Способ управления процессом синтеза аммиака

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскизСоциалистическихРеснублик(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретеннй н открытнйОпубликовано 070383, Бюллетень М 9 53) УДК 66012 -52(088.8) Дата опубликования описания 070383 Е.А. Талицкая, Б,Н. Мельников, ф.А. Лублс"-". К,-А.П. Гайжаускас, Э.Ю. Симанавимбс:й. Э;И,.франуквичюс(3Государственный Всесоюзный центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исслеедОвачелсийинститут комплексной автоматизации(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АММИАКА Изобретение относится к области автоматизации производственных про. цессов и может быть использовано в химической промышленности при производстве аммиака, где сжатие свежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа осуществляется одним центробежным компрессором.В основном авт. св. 9 874622 описан способ управления процессом синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации жидкого аммиака в зависимости от температуры циркуляционного газа в аппаратах первичной конденсации аммиака, концентрации инертных газов в свежей азотоводородной смеси, давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, давления свежей аэотоводородной смеси, концентраций аммиака и инертов в газе на входе в колонну синтеза, температур аэотоводородной смеси на всасывании всех ступеней компрессора, кроме последней, температур циркуляционного газа на всасывании последней ступени компрессора и азотоводородной смеси на входе в колонну вторичной конденсации аммиака, концентрации водорода в свежейазотоводородной смеси и числа оборотов вала компрессора 1.Недостатком этого способа является неудовлетворительная точностьопределения рабочих характеристикколонны синтеза и аппаратов,вторичной конденсации аммиака, что приводит к снижению производительностипроцесса.Целью изобретения является повышение производительности процесса.Поставленная цель достигаетсятем,.что по предложенному способууправления процессом синтеза аммиака расход продувочных газов дополнительно корректируют в зависимости от расхода, давления газа на вхсде в колонну синтеза и концентрацииводорода в нем, концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходеколонны синтеза, температуры и давления циркуляционного газа на выходе испарителей жидкого аммиака.На чертеже представлена структурная схема системы автоматическогоуправления, реализующая данный способ.Процесс синтеза газообразного амЗ 0 миака иэ азота и водорода осуществ 1002241ляется в колонне 1 синтеза, в которую подается циркуляционный газ, содержащий компоненты реакции и инертные примеси. После колонны 1 синтеза из циркуляционного газа конденсируется аммиак в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака,и после сжатия циркуляционного газа пятой ступенью компрессора 3 в аппаратах вторичной конденсации аммиака, состоящих из колонны 4 конденсации и двух испарителей 5 жидкого аммиака. Циркуляционный газ иэ колонны 4 конденсации, смешавшись в ней со свежей азотоводородной смесью, сжатой первой, второй, третьей и четвертой сту пенями компрессора 3, поступает в колонну 1 синтеза.Система управления процессом синтеза аммиака состоит из датчика 6 концентрации водорода, датчика 7 концентрации метана и датчика 8 давления на всасывании первой ступени компрессора 3, датчиков 9-12 температур азотоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четвертой ступеней компрессора 3 соответственно, а также датчиков 13, 14, 15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой (последней) ступени компрессора 3, аэотоводородной смеси на входе в колонну 4 конденсации и циркуляционного газа в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака соответственно, датчика 16 числа оборотов вала компрессора 3, датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака в испарителях 5 жидкого аммиака, датчиков 19, 20 и 21 концентраций инертов (метана), аммиака и водорода в газе на входе в колонну 1 синтеза соответственно, датчика 22 концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны 1 синтеза, датчика 23 температуры и датчика 24 давления циркуляционного газа на выходе испарителей 5 жидкого аммиака, датчика 25 расхода и датчика 26 давления газа на входе в колонну 1 синтеза, клапана 27 на линии расхода продувочных газов из аппаратов 2 первичной конденсации аммиака и вычислительного устройства.28.Способ управления процессом синтеза аммиака осуществляется следующим образомПо сигналам с датчиков б и 7 кон. центраций водорода и метана в свежей аэотоводородной смеси (Ъ и ЪС 3 ) определяется ее полный состав,йц .МО 5 с. Е(ЪНЪСН), (1)По сигналам с датчиков 19, 20, 21 концентраций метана, аммиака и водорода в газе, поступающим на колонну 1 синтеза (ЪСН 4, ЪИН, ЪН ), дат 1По сигналам с датчика 8 давления 55 на всасывании компрессора 3 (Рьс),датчйков 9, 10, 11 и 12 температур азотоводородной смеси на всасцвании первой, второй, третьей и четвертойступеней компрессора 3 (С, , С, 60 4 ) соответственно, датчика 13 температуры циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессо"ра 3 (С ) и датчика 16 числа оборотов вала компрессора 3(0), а так же, используя уравнения (1-8), по 5 10 15 20 25 30 3 40 45 50 чиков 25 расхода и 26 давления газа на входе колонны 1 синтеза (Р, Ч) и датчика 22 концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны 1 синтеза (ЪИН ) иэ уравнений материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и.кинематического уравнения реакции синтеза определяется состав газа Ц, поступающего на колонну 1 синтеза, и усредненный коэффициент активности катализатора и колонны 1 синтеза,Ое Е,р (ЪСН 4, ЪИНЗф ЪН 2.) (2)= К (ОР, Ч, ЪИЯ) (3)По сигналам с датчика 15 темпера туры циркуляционного газа в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака(1) и с датчиков 25 и 26 расхода и давления газа, поступающего на колонну 1 синтеза, по уравнениям материальных балансов процессов в колонне 1 синтеза и в аппаратах 2 первичной конденсации и всегопроцесса синтеза, используя уравнения (1-3), определяют производительность процесса синтеза аммиака Ч, , расход продувочных газов Ч иэ аппаратов 2 первичной конденсации аммиака, а также расход Ч и состав О- на+ входе колонны 4 конденсацииЧ = К (Ч, Р,Р, 1) (4) ЧпР = Е (Ч, УО 1,С, Ч,) (5) Ч 5 = Е (Ч, Чсм ф Чпр, СюОцг) Гб) ,Ц = Г ( 1 цп Рф Ч Чем)(7) По сигналам с датчиков 14 и 23 температур аэотоводородной смеси на входе колонны 4 конденсации и циркуляционного газа из испарителей 5 жидкого аммиака (Сд, 1), датчиков 17, 18 и 24 давлений газообразного аммиака и циркуляционного газа (Р, Р, Р), заданному расходу свежей аэотоводородной смеси Ч на компрессор 3 по уравнению тепло- и массопередачи и материального и теплового балансов процесса вторичной конденсации аммиака, используя уравнения (1-7); определяют обобщенный коэффициент теплопередачи К испарителей 5 жидкого аммиакаК = В (ц кф Ч в Рф ФоЬсУо Р сОц,- ) (8)уравнениям, описывающим процесс сжатия газа в ступенях компрессора 3, определяют его мощность ЯЬс юСсС 1 бов- Ч .), 1 = 1,2,3,4, -Р)Ьс 195 Е,о (Р, СЧ Рцг, Чадц) (10)й Р = (Р 4 Ч,Оц.) (11)=Х1 Р = Ю (С Р 5 Ч лцг щ) (14)- 15По сигналам с датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака,. дат. чика 14 температуры азотоводородной смеси на входе в колонну 4 конденсации, датчиков 13 и 15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессора 3 и в аппаратах 2 первичной конденса- ции аммиака (С, С) и заданному расходу аэотоводородной смеси, а также используя уравнения .(1-3), (8) и (11-14) по уравнениям материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и кинематическому уравнению реакции синтеза аммиака определяют расчетный расход Ч и дав ление Р циркуляцисниого газа на входе в колонну 1 синтеза 4 Ф (4 АО 1 эс Фцг, Со, С Р.1 Р,Ча и К) (15)35Задаваясь другим значением концентрации метана в газе на входе в колонну 1 синтеза ЪСН 4 при рассчитанных по уравнениям (3) и (8) значениях коэффициента активности ка тализатораи и обобщенных коэффициентах теплопередачи К по уравнению (2) определяют состав газа на входе в колонну 1 синтеза, а по уравнению (15) - его расход T. По урав-45 нениям (4-5) определяется производительность процесса синтеза аммиака Кщ , которая поддерживается со"тветствующим расходом продувочных газов 7 Р из аппаратов 2 первичной 50 конденсации аммиака (регулирующее воздействие)По уравнению (13) определяется суммарная мощность И компрессора 3, которая сравнивает 55 ся с первоначально определенн й мощностью компрессора ЗМ.Если И и Я не совпадают с заданной точностью и если И 7 Йзадается новое большее эн чение числаоборотов, вала компрессора 3, а если Х с Р задается новое меньшеезначение числа оборотов вала. Итак до совпадения М и Я с заданнойточностью.Определенная по уравнению (4)производительность процесса синтезааммиака Чом сравнивается с его пер-воначальной производительностью 1,,Если Ч, больше Ч , соответствующий ей расход Ч продувочных газовзапоминается.Далее снова задаемся новым значением концентрации метана в газена входе в колонну 1 синтеза, и снова производятся предыдущие расчетыи сравнения.В результате этих сравнений устанавливается то значение расходапродувочных газов Чцр нз аппаратов.2 первичной конденсации аммиака через клапан 27, которому соответствует большая производительность Чомпроцесса синтеза аммиака,Производительность процесса синтеза аммиака в результате внедрения данного способа управления увеличивается на 05-0,8.формула изобретенияСпособ управления процессом синтеза аммиака по авт. св, Р 874622; о т л и ч а ю щ и й с я тем, .что, с целью повышения производительности процесса, расход продувочных газов дополнительно корректируют в зависимости от расхода, давления газа на входе в колонну синтеза и концентрации водорода в нем, концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны синтеза, тем. пературы идавления циркуляционного газа на выходе испарителей жидкого аммиака.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР874622, кл. С 01 С 1/04; 19801002241Составитель Г. Огаджанов Редактор Л. Утехина Техред А,Ач Корректор Е, Рошко Заказ 1713/8 Тираж 469 Подписное ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушакая наб д. 4/5 .т афилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4