Способ управления процессом конверсии природного газа

 

3/26

27/00

° 012.8) Б.Н. Мельников, Ю.А. Лютиков, А.В. Воро и М.А. Селезнев (72) Авторы изобретения

Государственный всесоюзный центральный

Красного Знамени научно-исследовательс комплексной автоматизации (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНВЕРСИИ

ПРИРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к автоматй-. . зации производственных процессов и может быть использовано в химической промышленности при автоматизации производства аммиака и метанола.

Известен способ автоматического регулирования состава синтез-газа путем регулирования остаточного содержания углеводородов, соотношения восстановителей к азоту и температуры. . 1o конвертированного газа измененением расхода воздуха, кислорода и пара во вторую ступень конверсии в зависимости от расхода природного газа на первую ступень конверсии, пара и кис- л лородо"воздушной смеси во вторую ступень конверсий (1 ).

Недостаток данного способа заключается в том, что он требует дополнительных затрат на технический кислород.

Известен также способ управления . процессом конверсии природного газа путем регулирования подачи топливного газа. и пара в конвертор первой ступени и воздуха в конвертор второй ступени в зависимости от расхода и состава природного газа и азотоводо родной смеси, поступающих в конвертор первой ступени(2).

Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает влияние ряда важных параметров на экономичность процесса, что не поз« воляет снизить расход технологического природного газа и пара.

Целью изобретения является снижение расхода природного газа и пара.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подачи топливного газа и пара в конвертор первой ступени и воздуха в конвертор второй ступени дополнительно регулируют в зависимости от давления топливно" го газа, расхода газово" смеси после аппарата сероочистки, разрежения

95831 в.топке конвертора первой ступени, расхода пара в конвертор второй ступени и температуры окружающего воздуха.Ка чертеже представлена схеиа реа- лизации даннаго способа.

Сжатый природный газ после смеще.ния о азотоводородной смесью проходит через аппарат 1 сероочистки.

Очищенная газовая смесь после сие" >в щения с водяным паром направляется в . конвертор первой ступени - трубчатую печь 2. Тепло, необходимое для про-текания процесса. конверсии углеводородов, получают путем сжигания топливного газа, представляющего собой . смесь неочип(енного природного газа и продувочных газов, в межтрубном пространстве печи. Далее газ поступает во вторую ступень конверсии " махт- -щ ный конвертор 3, куда подают сжатый, воздух, смешанный с еофяным парои..

Полученный в шахтном конверторе конвертированный газ направляется в котлы-утилизаторы 4 для охлаждения 2з и выработки пара высокого давления.

Недовыработка пара в котлах-утилизаторах компенсируется вспомогатель-. ным котлом 5 путем сжигания в его топке неочищенного природного газа. flap,эф высокого-давления из вспомогательного котла и котлов-утмлизаторов нап равляется в паросборник 6.

5 4 второй. ступени, клапан 23 расхода топт ливного газа и клапан 24 расхода пара в конвертор :первой ступени, клапан

25 расхода технологического воздуха в конвертор второй ступени, вычислительное устройство 26. управляющие воздействия - давление топливного газа,.расхода пара в конвертор первой ступени х„расход воздуха в конвертор 3 второй ступени х определяются вычислительным устройством 26 и выдаются в виде .заданий регуляторам 20, 21 и 22.

Способ управления процессом конверсии метана осуществляют. следующим образоме

Для минимальной. и иаксииальной возможной температуры конвертированного . газа на выходе трубчатой печи по сиг".. налам от датчика 7 давления и 8 расхода топливного. газа в конвертор первой ступени, датчиков 9 и 15 расхода тродувочных газов и газовой смеси, датчика 18 разрежения в топке конвертора первой ступени, датчика 19 температуры окружающей среды перио- . дически определяют требуемый расход пара, давление топливного газа в кон верторе первой ступени решением сис" темы уравнений .(1) относительно ука» .занных величин

Эп 1 ((т j (С 4 )1 I tTr ТГ IFJJ.,в "рГу ф

К гя где О„тг тв (СН,ф о о% тгтп

Ql

Система управлеиия процессом кон версии прйродиого газа включает в се-эз бя датчики 7 расхода и.8 давления топливного газа в конвертор первой ступени, датчик 9 расхода продувомных газов, датчик 10 расхода пара в конверторе первой ступени, датчик 11 расхода азотоводородной смеси, газоотборное устройство 12 для изиерения состава азотоводородной смеси, дат" чик 13 расхода. природного газа в конвертор первой ступени, газоотборное устройство М для измерения состава природного газа, датчик 15 расхода газовой смеси, датчик 16 расхода па" ра в конвертор второй ступени, датчик

1 7 расхода технологического воздуха ®, в конвертор второй. ступени, датчик 18 разрежения в топке конвертора первой ступени, датчик 19 температур окру" жающего воздуха вне аппаратов, регулятор 20 давления топливного газа и регулятор 21 расхода пара в конвертор .первой ступени, регулятор 22 расхода технологического. воздуха в конвертор расход пара в конвертор-;;первой ступени; давление топливного газа в конверторе первой ступени; температура конвертированно"

ro газа .на выходе конвертора, первой ступени, i 1,2; первое приближение объемного содержания метана на выходе конвертора первой ступени; измеренные текущие значения расхода и давления топливно"

ro газа в конверторе первой ступени соответственно; расход газовой сиеси в кон" вертор первой ступени; расход продувочных газов; разрежение в топке конвертора первой ступени; температура окружающей среды вне аппаратов, 5 9583

По указанным величинам расхода пара и давления топливного газа в конверторе первой ступени и сигналам от датчика 7 давления топливного газа, датчика 8 расхода топливного 3( газа, датчика 9 расхода продувочных газов, датчика 18 разрежения в топке конвертора первой ступени, датчика 19 температуры окружающей среды опреде-. ляют соответствующий .рассчитанному требуемому давлению топливного газа

Р расход топливного газа, объемное . содержание водорода после конвертора первой ступени

r о o) з ,Ч,„- а,(P,„Р„,V„, та п1 тй 11х 4(ni1тг тг та прг р™ ) (э) где Мтг- расход топливного газа в. конвертор первой ступени;

Н - объемное содержание водорогп да после конвертора первой ступени.

По величине содержания водорода и сигналам от датчика 11 расхода азо" товодородной смеси, датчика l3 расхода технологического природного газа, устройства 12 состава азотоводородной смеси, устройства М состава природного газа определяют расход кон . 3e вертированного газа на выходе конвертора первой ступени и вычисления повторяются с системы уравнений (!} до их совпадения с заданной точностью.. При совпадении указанных величин по расходу воздуха и, ара .i шахтном конверторе, по расходу и темйературе конвертированного ,газа на выходе трубчатой печи,, по величине содержания метана на выхо- .

:де трубчатой печи определяют температуру, объемное содержание водорода и расход конвертированного газа после шахтного .конвертора кг 9.

Н" "-t 1.ЧЭ", СН Ь "ч " < (8) ,Чк 4 о к™г1 1 а. " ЧЭ1 " "1 (9) где t, Нз,. Ч„. - температура, объем с юк шщ ное содержайие ео дорода и расход конвертированного газа после шахтного конвертора соответствен"

НО. . Ao температуре, заданному содер;жанию метана и расходу конвертиро:.ванного газа после конвертора второй ступени, по сигналу от датчика 19 температуры окружающей. среды опреде" те, где V . - расход конвертированного кг газа после конвертора пер1т) вОй ступению :.. . . 4В

У1,С - расход и состав технологи-;

Ю Рг ческого природного газа соответственно;

V,С - расход и состав азотоводо" с " родной смеси-соответствен.-

- 45 но.

По заданным значениям соотношения восстановителей к азоту, остаточного, содержания углевородов после конвер. тора второй. ступени, по величине co держания метана после конвертора пер" вой ступени, по укаэанной величине расхода конвертированного газа на выходе конвертора первой. ступени и по сигналу от датчика 16 расхода па„ : М ра в конвертор второй ступени onpe" делйют требуемый расход .воздуха is конвертор второй ступени и второе приближение величины содержания, мета15 6 на на выходе конвертора первой ступе" ни в к щк где V D„расход воздуха и пара в шахтном кенвер° п1 . торе соответственно, (СН4) - второе приближение i величины содержания метана после трубчатой печи; (hy„;(CH") - заданное соотношение восстановителей к азоту и остаточное содержание метана на выхода шахтного кон» вертора соответственно.

Анализируется совпадение первого и второго приближения величины содержания метана после трубчатой печи, при их несовпадении рассчитыва- етая среднее между ними

СН,-0.5 ((CH J+ (CH ) ) (6}

958315 ляют требуемый расход топливного газа во вспомогательном котлет вку г ® к ®к

Tf 1 . .Kti(CH@ фф1 К ОС 1ю,(10) вк где 1 - расход топливного газа во вспомогательном котле.

По величинам расхода пара и топливного газа в конвертор первой.

Ее ступени, расхода топливного газа во вспомогательном котле, по сигналу от датчика 13 расхода технологического природного газа онрередвляют величи" ну затрат на производство конвертированного газа при каждой заданной температуре конвертированного газа после конвертора первой ступейи

Ъ1=%ы (Чт"„,Чтг",УТЪк,эт") 1=4,Я. 26 (»)

В качестве управляющих воздействий выбираются значения расхода пара, давления топливного газа в трубчатой печи и расхода воздуха в шахтном конверторе, соответствующие наи" меньшей величине затрат (11).

Проверяется выполнение ограниче.ний по расходу пара в конвертор пер- 36 вой ступени, топливного газа во вспомогательном котле, nb температуре конвертированного газа на выходе шахтного конвертора,.йри условии превы шения допустимых значений корректи- . руется величина температуры конверти" рованного газа после трубчатой .печи, соответствующая наименьшим затратам т тв М1 вк эя.- Фкт.%1ъ1ъв 9 (Ъ| /двв тк (АОп

А

- допустимый рас":ход пара в трубча . той печи, .топливного газа во вспомогательном котле и температура конвертированноro газа

Я после шахтного конвертора соответствен но.

Для температуры, рассчитанной по уравнению (12), по формулам (1)-(10) вновь определяются управляющие воздействия.

При отклонении текущих значений управляющих воздействий от рассчитаиных изменяют задания регуляторам

20, 21 и 22.

Использование данного способа поз" воляет снизить себестоимость продук-та за счет улучшения качества синтез-газа и снижения затрат на природный газ и пар.

Технологические затраты при внедрении указанного способа управления . уменьшаются на 0,73.

Формула изобретения.

Способ управления процессом конверсии природного газа путем регулирования подачи топливного газа и пара в.конвертор первой ступени и воздуха в конвертор второй ступени в зависимости от расхода и состава при" родного газа и азотоводородной смеси, поступающих в конвертор первой ступени, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода природного газа и пара, подачу топливного газа и пара в конвертор первой ступени и воздуха в конвертор второй ступени дополнительно регулируют в зависимос" ти от давления топливного газа, расхода газовой смеси после аппарата сероочистки, разрежения в топке конвертора первой ступени, расхода пара в конвертор второй ступени и температуры окружающего воздуха.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР и 451б20, кл. 6 01 0 2/02, 1972.

2. Кафаров В. В. и др. Влияние состава сырья на технологические режимы агрегатов производства аммиака."Химическая промышленность", 197б, И 7, с. 517.

Составитель Г. Огаджанов

Редактор Г. Гербер Техред М. Рейвес Корректор А. Дзятко (Заказ 6928/27 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4