ФОРМАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ ГАЗА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, пищевой промышленности большое место принадлежит процессам разделения многокомпонентных смесей. Одним из самых распространенных способов разделения является абсорбция [1].
Абсорбер очистки газа предназначен для предварительной очистки природного и попутного нефтяного газа от жидкости и механических примесей, очиски его жидкими сорбентами, доулавливания жидкого сорбента, уносимого потоком очищенного газа.
В нефтяной и газовой промышленности процесс абсорбции применяется для разделения, осушки и очистки углеводородных газов. Из природных и попутных нефтяных газов путем абсорбции извлекают метан, этан, пропан, бутан и компоненты бензина; абсорбцию применяют для очистки природных газов от кислых компонентов - сероводорода, используемого для производства серы, диоксида углерода, серооксида углерода, сероуглерода, тиолов (меркаптанов) и т.п.; с помощью абсорбции также разделяют газы пиролиза и каталитического крекинга и осуществляют санитарную очистку газов от вредных примесей.
В качестве абсорбентов при разделении углеводородных газов используют бензиновые или керосиновые фракции, а в последние годы и газовый конденсат, при осушке - диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). Для абсорбционной очистки газов от кислых компонентов применяют №метил-2-пирролидон, гликоли, пропиленкарбонат, трибутилфосфат, метанол; в качестве химического поглотителя используются моно- и диэтаноламины, метилдиэтоналамины.
В промышленности процессы абсорбции и десорбции обычно осуществляются на одной установке, обеспечивающей непрерывную регенерацию и циркуляцию абсорбента по замкнутому контуру между абсорбером и десорбером. Поток газа поступает в нижнюю часть абсорбера , а сверху подается поток свежего (регенерированного) абсорбента. Непоглощенные компоненты газа уходят с верха абсорбера, а из его низа выводится поток насыщенного абсорбента [2].
Регенерация осуществляется либо за счет подвода тепла в нижнюю часть десорбера, либо за счет ввода водяного пара. Регенерированный абсорбент, охлажденный в теплообменнике и холодильнике, возвращается в абсорбер. В случае работы десорбера с подводом тепла его можно рассматривать как отгонную ректификационную колонну.
Такую схему применяют, когда абсорбент обладает высокой избирательностью и необходимо из смеси извлечь один компонент или одну целевую фракцию (например, извлечение из газа кислых компонентов, осушка газов).
Количество аминового раствора, поступающего на абсорбера, замеряется и регулируется.
Степень очистки газа на абсорбционных установках определяется главным образом концентрацией подаваемого в абсорбер раствора, а концентрация раствора, в свою очередь, зависит от используемого на установке метода регенерации отработанного абсорбента.
В промысловых условиях абсорбционные установки очистки подвержены различным внешним воздействиям, что и вызывает необходимость управления ими. Основная задача управления состоит в обеспечении заданной степени очистки газа при минимальных энергетических и материальных затратах и соблюдении ограничений на технологические параметры процесса.
Опыт эксплуатации абсорбционного технологического процесса показывает, что несмотря на одинаковые конструктивные характеристики аппарата, их гидравлические сопротивления различны. Это приводит к неравномерной нагрузке аппаратов и уменьшению общей эффективности их работы. Поэтому задача автоматического управления заключается не только в поддержании требуемой точки росы очищенного газа, но и в обеспечении равномерного распределения газа между абсорберами.
Совокупность газопромысловых параметров, воздействующих на технологические процессы, необходимо разбить в соответствии с характером и долей участия в управлении на входные и выходные параметры.
Входные параметры Х, характеризующие количественное значение показателей технологических процессов, подразделяются на управляемые U и неуправляемые Z.
Функциональные уравнения, описывающие управляемый процесс газопромысловой технологии, можно подразделить на три группы.
В уравнениях (3), (4) через и uj обозначены сигналы управления, вырабатываемые системой управления на основании информации о параметрах {Z}, {У} и преобразуемые в управляющие воздействия -. Для преобразования управляющих сигналов Uj в управляющие воздействия обычно служат системы автоматического регулирования, при которых сигналы uj служат входными, а воздействия yj - выходными сигналами.
Произведенная формализация процесса абсорбции позволяет выявить структуру процесса как объекта управления, определить связи между переменными процесса в статическом и динамическом режимах функционирования объекта, и перейти к решению задача синтеза системы управления.