Устройство для управления процессом каталитического алкилирования

 

Союэ Советскик

Социалистические

Реслублии

О П И С А Н H Е (905799

ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 24. 07. 79 (21) 2800629/18-24 (5 l ) М. КЛ.

G 05 0 27/00 с присоединением заявки р(е—

Геоударстакиный комитет (23) П риоритет по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 15. 02. 82. Бюллетень t> 6

Дата опубликования описания 1 02.82 (53) УД (62l: 646.. 3 (088. 8) 3.N,Äæàôàðîâ, M ° N. Файязов и Ф.С.Абдуллаев ! (72) Авторы изобретения (7() Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КАТАЛИТИЧЕСКОГО АЛКИЛИРОВАНИЯ рования.

Изобретение относится к автоматике, а именно к устройствам автоматического управления процессом каталитического алкилирования, проводимого в реакторе с мешалкой и может найти применение в автоматизации нефтеперерабатывающей промьппленности, например, на установке сернокислотного алкилирования.

Известна система автоматического регулирования процесса каталитическо10

ro алкилирования, содержащая регулятор температуры, причем вход подключен к датчику температуры, а выход через исполнительный механизм воздействует на расход аммиака l), 1$

Однако известная система не учитывает возмущения, наносимые концентрацией серной кислоты, давлением аммиака, которые не позволяют точ20 но поддерживать температуру процес- . са каталитического алкилирования и тем самым снижает качество регулиИзвестен способ оптимизации ра- бочих условий алкилациониой установки, где система регулирует температуру контактирования с использованием пневматического управляющего сигнала регулятора температуры, зависящего от изменения выходных сигналов, концентрации и расхода контактирующей кислоты, состава сырья, октинового числа алкилата 12 ).

Однако эта система не учитывает возмущения, наносимые давлением аммиака, который не позволяет точно стабилизировать температуру процесса каталитического алкилирования и тем самым снижает качество регулирования, так как при изменении давления аммиака, изменяется теплообмен между аммиаком и продуктом реакции.

Известен способ регулирования . работы узла алкилирования с целью оптимизации условий его работы и устройство для осуществления способа, основание на регулировании темпе90579 ратуры контактирования в зависимости от расхода и концентрации кислоты, расхода и состава сырья; октанового числа алкилата с помощью ЭВМ, управляющие сигналы которой изменяют подачу или вывод кислоты и потребление энергии (3).

Недостатком известного способа является то, что регулятор температуры непосредственно воздействует 0 на аммиак. При так м регулировании колебания давления на линии расхо" да аммиака изменяют расход аммиака и теплопоглощение (e зависимости от давления аммиак бывает в жидкой или парожидкой фазах), тем самым при стабилизации температуры изменение давления аммиака не позволяет точно регулировать температуру процесса каталитического алкилирования, что снижает качество регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является система управления процессом катали« тического алкилирования, содержащая регуляторы расхода серной кислоты, сырья, регулятор температуры, который состоит из пропорционально"интегрального блока, последовательно соединенных блоков формирования ошибки и предварения, при этом входы регуляторов подключены к соответству-ющим датчикам расхода серной кислоты, сырья, температуры и их заданиям, а выходы к соответствующим исполнительным механизмам (43.

Недостатком известной систегt является то, что, во-первых, не учи-, тываются возмущения, наносимые изм.

40 нением давления аммиака и, во-вторых,, в регуляторе температуры выход блока формирования ошибки инерционно изменяется, и это приводит к тому, что выход блока предварения недостаточен по уровню для переключения структуры системы. Все эти недостатки не позволяют точно регулировать температу" ру процесса каталитического алкилирования и тем самым снижают качество регулирования.

Целью изобретения является расширение области применения и повышение точности устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для управления процессом каталитиЧеского алкилирования, содержащем регуляторы расходов серной кислоты, сырья и регулятор температуры, каждый из которых состоит из пропорционально-интегрального блока, последовательно соединенных блока формирования ошибки, включающего первый и второй элементы сравнения и элемент ИЛИ, и блока предварения, при этом входы регуляторов подключе— ны соответственно к датчикам расхода серной кислоты, сырья, температуры, а выходы регуляторов расхода серной кислоты и сырья — и соответствующим исполнительным механизмам,управляющую вычислительную машину, входы которой подключены через преобразователи к датчикам расходов серной кислоты, сырья, аммиака, датчикам температуры, состава сырья, октанового числа алкилата, а выход соединен через преобразователи с задатчиками регуляторов расходов сырья, серной кислоты и температуры, установлены первый и второй сумматоры, датчик давления аммиака, компенсатор давления аммиака и компенсатор концентрации серной кислоты, выполненный в виде элемента сравнения, причем минусовая и первая нлюсовая камеры первого сумматора соединены соответственно непосредственно и через компенсатор давления с датчиком давления аммиака, вторая плюсовая камера соединена с выходом регулятора температуры, соединенным с исполнительным механизмом расхода аммиака, плюсовая камера элемента сравнения компенсатора концентрации серной кислоты соединена с датчиком концентрации серной кислоты, его минусовая камера — с опорным давлением, а выход — через элемент умножения — с минусовой камерой второго сумматора, плюсовая камера которого соединена с первым сумматором, а выход — с выходом регулятора температуры, а также тем, что блок формирования ошибки содержит делитель, состоящий из постоянного и переменного дросселей, а выход элемента ИЛИ соединен через делитель с минусовыми. камерами первого и второго элементов сравнения.

Функциональная зависимость между температурой,,расходом и составом кислоты, составом и расходом сырья имеет вид с кс 111 где

Ь

"о Е Ц)

К1 — константа скорости;

Ко — предэкспоненциальный множи- тель;

Š— энергия активации, Е =

15000 дж/моль; д„- массовый поток циркулирующей кислоты; д — массовый поток углеводородной смеси;

С-„- содержание изобутана в углеводородной части на выходе д из реактора,Х;

С, — содержание алкилата в углеводородной смеси на выходе из реактора,%;

Учитывая 2), логарифмируют выра- жение 1).

Получают функциональную зависимость между температурой алкилиро.— вания,составом и расходом сырья, концентрацией и расходом серной кислоты.

На чертеже изображена принципиальная схема системы.

Схема системы содержит датчик расхода серной кислоты 1, установленный на линии подачи ее в реактор, 45 вторичный прибор 2, регулятор расхода серной кислоты 3, исполнительный механизм 4, установленный на линии подачи ее в реактор, преобразователь пневматического сигнала в

50 электрический 5, датчик расхода сырья 6. установленный на линии подачи в реактор, вторичный прибор 7, регулятор расхода сырья 8, исполнительный механизм 9, установленный на линии подачи в реактор, преобра-. зователь 10 пневматического сигнала

s электрический, датчик концентрации серной кислоты ll, установленный на

Е C

««O„++«« = 1

RT Ч Ш и

С--ск! и к

905799 6 линии подачи ее в реактор, преобразователь 12, датчик состава сырья 13, установленный на линии подачи его в реактор, преобразователь 14, датчик расхода аммиака 15, установленный на линии подачи его в реактор, вторичный прибор 16, преобразователь

17, датчик температуры 18, установленный в реакторе, преобразователь

19, УВМ вЂ” управляющая вычис:1ительная машина, преобразователи э ектрического сигнала в пневматический

20-23, датчик давления аммиака 24, установленный на линии подачи его в реактор, вторичный прибор 25, датчик октанового числа алкилата 26 с выходом кислотного отстойника, преобразователь 27, устройство состоящее из интегрального блока, содержащего элемент сравнения 28, реле

29, переменные дроссели 30 и 31, емкость 32; пропорицонального блока, содержащего элемент сравнения

33, реле 34, переменные дроссели 35

2З и 36; элемент умножения на постоянный коэффициент 37; блока вычисления ошибки, содержащего элементы 38 и 39, элемент NFN 40, постоянный дроссель

4l, переменный дроссель 42; блока

З11 предварения, содержащего переменный дроссель 43, емкость 44, элемент сравнения 45; первый сумматор 46, компенсатор давления, содержащий элемент сравнения 47, емкость 48, переменный дриссель 49; компенсатор концентрации, содержащий элемент сравнения 50, задатчик 51, постоянный дроссель 52, переменный дроссель 53;.второй сумматор 54; усилитель мощности 55; исполнительный механизм 56, установленный на линии подачи аммиака в реактор.

Сигнал от датчика расхода серной кислоты 1 через вторичный прибор 2 поступает на регулятор 3. Регулятор расхода серной кислоты 3, на вход которого поступает корректирующий сигнал с выхода УВМ, при помощи исполнительного механизма 4 изменяет расход серной кислоты. Сигнал от датчика расхода сырья 6 поступает через вторичный прибор 7 в регулятор

8. Регулятор расхода сырья 8, на вход которого поступает корректирующий сигнал с выхода УВМ, при помощи исполнительного механизма 9 изменяет расход сырья. Сигналы от датчиков расхода серной кислоты 1, расхода сырья 6, состава сырья 12, темпе15 Р ф у« Р dg4P

ЬЫХ.54 Х Т Х КОЛА.ЬЫХ,*OS. KOM.ÚÛÕÌ.C Ê. >

К„пРи ЯТО, z пРи gv0, и - T пЯи B(0, 20 як Р г -S

Й

Я

КОм, Ьых. К,c.к. Ььп Е2

Я -МЯ

7 90579 ратуры 18, расхода аммиака 15, октанового числа алкилата 26 через соответствующие преобразователи 5, 10, 17, 19 и 27 поступают на УВМ.Корректируннцие сигналы с выхода УВМ поступают на входы регулятора температуры (28-4Я, регулятора расхода кислоты

3, регулятора сырья 8. Сигнал от датчика давления 24 через вторичный прибор 25, компенсатор давления 10 (47-49) поступает га первый сумматор

46. Сигнал от датчика концентрации серной кислоты ll через вторичный прибор 12, компенсатор концентрации (50-53) поступает ко входу вторичного сумматора 54. Выход вторичного сумматора 53 через усилитель мощности 55 при помощи исполнительного механизма 56 изменяет расход аммиака, тем самым стабилизируется температура в реакторе.

УВМ, получая информацию (данные) о процессе. осуществляет вычисления октанового числа алкилата, сравнивает эту величину с заданной величиной и затем осуществляет настройку по необходимости температуры процесса. УВМ связана с процессом через преобразователи, которые переводят сигналы аналоговых измерений из дат- щ чиков процесса в дискретную форйу и передает команды на регуляторы для настройки контрольных точек.

Если изменится один иэ переменных (приведенный в формуле 3), то УВМ повлияет на тепловую нагрузку реактора, это приводит к изменению реак" тора, что повлияет на процесс и, естественно, изменит октановые исла алкилата и т.д. 49

До упорядочения любых изменений в переменных процесса УВМ вычисляет, какой будет новая тепловая нагрузка.

Все эти вычисленные изменения сравниваются и выбиоается один оптимум.

Для установления этого оптимума температуры УВМ корректирует задания регулятора температуры, а он, в свою очередь, так изменяет расход аммиака, чтобы получилась заданная температура.

Чтобы быстро установить и стаби.лизировать заданную температуру,устройство учитывает основные возмущения концентрации серной кислоты и давления аммиака. Эти возмущающие воздействия действуют на температуру процесса. Исходя из этого, устройство так выполнено, чтобы учитывались возмущающие параметры концентрации серной кислоты, давления аммиака.

Принцип действия системы следующий.

На входы устройства подаются сигналы пропорциональные заданному Р Г и текущему Р Г значениям температуры текущему значению давления аммиака Р и текущему значению концентрации серной кислоты Р

Устройство отрабатывает следующий алгоритм управления:

РЭЬ! 54 управляющие во действия

РХ сигнал рассогласования, РХ = РОГ ЗГ текущее значение дав ления аммиака р — текущее значение концентрации сернон кислотьц

Р

KOhLSbN Ь вЂ” компенсирующее воздействие компенсатора давлений для контура температуры р М „а компенсирующее воздей <-твие компенсатора концентрации для контура температуры1

К . — коэффициент усиления устройства (регулятора температуры) по каналу температуры; т — постоянная времени интегрирования по каналу температуры;

S — функция переключения по каналу температуры;

Т вЂ” постоянная времени блоков формирования функции переключения;

cL. - коэффициент усиления блока формирования модуля ошибки;

9 905799 .10

Ф вЂ” коэффи иент фф ц усиления устрой- Р поступает к плюсовой каме

В)н,З ства по каналу концентрации первого сумматора 46, к минусовой серной кислоты. камере которого поступает сигнал

Устройство аботае р отает следующим об- от датчика давления аммиака, и к разом. S другой плюсовой камере — сигнал комСигнал от атч ка д тчика температуры 18, пенсирующего воздействия компенсато" преобразуясь в пневматический сигнал ра давления Рното щью прео разователя 19, посту- = Т вЂ” 06 +Р На выходе первог пает ко входу пропорционально-инте- at сумматора отрабатывается регулируюгрального регулятора с переменной 10 щее воздействие структурой температуры (28-45).

Этот регулятор работает следующим р р р +< пд образом. Зв1х 4Ь 5by,.Ь7 A*+To g 1 г1д=

На входы регулятора подаются сигналы, пропорциональные заданному и 1 РП g ) . P I )д T

1 6Р

Р от УВМ (соответствующие оптималь т т п - т) и ные значения температуры для данного Далее этот сигнал поступает к состояния процесса), текущему. Р, плюсовой камере второго сумматора значениям температуры реактора. Ре- 54, к минусовои камере которого noeòóгулятор отрабатывает следующий ал- о пает сигнал компенсирУюще о воздейгоритм управления,ствия компенсатора концентрации сер,(. нои кислоты

lb b7 Р„;,) - „,,- „)й ; я

ЬТ О 1,ggi)(,g g, 1 (Р„ „-Р ), > „11РИ р 0, gS где РΠ— начальное значение концент (йРИ g>0 Т

T рации серной кислоты; М устанавлиИ вается при помощи элементов 52 и 53.

Параметры регулятора К, Т выби- Таким образом, предложенное уст раются в зависимост и от состояния Роиство позволяет компенсировать возсистемы регули ования. у р ния. мущения по контуру концентрации серной

Выходной сигнал элемента сравне- кислоты и давления аммиака а ,т кк.кв

Р одноконтурной системе регулятор темЬьй Ü " и

° hT зт 1 пературы непосредственно воздействует проходя через проточные камеры реле на аммиак. При таком регулировании

34 пе еменные дроссели 35 36 пос у-35 аммиака изменяют теплообмен между еру элемента сравнения 37 на выходе которого температурой и хладагентом. Примене".. отрабатывается регулир ннц гулируннцее воздейние компенсирующего воздействия по ствие вида гУлир ющ " контуру давления аммиака 24,25, 47, 1

8, 49) полностью исключает возмуще4 рВЬВ.Ьт= рт р ) „ р -р )дС ssa csasasssa c scseeasssss casse

Этг где получает одно из двух значения ния, которые могли бы в и отивном

Р р тивном

К К случае вызвать нежелательные изменев зависимости от уровня сигнала, формируемого при помощи блока ния температуры. Возмущения по конформирования функции переключения

=в=т —. д сЬР 1 тываются при помощи элементов (ll, 12, 50, 51, 52). Переходные процесЬЬ!Х.45

45 с39 сы при изменениях давления аммиака

При этом с помощью блока формирова- в этом слУчае аммиак бывает в жидния модуля ошибки (38-42) вычисляЮ ком или испаренном виде ) и концентрается модуль ошибки ции серной кислоты при таком регу= - Р -Р лировании существенно улучшаются, Sbi< 40 AT 37 отклонения давления аммиака мгновенИнтегральный блок, состоящий из эле- но компенсируются внутренним коптументов 28-32, реализует следующий ром (24, 25 и 47-49), а изменения алгоритм

55 концентрации серной кислоты — конР 1 туром (11,, 12 и 50 — 52), и переььп iB=y Р,;р,)а ходные процессы продолжаются не более 2-3 с. Такие отклонения оказыIl 9057 вают столь малое влияние на температуру в реакторе, что регулятор температуры не реагирует на них.

Устрейство позволяет улучшить качество переходных процессов. 5

Формула изобретения

1. Устройство для управления про- IO цессом каталитического алкилирования, содержащее регуляторы расходов серной кислоты, сырья и регулятор температуры, каждый из которых состоит из пропорционально-интегрального 15 блока, последовательно соединенных блока формирования ошибки, включающего первый и второй элементы срав" нения и элемент ИЛИ, и блока предварения, при этом входы регуляторов щ подключены соответственно к датчикам расхода серной кислоты, сырья, температуры, а выходы регуляторов расхода серной кислоты и сырья — к соответствующим исполнительным механизмам, И управляющую вычислительную машину, входы которой подключены через преобразователи к датчикам расходов серной кислоты, сырья, аммиака, датчикам температуры, состава сырья,. октаново-Зр го числа алкилата, а выход соединен через преобразователи с задатчиками регуляторов расходов сырья, серной кислоты и температуры, о т л н ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности устройства, в нем установлены первый и второй сумматоры, датчик давления аммиака, компенсатор. давления аммиака и компенсатор концентрации серной кислоты, выполненный в виде элемента сравнения, причем

99 I2 минусовая и первая плюсовая камеры первого сумматора соединены соответственно непосредственно и через компенсатор давления с датчиком давления аммиака, вторая плюсовая камера соединена с выходом регулятора температуры, соединенным с исполнительным механизмом расхода аммиака, плюсовая камера элемента сравнения компенсатора концентрации серной кислоты соединена с датчиком концентрации серной кислоты, его минусовая камера — с каналом опорного давления, а выход через элемент умножения — с минусовой камерой второго сумматора, плюсовая камера которого соединена с первым сумматором, а выход — с выходом регулятора температуры.

2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования ошибки содержит делитель состоящий из постоянного и переменйого дросселей, а выход элемента ИЛИ

1 соединен через делитель с минусовыми камерами первого и второго элементов сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l ° Абдуллаев А.А и др. Принципы построения автоматизированных .систем управпения промышленными предприятиями. "Энергия"., 1975, с. 249-254.

2. Патент США ь". 3778603, кл. G 06 Р 15/46, опублик. 1974.

3. Заявка Великобритании Ф 1417613 кл. В IX, опублик. 1975.

4. Джафаров З.М; и др. Синтез CAP с переменной структурой реактора сернокислого алкилирования. — "Автоматизация и контрольно-измерительные приборы", 1977, У 10 (прототип).