качестве сырья во фракционирующую колонну 4.
В некоторых производственных процессах выходящий поток установки гидрокрекинга может проходить через различные устройства для дополнительной реакции, разделения, нагнетания, нагревания или различные сочетания технологических стадий, прежде чем он поступит во фракционирующую колонну 4. Такие стадии хорошо известны специалистам и не требуют здесь подробного рассмотрения. Эти промежуточные стадии обобщенно представлены технологическим блоком 14. Технологический блок 14 также схематически представляет трансформацию выходящего потока реактора гидрокрекинга в сырьевой поток фракционирующей колонны, который проходит по трубопроводу 11.
Клапан 16 регулирования расхода встроен в трубопровод 11, и он регулирует расход сырьевого потока фракционирующей колонны, проходящего по трубопроводу 11 во фракционирующую колонну 4. Обсуждаемые здесь клапаны являются клапанами, которые обычно используются специалистами в данной области техники, если не указано иное. Кроме того, система клапанов и механизмы регулирования расхода, описанные в данном документе, регулируются оборудованием или системами технологического контроля, известными специалистам, и включают в себя как автоматизированное, так и ручное оборудование или системы.
Фракционирующая колонна 4 оснащена множественными или несколькими дистилляционными тарелками 17. Среди дистилляционных тарелок имеется тарелка 22 отбора боковой фракции. Термин «тарелка отбора боковой фракции», как употребляется в настоящем документе, означает тарелку фракционирующей колонны, которая накапливает и поддерживает уровень жидких углеводородов, имеющих желаемый температурный интервал кипения, и которая выполнена с возможностью удаления жидкости, которая накапливается на тарелке.
Фракционирующая колонна 4 функционирует как дистилляционная колонна, ограничивающая своим объемом общую зону 28 дистилляции. Фракционирующая колонна 4 предусматривает разделение подаваемого во фракционирующую колонну сырья на несколько фракций углеводородов, каждая из которых имеет желаемый температурный интервал кипения. Например, легкие углеводороды, которые могут включать в себя часть углеводородов, являющихся в обычных условиях газообразными, удаляются из зоны 28 дистилляции по трубопроводу 29 и после этого извлекаются. Углеводороды с температурным интервалом кипения нафты или даже углеводороды с температурным интервалом кипения керосина удаляются из зоны 28 дистилляции по трубопроводу 30.
Фракция жидких углеводородов, содержащая углеводороды, кипящие в температурном интервале кипения дизельной или газойлевой фракции, выходит из фракционирующей колонны 4 и передается далее в качестве продукта по трубопроводу 31.
Фракция тяжелых углеводородов, содержащая углеводороды, имеющие температуру кипения в диапазоне температур, более высоком, чем диапазон температур кипения дизельного топлива, и более типично, содержащая неконвертированные углеводороды исходного сырья, собирается в нижней части 32 зоны 28 дистилляции фракционирующей колонны 4. Данная фракция тяжелых углеводородов выходит из зоны 28 дистилляции по трубопроводу 33 в виде потока кубового продукта или в виде рециркуляционного потока в реактор 2 гидрокрекинга, или в виде и того и другого.
Как и в случае реактора 2 гидрокрекинга, рабочие условия любой индивидуальной фракционирующей колонны будут варьировать в зависимости от подаваемого сырья и используемого оборудования. Однако в типичной операции получения дизельно-газойлевой фракции фракционирующая колонна 4 работает как установка атмосферной дистилляции, при таких условиях фракционирования, которые необходимы для получения различных желательных фракций продуктов. Давление в верхней части фракционирующей колонны 4 может обычно составлять от 25 кПа (3,6 фунт/кв.дюйм абс.) до 500 кПа (73 фунт/кв.дюйм абс), и температура в верхней части может увеличиваться до примерно 125°C (257°F). Кубовый поток из фракционирующей колонны 4 рециркулируют посредством трубопроводов 33 и 34 в качестве подаваемого сырья в реактор 2 гидрокрекинга.
Фракционирующая колонна 4 также может быть связана с дополнительным оборудованием, таким как теплообменники, насосы, нагреватели сырья и т.д. Специалисты в данной области техники могут добавить любые дополнительные компоненты, необходимые для конкретной системы (например, добавить насос для создания гидростатического напора).
На фиг. 1 схематически показана совместная работа реактора 2 гидрокрекинга и фракционирующей колонны 4, с образованием реакционного контура установки гидрокрекинга. В нижеследующих параграфах описано, каким образом изобретение улучшает оперативное регулирование реакционного контура фракционирующей колонны и установки гидрокрекинга. В более широком смысле изобретение охватывает способ регулирования работы фракционирующей колонны 4 в реакционном контуре установки гидрокрекинга, который включает в себя реактор 2 гидрокрекинга.
В одном аспекте способ согласно изобретению содержит стадию подачи выходящего потока установки гидрокрекинга через трубопровод 11 в качестве сырьевого потока во фракционирующую колонну 4. Жидкий поток боковой фракции отводится из тарелки 22 отбора боковой фракции и выходит из зоны 28 дистилляции посредством трубопровода 36. Поток боковой фракции содержит жидкие углеводороды, имеющие желаемый температурный интервал кипения. Поток боковой фракции далее разделяется на первый поток и поток продукта. Первый поток возвращается в зону 28 дистилляции по трубопроводу 38. Расход первого потока определяется или измеряется расходомером или измерительным устройством 40.
Измерительное устройство 40 подает в регулятор 44 расхода входной сигнал 42, который указывает на фактическую или измеренную величину расхода первого потока, проходящего через трубопровод 38. Регулятор 44 расхода сравнивает входной сигнал 42 с заданным значением (не показано), которое указывает на желаемую величину расхода первого потока, проходящего через трубопровод 38, и подает управляющий сигнал 46 в клапан 48 регулирования расхода, который встроен в трубопровод 38. Управляющий сигнал 46 пропорционален разности между измеренной величиной расхода и желаемой величиной расхода первого потока в трубопроводе 38. Клапан 48 регулирования расхода приводится в действие или функционирует в ответ на управляющий сигнал 46 таким образом, чтобы поддержать величину расхода первого потока на желаемом уровне.
В варианте осуществления изобретения расход первого потока регулируют до желаемого значения расхода, тогда как расход потока продукта, поступающего по трубопроводу 31, может изменяться, чтобы регулировать уровень 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции. В данной конфигурации расход первого потока регулируют как описано выше до желаемого фиксированного значения, и расход потока продукта в трубопроводе 31 задают таким образом, чтобы регулировать уровень 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции к желаемому фиксированному уровню.
Измерительное устройство 50 подает в регулятор 52 уровня входной сигнал 54, который указывает на фактический или измеренный уровень 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции. Регулятор 52 уровня сравнивает входной сигнал 54 с заданным значением (не показано), которое указывает на желаемый уровень жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции, и подает управляющий сигнал 56 в клапан 58 регулирования расхода, который встроен в трубопровод 31. Управляющий сигнал 56 пропорционален разности между измеренным уровнем 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции и желаемым уровнем жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции. Клапан 58 регулирования расхода приводится в действие или функционирует в ответ на управляющий сигнал 56 таким образом, чтобы поддержать уровень 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции на желаемом уровне 39 жидкости.
В другом аспекте изобретение относится к способу регулирования работы фракционирующей колонны 4 и реактора 2 гидрокрекинга с помощью многостадийного процесса, включающего в себя: обеспечение фракционирующей колонны 4 для приема выходящего потока гидрокрекинга в качестве подаваемого сырья во фракционирующую колонну по трубопроводам 10 и 11, при этом фракционирующая колонна 4 ограничивает общую зону 28 дистилляции, которая включает в себя нижнюю зону 62, верхнюю зону 64 и промежуточную зону 66 между нижней зоной 62 и верхней зоной 64. Тарелка 22 отбора боковой фракции находится в пределах промежуточной зоны 66.
В данном аспекте изобретения подаваемое сырье для фракционирующей колонны вводится в нижнюю зону 62 фракционирующей колонны 4. В процессе работы фракционирующей колонны 4 уровень 39 жидких углеводородов, имеющих желаемый температурный интервал кипения, накапливается или аккумулируется на тарелке 22 отбора боковой фракции. Уровень 39 жидкости накапливается и поддерживается с помощью отведения жидкого потока боковой фракции с тарелки 22 отбора боковой фракции, который отводится посредством трубопровода 36, как правило, к циркуляционному насосу 68.
Поток боковой фракции разделяется на первый поток, поступающий по трубопроводу 38, и поток продукта, поступающий по трубопроводу 31. Первый поток повторно вводится в зону 28 дистилляции регулируемым образом, в результате чего расход первого потока регулируется с помощью использования системы регулирования, включающей в себя измерительное устройство 40, регулятор 44 расхода и клапан 48 регулирования расхода, которая регулирует расход потока продукта в зависимости от разности между измеренным расходом первого потока и желаемым расходом первого потока.
Расход потока продукта регулируется с помощью системы регулирования уровня, включающей в себя устройство 50 измерения уровня, регулятор 52 уровня, которая регулирует расход потока продукта в зависимости от разности между измеренным уровнем 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции и желаемым уровнем жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции и, таким образом, поток продукта изменяется в ходе работы фракционирующей колонны 4. Поток продукта передается далее от фракционирующей колонны 4 по трубопроводу 31 для продажи или дальнейшей переработки.
В процессе работы фракционирующей колонны 4 выходящий поток из реактора гидрокрекинга выходит из реактора 2 гидрокрекинга посредством трубопровода 10 и трубопровода 11 и подается во фракционирующую колонну 4 в виде сырьевого потока через технологический блок 14. Как правило, сырьевой поток для фракционирующей колонны вводится во фракционирующую колонну 4 в направлении к низу зоны 28 дистилляции, в нижнюю зону 62.
Зона 28 дистилляции содержит множество тарелок 17, которые обычно встречаются во фракционирующих колоннах. Как указано выше, фракционирующая колонна 4 также ограничивает в пределах зоны 28 дистилляции верхнюю зону 64 дистилляции, которая обеспечивает отделение более легких фракций, нижнюю зону 62 дистилляции, которая обеспечивает отделение более тяжелых фракций, и промежуточную зону 66 дистилляции между верхней зоной 64 дистилляции и нижней зоной 62 дистилляции, которая обеспечивает отделение промежуточных фракций. Каждая зона содержит по меньшей мере одну тарелку фракционирующей колонны.
Фракционирующая колонна 4 эксплуатируется таким образом, что дизельно-газойлевая фракция аккумулируется на тарелке 22 отбора боковой фракции в промежуточной зоне 66 дистилляции. Кроме того, тяжелая жидкая фракция аккумулируется в нижней части фракционирующей колонны 4 с образованием уровня 70 жидкого кубового продукта. Уровень 70 жидкого кубового продукта, накопленного в нижней части 32 фракционирующей колонны 4, контролируется известным в области техники способом, как правило, с помощью использования датчика уровня или устройства 72 измерения уровня. Кубовый продукт проходит из нижней части фракционирующей колонны 4 по трубопроводу 33 и может быть рециркулирован в качестве подаваемого сырья в реактор 4 гидрокрекинга с помощью трубопровода 34, или часть или весь кубовый продукт может быть направлен далее с помощью трубопровода 72.
Традиционные системы регулирования установки гидрокрекинга и фракционирующей колонны основаны на мониторинге нескольких технологических параметров (например, уровня кубового продукта фракционирующей колонны) и изменении других параметров (например, температур и расходов) в ответ на измеренные значения. Эти системы часто основаны на постоянном расходе потока бокового продукта. В таких системах тарелка отбора боковой фракции функционирует как и большинство тарелок фракционирующей колонны и накапливает объем жидких углеводородов, имеющих желаемый диапазон температур кипения. Часть этого объема отводится в виде потока продукта при фиксированном расходе, регулируемом с помощью регулятора расхода, а остальное стекает со сборной тарелки в виде внутреннего орошения в колонне. Поскольку количество продукта, удаляемое из фракционирующей колонны, является более или менее постоянным, другие потоки (например, внутреннее орошение) или технологические параметры корректируют, чтобы сохранить поток продукта и соответствие продукта спецификации.
Система и способ регулирования заявленного изобретения меняют традиционный способ регулирования установки гидрокрекинга и фракционирующей колонны за счет изменения типичной конфигурации фракционирующей колонны и динамики управления. В способе и системе согласно изобретению весь объем жидких углеводородов, собранных на тарелке 22 отбора боковой фракции, отводится из фракционирующей колонны 4 в виде потока боковой фракции по трубопроводу 36 и разделяется на поток продукта в трубопроводе 31 и первый поток в трубопроводе 38. Иными словами, отборная тарелка не переполняется, как в типичных фракционирующих колоннах. Кроме того, первый расход первого потока является фиксированным, тем самым делая расход потока продукта вариабельным в зависимости от его использования для регулирования уровня 39 жидкости. В нижеследующих параграфах приводится более подробное описание данной схемы регулирования.
Фракционирующая колонна 4 системы содержит по меньшей мере одну тарелку 22 отбора боковой фракции в пределах зоны 28 дистилляции, которая накапливает объем жидких углеводородов, имеющих желаемый температурный интервал кипения. Данный объем жидких углеводородов обеспечивает поток боковой фракции по трубопроводу 36, который разделяется или делится с образованием потока продукта в трубопроводе 31 и первого потока в трубопроводе 38. Тарелка 22 отбора боковой фракции функционирует как традиционная тарелка фракционирующей колонны, за исключением того, что она выполнена с возможностью предотвращения перелива собранных жидких углеводородов. Тарелка 22 отбора боковой фракции поэтому герметизирована относительно внутренней стенки фракционирующей колонны 4 таким образом, что она не допускает перелива жидкости на тарелки 17 фракционирующей колонны, расположенные ниже тарелки 22 отбора боковой фракции. Множество трубок 74 обеспечивает однонаправленное поступление пара из нижней зоны 62 через тарелку 22 отбора боковой фракции к промежуточной зоне 66 и верхней зоне 64. Объем жидких углеводородов, собранных на тарелке 22 отбора боковой фракции, показан в виде уровня 39 жидкости.
Система разработана таким образом, что жидкие углеводороды, накопленные на тарелке 22 отбора боковой фракции, отводятся по трубопроводу 36 и поступают в циркуляционный насос 68. Клапан 58 регулирования расхода с регулятором 52 уровня регулирует высвобождение жидких углеводородов, собранных на тарелке 22 отбора боковой фракции. Клапан 58 регулирования расхода, который встроен в трубопровод 31, регулирует расход потока продукта для поддержания уровня 39 жидкости. Данное регулирование уравновешивает систему и защищает насос 68 и другое оборудование, помещенное между тарелкой 22 отбора боковой фракции и выпуском для продукта. Устройство 50 измерения уровня с регулятором 52 уровня связано с регулировочным клапаном 58 и обеспечивает корректировки величины расхода потока продукта, которые производятся в ответ на изменения уровня 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции.
Поток боковой фракции проходит по трубопроводу 36 в делитель или разделительное устройство 76 через циркуляционный насос 68. Как отмечалось ранее, промежуточные стадии или оборудование, такое как охладители, могут быть добавлены специалистами в данной области техники. Делитель или разделительное устройство 76 предусматривает деление потока боковой фракции из трубопровода 36 на первый поток, который проходит по трубопроводу 38 для введения в нижнюю зону 62, и поток продукта, поступающий далее по трубопроводу 31.
Расход первого потока, необходимый для эффективной работы фракционирующей колонны 4, определяется и фиксируется оператором (или алгоритмом). В варианте осуществления изобретения желательно дополнительно разделять поток боковой фракции из трубопровода 36 на дополнительный или второй поток, который возвращается и вводится во фракционирующую колонну 4, но в другой точке вдоль зоны 28 дистилляции. Таким образом, в данном варианте осуществления поток боковой фракции из трубопровода 36 дополнительно разделяется на второй поток с помощью делителя или разделительного устройства, которое может быть разделительным устройством 76 или другим отдельным разделительным устройством (не показано). Разделительное устройство 76 или другое отдельное разделительное устройство предусматривает деление потока боковой фракции, поступающей по трубопроводу 36, на второй поток, в дополнение к первому потоку из трубопровода 38, который проходит по трубопроводу 78. Оба потока возвращаются во фракционирующую колонну 4.
Расход второго потока в трубопроводе 78, заданный оператором (или алгоритмом), основан на желаемых рабочих условиях фракционирующей колонны 4 и желаемых свойствах потока продукта. При регулировании расхода второго потока измерительное устройство 80 расхода подает в регулятор 82 расхода входной сигнал 84, который указывает на фактическую или измеренную величину расхода второго потока, проходящего по трубопроводу 78. Регулятор 82 расхода сравнивает входной сигнал 84 с заданным значением (не показано), которое указывает на желаемую величину расхода второго потока, проходящего через трубопровод 78, и подает управляющий сигнал 86 в клапан 88 регулирования расхода, который встроен в трубопровод 78. Управляющий сигнал 86 пропорционален разности между измеренной величиной расхода и желаемой величиной расхода второго потока в трубопроводе 78. Клапан 88 регулирования расхода приводится в действие или функционирует в ответ на управляющий сигнал 86 таким образом, чтобы поддержать величину расхода второго потока на желаемом для второго потока уровне. Система регулирования, которая включает в себя измерительное устройство 80 расхода, регулятор расхода 82 и регулировочный клапан 88 расхода, регулирует расход второго потока в зависимости от разности между измеренным расходом и желаемым расходом второй системы.
Несмотря на то, что расходы первого потока и второго потока описаны как «фиксированные», на практике расходы этих потоков варьируют в каждую сторону от «заданного значения», которое является желаемым расходом для соответствующих потоков. Каждый расход поддерживается на своем заданном значении с помощью схемы регулирования процесса, основанной на измерении расхода потока и сравнении фактического или измеренного расхода с желаемым расходом для потока и с помощью осуществления необходимых корректировок посредством регулировочного клапана, чтобы сохранить расход в пределах допустимого диапазона вокруг заданного значения.
В альтернативном варианте осуществления способа изобретения, в дополнение к стадии регулирования расхода первого потока из трубопровода 38, способ также включает в себя стадию регулирования расхода второго потока из трубопровода 78 в зависимости от разности между измеренным расходом второго потока из трубопровода 78 и желаемым расходом второго потока из трубопровода 78. Оборудование технологического контроля, используемое для измерения и регулирования расхода каждого потока, известно специалистам в данной области (например, расходомеры, регуляторы и регулировочные клапаны) и может использоваться для мониторинга, корректировки и регулирования расходов.
Первый поток и второй поток вводятся во фракционирующую колонну 4 обычным образом, предпочтительно в точках выше и ниже тарелки 22 отбора боковой фракции. Альтернативным образом, первый поток из трубопровода 38 вводится в нижнюю зону 62 фракционирующей колонны 4, и второй поток из трубопровода 78 вводится в верхнюю зону 66.
Хотя расходы первого потока и второго потока являются фиксированными и регулируются системами регулирования расхода, общая величина жидких углеводородов, отводимых с тарелки 22 отбора боковой фракции, в конечном счете, устанавливается для регулирования уровня 39 жидкости.
Поскольку тарелка 22 отбора боковой фракции выполнена с возможностью предотвращения перелива, способ предусматривает отведение всего объема жидких углеводородов, собранных на тарелке 22 отбора боковой фракции, вместо того, чтобы часть их стекала через нижележащие тарелки в нижнюю зону 62. Поскольку расходы первого и второго потоков являются фиксированными, изменения в расходе жидкости внутри колонны отражаются изменениями расхода потока продукта в трубопроводе 31, как описано выше.
Тем не менее, проблема может возникнуть, если уровень 39 жидкости на тарелке 22 отбора боковой фракции становится слишком низким. В таком случае может быть недостаточно объема жидкости потока боковой фракции для заполнения циркуляционного насоса 68, что может потенциально привести к повреждению насоса. Эта проблема предотвращается заданием расхода потока продукта из трубопровода 31 на регуляторе уровня, который регулирует величину отведения жидкости из тарелки 22 отбора боковой фракции, чтобы регулировать уровень 39.
Например, если измеренный уровень 39 жидкости падает ниже желаемого уровня жидкости, расход потока продукта снижается, чтобы позволить уровню 39 жидкости увеличиться до желаемого уровня. Это предотвращает повреждение насоса 68 и помогает поддерживать желаемый расход внутреннего орошения колонны.
С точки зрения регулирования процесса, данная система регулирования устраняет проблемы, с которыми сталкивается оператор традиционной фракционирующей колонны установки гидрокрекинга, поскольку она устраняет связанные с фракционирующей колонной неизвестные в результате решения вопросов «почему уровень кубового продукта растет?» или «почему имеется увеличение выхода кубового продукта?». Качество кубового продукта фракционирующей колонны (например, начальная температура кипения) и качество потока боковой фракции (например, конечная температура кипения) задаются с помощью температуры. Весь объем продукта, образованного системой, отводится в виде потока боковой фракции. Это исключает вопрос о том, достаточна ли скорость отведения продукта с тарелки отбора боковой фракции. Расход внутреннего орошения является заданным, и расход потока продукта может варьировать в зависимости от объема жидкости на тарелке отбора и величины внутреннего орошения. Таким образом, если наблюдается увеличение выхода кубового продукта фракционирующей колонны, оператор (или алгоритм), знает, что причиной увеличения является недостаточная конверсия в установке гидрокрекинга, а не недостаточное разделение во фракционирующей колонне.
Иначе говоря, особое преимущество способа и системы по изобретению заключается в том, что изменения расхода жидкости внутри колонны отражаются в расходе продукта вместо того, чтобы отражаться во внутреннем орошении колонны, как это характерно для систем, которые используют тарелки отбора боковой фракции с переливом. Ранние экспериментальные прототипы способа и системы по изобретению продемонстрировали, что реализация изобретения может снизить процент газойля, обнаруживаемый в рециркулирующих фракциях неконвертированного масла установки гидрокрекинга, на 10-25%.
Способ по изобретению также включает в себя стадию мониторинга выхода кубового продукта фракционирующей колонны с помощью контроля уровня 70 жидкого кубового продукта во фракционирующей колонне 4 и величины расхода кубового продукта по трубопроводу 33, и, после этого, корректировки температуры или других рабочих условий реактора 2 гидрокрекинга, исходя из изменений в измеренном выходе кубового продукта. Регулировка температуры может осуществляться вручную (как это часто происходит) или автоматически, или путем сочетания обоих подходов, при использовании систем регулирования, известных в области техники.
В целом, когда выход кубового продукта из фракционирующей колонны 4 увеличивается, что отражается или в увеличении уровня 70 жидкого кубового продукта или в увеличении расхода кубового продукта по трубопроводу 33, т.е. суммы расходов по трубопроводам 34 и 72, рабочие условия реактора гидрокрекинга 2 корректируются в ответ на изменения в выходе кубового продукта, чтобы повысить конверсию сырьевого потока тяжелых углеводородов, проходящего по трубопроводу 6. В качестве альтернативы, в ответ на уменьшение выхода кубового продукта из фракционирующей колонны 4, рабочие условия реактора 2 гидрокрекинга корректируют таким образом, чтобы уменьшить конверсию сырьевого потока тяжелых углеводородов.