Способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР /-AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. OTHPblTMA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИ, З ц С 01 С 1/04; 6 05 О 27/00
К АВТОРСКОМУ СВЩ ЕТЕЛЬСТВУ
» 4В (1
М1) 3333371 /23-26: (22) 61. 0$. 81 (М) 30.05.83. авл. Ю 20 (72) Н.В.Костюк, 8.Н.Крайнов, И.А. .Сосницкая и: В.И.Ледовской . (.53). 66.012-SZ 2..Авторское свидетельство СССР t )185M, кл..С 91 С 1:/04, 1Я7.1.. . (5Ч (57): 1 ° СПОСОВ АВТОЙАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕ6СА СИНТЕЗА АИИИАКА путем изменения ðàñõîðà. воздухаа конвертор метана второй ступени -в зависимости от состава свежего газа,. состава и расхода циркуляционного гаэа, о т л и ч а е шийся : тем,что с целью повышения произвО» „„SU„„1020373 А дительности процесса. за счет поенвения точности поддеркания заданного соотношения водорода и азота на входе в колонну синтеза расход . воздуха корректирует по расходу .реакционной газовой смеси -в трубча-, тую печь и составу газа после кон.1 1 верторв метана, второй ступени. 2. Способ по п.1., о т л ie ч а е- щ.и и с я тем, что значение минимального расхода воздуха устанав ливаат в зависймости от с4деркаиия метана. после конвертора метана второй ступени, а значение максйаального расхода воздуха устанаейивает в g зависимости .от температурн -rase пос.-ле конвертора метана второй ступени ,и/или перепаде давления на колонне финтеэа. 1020373 Изобретение относится к способам автоматического регулирования химических процессов и.может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений при автоматизации процессов синтеза аммиака и метанола. Известен способ автоматического управления процессом синтеза амми" 16 ака путем изменения расхода воздуха в конвертор м5тана второй ступени в зависимости ог состава свежего и циркуляционного газа и перепада. давления на компрессоре циркуляционного газа I.1 ). Недостаток способа заключается в том, что он не обес ечивает высокой производительности прбцесса, так как не учитывает транспортное, запаздывание регулирующего сигнала „ что приводит к постоянным колебаниям регулируемой величины. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ-автоматического регулирования процесса синтеза аммиака путем изменения расхода воздуха в конвертор метана второй ступени в зависимости от состава свежего газа, состава и расхода циркуляционного газа, расходов жидкого аммиака и продувочного газов, температуры и давления конденсации жидкого аммиака С2 1. Однако известный способ не обеспечивает высокой точности поддержаиия35 заданного соотношения водорода и азота на входе в колонну синтеза,чтр приводит к снижению производительности процесса. 49 При нагрузке»разгрузке агрегата по газу по различным причинам,включая ограничения по газу и (или, воздуху, происходят колебания состава конвертированного и свежего г азов. Компенсация этого возмущения происходит с запаздыванием, так как регулирование осуществляют в зависимости от состава свежего газа, а от момента нанесения возмущения до момента изменения состава свежего газа (с учетом времени анализа состава) проходит 12"15 мин. Эти возмущения приводят к колебаниям соотношения водорода и азота в цикле синтеза аммиака. Недостатком является также и то, что при изменении состава природного газа, поступающего на технологию, и при изменении расхода воздуха не учитываются возможные нарушения норм технологического режима (НТР) по содержанию метана и температуре газа на выходе конвертора метана второй ступени и по перепаду давления на колонне синтеза. Цель изобретения — повыиение производительности процесса эа счет повышения точности поддержания заданного соотношения водорода и азота на входе в колонну синтеза. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического регулирования процесса синтеза путем изменения расхода воздуха в конвертор метана второй ступени в зависимости от состава свежего газа, состава и расхода циркуляционного газа, расход воздуха корректируют по расходу реакционной газовой смеси в трубчатую печь и составу газа после конвертора метана второй Ступени . При этом значение минимального расхода воздуха устанавливают в зависимости от содержания мета" на после конвертора метана второй ступени, а значение максимального расхода воздуха устанавливают в зависимости от температуры газа после конвертора метана второй ступени и/или перепада давления на колонне синтеза.. На чертеже приведена прйнципиаль. ная схема реализации предлагаемого способа. Реакционная газовая смесь и пар, пройдя трубчатую печь 1,поступают в конвертор 2 метана второй ступени, куда подаат также воздух. Далее конвертированный газ, пройдя последовательно стадии 3""5 соответственно конверсии окиси углерода, очистки и метанирования, поступает в колонну 6 синтеза. Расход реакционной газовой смеси в трубчатую печь l измеряют датчикам 7"расхода, состав и температуру газа после конвертора 2 метана второй ступени;измеряют с помощью газоанализатора 8 и датчика 9 температуры, расход воздуха измеряют датчиком 10 расхода, состав свежего газа определяют газоанализатором 11, расход и состав циркуляционного газа измеряют с помощью датчика 12 расхода и газоанализатора 13, перепад 102037» давления на колонне синтеза определяют датчиком «14, расход воздуха регулируют с помощью исполнительного механизма 15, а управление процессом осуществляется с помощью 5 вычислительного устройства 16. Способ осуществляют следующим образом. Сначала рассчитывают эквивалент. газовоздушной смеси Е. . Для этого информацию О расходе реакционной газовой смеси в трубчатую печь (б, нм3/ч) от датчика 7 и о расходе воздуха в конвертор метана второй ступени (у; нм /ч) от датчика 10 15 подают в вычислительное устройство 16, где по формуле Е-г = 1,36Ж рассчитывается величина Е. Коэффициент 1,3 отражает соотношение расходов воздуха и реакционной газовой смеси 20 для процесса паровоздушной конверсии метана. Величина Е рассчитывается каждые 30 сек. Затем рассчитывают величину у, ха" 25 рактеризующую избыток или недостаток одного из компонентов (Н2 илиЯ )во всей системе, включающей как конвертор метана второй ступени, так и циркуляционный контур синтеза ему- :Е ака Для.,этого информацию о содержании Н (объемн.доли} газоанализатора В, . о содержании: Н (объемн.доли / от гв" ;зоанализатора 11. о расходе циркуля3. ционного газа (нм /ч} от датчика 12, о содержании Н в циркуляционном газе на входе в колонну синтеза (объемн. доли/от:газоанализатора 13 и о величине заданного соотношения Н . И подают 4О в вычислительное устройство 16, где по формуле 3 =ЬС(4,ЯО +аС„„МОО-аб„ - «0 + + Д -7 «0 + ь Я. Î 45 е где ь.С - изменение cîäåðæàíèÿ + на выходе конвертора ме. тана второй ступени за выбранный интервал времени . $0 ьС, - изменение содержания Н в свежем газе за t,. 1" 6 б - изменение расхода цирку« . ляционного газа за :ЬС4 - изменение содержания Ъ в циркуляционном газе за t., А Е.13 - изменение .задания соотношения Н ..И за t, Коэффициенты 4,. 10, 6 ° 1О; 1 - 1О ;7 ° 10 и 2 ° 10 определены из условий материального баланса. Они характеризуют в реальном масштабе времени состояние технологической системы по изменению количества компонен-. та (Н или и ),произошедшему за этот выбрайный интервал времени Применительно к крупнотоннажному агрегату аммиака контур управления соотношением Н,: К на входе в колонну синтеза характеризуется временем транспортного запаздывания порядка 24-28 мин, т.е.-от момента изменения расхода воздуха на конвертор метана второй ступени до момента i.à÷àëà изменения соотношения Н5, . И в циркуляционном газе на входе в колонну синтеза проходит 24-28 мин.,Изменение величины СВ при этом сказывается через 7 мин, изменение величины С«4 " через 14 мин, Изменение величины через 21 мин и изменение величины С. - через 28 мин. Величина у рассчитывается каждые 7 мин. Далее рассчитывают величину задания для эквивалента газовоздушной смеси S. И Для этого по формуле =, Q. Ig. 4 1 определяют среднее значение величины Е за иигервал времени (7 мин), а затем по формул S = E - у определяют величину g (в данном случае 141. Величина g рассчитывается каждые 7 мин. Величину управляющего воздействия, т.е. изменение расхода воздуха на конвертор метана второй ступени, рассчитывают по следующему выражению: О=Е -6 ° Т ! Расчет и выдачу на исполнительный механизм управляющего воздействия осуществляют каждые 30 сек. В этом выражении Е. - текущее значение Е, рассчитываемое каждые 30 сек. Йа величину изменения расхода воз духа, осуществляемого исполнительным механизмом 16, накладывают огра-. ничения. Минимальный расход. воздуха ограничивают верхним допустимым зна"i чением содержания СНл на выходе из конвертора метана второй ступени макР симальный расход воздуха ограничивают верхним допустимым значением температуры газа на выходе из конвер"тора метана второй ступени и/или 1020373 Составитель Т.Чулкова Редактор А.Фролова Техред А:дч: Корректор А.Ильин Мв» ° О»»» Ь 3 Заказ 3828/19 Тираж 471 Подписное -: ВНИИЙИ Государственного коМитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская нвб., д. 4/5 »»Й» »» » ° »» » »»» »»»»»» Филиал flAA ."Патент"., r. Ужгород, ул. Проектная, 4 верхним допустимым значением перепада давления на колонне синтеза. Для этого информацию о содержании СН от газоанализатора 8, о температуре газа от датчика 9 температуры и о перепаде .давления от датчика 14 подают в вычислительное устройство 16, где по формулам В„" В- ЬВ Т Т 4Т КтР дР - 4Р ьдР мфР определяют величину отстояния текущих значений содержания СН4(В. ), температуры (Т„,) и перепада давления (dP) от их норм технологи» ческого регламента (HTP). Если,4 В Ъ 8,1, то уменьшение расхода воздуха разрешается. Если ЬВ < $ уменьшение расхода воздуха не. разрешается. Если ВТЪ Е и/или ЬсИМЭто увеличение расхода воздуха разрешается. Если . bTc Яэ и/или ЬдР < Я, то уве" . :личение расхода воздуха 1йЬ разрешает.;ся. Допустимые пределы отстояния текущих значений перечисленных параметров от их норм технологического рвг ламента ((„.1, Е< м:g> ) выбирают из условий, чтобы при реализации одного шага изменения,расхода воздуха при каждом 30-секундном цикле) изменение В,Т и dP не превысило бы Я„, Я и соответственно. Поэтому максимальное изменение расхода воздуха за 30-секундный цикл расчета ограничено 500 нм /ч. Доз пустимые пределы отстояния текущих значений перечисленных параметров 1 от. их НТР выбраны следующими: ; g =O,ООО5, Q =Я С, Йв=OS с ТО :При изменении расхода воздуха на 5О0 нмФ/ч изменения содержания СН4, 20 температуры газа и перепада давления не превысят укаэанных величин. .Применение предлагаемого способа позволяет снизить расход азотоводородной смеси на 1 т вырабатываемого gg аммиаке в среднем на 15 нм, что Э позволяет вьциботать дополнительно - 2 1О0 тн аммиака в .год;
