Способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1020373. 5 О 27/О ГОСУДАРСТВЕН10 ДЕЛАМ ИЗОБ ЫИ КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И. ОЧНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР, (56) 1 Авторское свидетельство СССРпо.заявке Н 3276517/23"26 ,кл. С 61 С 1/6,.1981.2.,Авторское свидетельство СССР ф РВфб клС О 1 С 1:/О 1971. .ИЧ Ь 7): 1. СЙОСОВ.АВТОЙАТИЧЕСКОГО . РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕ 6 СА СИНТЕЗА АИИИ" АКА путем изменения расходе. воздуха в конвертор метана второйступени -в Зависимости от состава свежегогаза,. состава и расхода циркуляционного гаэа о т л и ч а е щ и й с я : тем,что, с целью повццения произвадительности процесса. за счет по" вьивения точности поддеркания заданного соотновения водорода и азотана входе в колонну синтеза. расходвоздуха корректирует по расходу ,реакционной газовой смеси в трубча", тую печь и составу газа визе кон.7 вертора метана, второй ступени.2. Способ по п. 1., о т л и ч а е" щ . и Й с я тем что значейие иийи иального расхода воздуха устанав ливаат в зависйиости от с 4 дерааииа метана. после конвертора метана второй ступени, а значение максйМально. го расхода воздуха устанавливает взависимости .от теипературм газа после конвертора метана второй ступени . и/или перепаде давления на колонне синтеза,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 метанавторой сту" пени в зависимости ог состава свежего н циркуляционного Газа и перепада давления на компрессоре циркуляционного газа 11.15Недостаток способа заключается в том, что он не обеспечивает еасокой производительности прбцесса, так как не учитывает транспортное", запаздывание регулирующего сигналацто 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 С 2 1.Однако известный способ не обеспечивает высокой точности поддержаиия 35 заданного соотношения водорода и азота на входе в колонну синтеза,что приводит к снижению производительн процесса.4 ОПри нагрузкеразгрузке агрегата по газу по различным причинам,включая ограничения по газу и 1,или,) воз" духу, происходят колебания состава конвертированного и свежего газов.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 повыщенияточности поддержания заданного соотношения водорода и азота на входе в колонну синтеза.Поставленная цель достигается тем, цто согласно способу. автоматического регулирований 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 конвертораметана 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.еНа чертеже приведена прйнципиальная схема реализации предлагаемогоспособа.Реакционная газовая смесь и пар,пройдя трубчатую печь 1,поступают вконвертор 2 метана второй ступени,куда подают также воздух. Далееконвертированный газ, пройдя после.довательно стадии 3-5 соответственно конверсииокиси углерода, очистки и метанироеания, поступает в колонну б синтеза,Расход реакционной газовой смесив трубчатую печь 1 измеряют датчикам 7"расхода, состав и температуругаза после конвертора 2 метана второй ступени;измеряют с помощью газоанализатора 8 и датчика 9 температуры, расход воздуха измеряют датчиком10 расхода, состав свежего газаопределяют газоанализатором 11, расход и состав циркуляционного газаизмеряют с помощью датчика 12 расхода и газоанализатора 13, перепаддавления на колонне синтеза определяют датчиком 14, расход воздухарегулируют с помощью исполнительного механизма 15, а управление процессом осуществляется с помощью 5вычислительного устройства 1 б.Способ осуществляют следующимобразом.Снацала рассчитывают эквивалент.газовоздушной смеси Е. Для этогоинформацию О расходе реакционнойгазовой смеси в трубчатую печь(6, нм/ч) от датчика 7 и о расходевоздуха в конвертор метана второйступени у; нм/ч) от датчика 10 15подают в вычислительное устройство16, где по Формуле Е.т = 1,.3 ДЖ рассцитывается величина Е. КоэФФициент1,3 отражает соотношение расходоввоздуха и реакционной газовой смеси 20для процесса паровоздушной конверсииметана.Величина Е рассчитывается каждые30 сек.Затем рассчитывают величину у, ха" 25рактеризующую избыток или недостатокодного из компонентов (,Н 2 илий)вовсей системе, включающей как конвертор метана второй ступени, так ициркуляционный контур синтеза амее- Звака а.Для.,этого информацию о содержанииН объемн.доли) газоанализатора В,;зоанализатора 11, о расходе циркуляЭ.ционного газа (нм /ч) от датчика 12,о содержании. Н в циркуляционном газена входе в колонну синтеза (объемн.доли/от:газоанализатора 13 и о величине заданного соотношения Н. Иподают 4 Ов вычислительное устройство 16, гдепо Формуле3 =ьС 4,ЯО +аСЫО -ьб ИО ++ ЬС, 7 Ю +ЬХ фЯ 10 . 45егде ь.С - изменение содержания йна выходе конвертора ме. тана второй ступени завыбранный интервал време-ни.50АС+, - изменение содержания Нв свежем газе за С.4Ь б - изменение расхода цирку. ляционного газа за.:ЬС 4 - изменение содержания Ъ 55в циркуляционном газе за й,, а 2.1 - изменение .задания соотношения НИ за й,КоэфФициенты 4,5 10; бф 10; 1 1 О2 ;710 и 2 10 определеныиз условий материального баланса. Они характеризуют в реальном масштабевремени состояние технологической системы по изменению количества компонен-. та (Н или й),произошедшему за этот выбрайный интервал времениПрименительно к крупнотоннажному агрегату аммиака контур управления соотношением Н,: Кна 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 .ачала изменения соотношения Н 5,. И в циркуляционном газе на входе в колонну синтеза проходит 24-28 мин.,Изменение величины Се при этом сказывается через 7 мин, изменение величины С 4 " через 14 мин, Изменение величины 8,1 через 21 мин и изменение величины С.- через 28 мин.Величина у рассчитывается каждые 7 мин, Далее рассчитывают величину задания для эквивалента газовоздуиной смеси . ИДля этого по Формуле Е =.4. Е И определяют среднее значение величины Е за иигервал времени (7 мин), а затем по Формул Я = Е - у определяют величинув данном случае И 141.Величинарассчитывается каждые 7 мин.Величину управляющего воздейст" вия, т,е. изменение расхода воздуха на конвертор метана второй ступени, рассчитывают по следующему выражению:О=Е -6Т/Расчет и выдачу на исполнительныймеханизм управляющего воздействияосуществляют каждые 30 сек. В этомвыражении Е. - текущее значение Е,рассчитываемое каждые 30 сек,Йа величину изменения расхода воздуха, осуществляемого исполнительным механизмом 16, накладывают огра-.ничения. Минимальный расход воздухаограничивают верхним допустимым зна"чением содержания СН на выходе изконвертора метана второй ступени макРсимальный расход воздуха ограничивают верхним допустимым значением тем"пературы газа на выходе из конвер"тора метана второй ступени и/или1020373 Составитель Т.Чулкова Редактор А.фролова Техред А:Ач Корректор А,Ильин е е.вв йвИве е Ь 1 Заказ 3828/19 Тираж Ц 1 ПодписноеВНИИПИ Государственного койитета СССР. по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская нвб д 4/ е М е Ме е е е в е е е е е е ввв фе е ЕеЕЬЕееееееееееееефилиал ППП ."Патент"., г. Ужгород, ул Проектная, 4 верхним допустимым значением перепада давления на колонне синтеза.Для этого информацию о содержа"нии СН от газоанализатора 8, о температуре газа от датчика 9 темпера"туры и о перепаде, давления от датчика 14 подают в вычислительное устройство 6, где по формуламВ" В- йВТ - Т фф 4 ТКтРдР - дР 4 дРи 1 Ропределяют величину отстояния текущих значений содержания СН 4(В),температуры (Т,) и перепада давления (дР ) от их норм технологического регламента (НТР),Если Ь В Ъ 8,1, то уменьшениерасхода воздуха разрешается. ЕслиЬВуменьшение расхода воздухане, разрешается.Если ЬТЪ Е и/или ЬдВФ то уве"личение расхода воздуха разрешается,Если . ЬТсЮ и/или ЬдРсЯ, то уве".личение расхода воздуха 1 йЬ разрешает,.ся. Допустимые пределы отстояния текущих значений перечисленных параметров от их норм технологического рег -ламента ( 6,1, Е м .ф ) выбирают изусловий, чтобы при реализации одногошага изменения,расхода воздуха прикаждом 30-секундном цикле) изменениеВ,Т и дР не превысило бы Я, Яц йсоответственно,Поэтому максимальное изменениерасхода воздуха за 30-секундный циклрасчета ограничено 500 нм /ч. До"Эпустимые пределы отстояния текущихзначений перечисленных параметров1 от. их НТР выбраны следующими:=О,ОООЙ, Е, = Я С, Й "- ОВ отоПри изменении расхода воздуха на500 нмФ/ч изменения содержания СВ,20 температуры газа и перепада давления не превысят укаэанных величин.Применение предлагаемого способапозволяет снизить расход азотоводородной смеси на 1 т вырабатываемого2 аммиакб В среднем Йв 1 нм , чтоЭпозволяет вьциботать дополнительно2100 тн аммиака в .год;