Способ управления процессом конверсии окиси углерода

СОЮЭ ССВКТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХР 1-:СПУБЛИН 09) (1 И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЛмиР РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Государственный всесоюзныйцентральный ордена Трудового КрасногоЗнамени научно-исследовательский институт комплексной автоматизации(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 952727, кл. С 01 В 3/16, 1980. 54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОНВЕРСИИ ОКИСИ УГЛЕРОДА по авт.свид щ, С 01 В 3/16; 0 05 0 27/00 Ф 952727, о т л и ч а ю щ н й с ятем, что, с целью увеличения срокаслужбы низкотемпературного катализатора путем уменьшения степени его износа, расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени дополнительнокорректируют в зависимости от расходов питательной воды в котлы-утилизаторы и топлива во вспомогательныйкотел, температур газовой смеси навходе котла-утилизатора второй ступени и конвертора окиси углерода второй ступени и остаточного содержанияокиси углерода на выходе конверторовокиси углерода первой и второй ступеней.Изобретение относится, к области автоматизации производства аммиака и метанола при получении газа, содержащего водород, путем конверсии смеси углеводородов, когда тепло технологического газа используется в котлах-утилизаторах.По основному авт, св. У 952727 известен способ управления процессом конверсии окиси углерода путем регу О лирования температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси угле. рода первой ступени изменением расхода реакционной смеси по байпасирующему трубопрОводу котла-утилиэатора второй ступени в зависимости от расхода и состава газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени, температуры реакционных газов на входе в котлы-утилизаторы первой ступени, гО темпетаруры питательной воды и давле,ния пара в котлах-утилизаторах.ГНедостаток известного способа заключается в высокой себестоимости вырабатываемого аммиака вследствие быстрого износа низкотемпературного катализатора в конверторе окиси углерода второй ступени.Целью изобретения является увели 30 чение срока службы низкотемпературного катализатора путем уменьшения сте" пени его износа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом конверсии окиси углерода расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени дополнительно корректируют в зависимости от расходов питательной воды в котлы-утилизаторы и топлива во вспомогательный котел, температур газовой смеси на входе котла-утилиэатора второй ступени и конвертора окиси углерода второй ступени и остаточного содержания окиси 45 углерода на выходе конверторов окиси углерода первой и второй ступеней.На чертеже представлена схема реализации способа.Природный гаэ по трубопроводу 1 подают в трубчатую печь 2, в которую по трубопроводу 3 подают водяной пар. Полученную в трубчатой печи 2 газовую смесь подают в шахтный конвертор 4, в который по трубопроводам 5 55 и 6 подают лар и воздух. Полученная в шахтном конверторе 4 реакционная смесь по трубопроводам 7 и 8 поступает на охлаждение в котлы-утилнзаторы 9 и 10 первой ступени, а затемв котел-утилизатор 11 второй ступени.Часть реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу 12 подаетсямимо котла-утилиэатора 11, смешивается с охлажденной в котле-утилиэаторе 11 частью ее и по трубопроводу 13подается в конвертор 14 окиси углерода первой ступени. Полученную вконверторе 14 газовую смесь охлаждают сначала в котле-утилизаторе 15,а затем в теплообменнике 16 аэотоводородной смесью. Иэ теплообменника 16газовую смесь по трубопроводам 17и 18 подают в конвертор 19 окисиуглерода второй ступени, заполненныйниэкотемпературным катализатором.Иэ конвертора 19 газовая смесь отводится по трубопроводу 20. В котлахутилиэаторах 9,10,11 и 15 иэ питательной воды, подаваемой по трубо,проводу 21, получают пар, которыйотводят по трубопроводу 22, кудапо трубопроводу 23 поступает пар,полученный во вспомогательном котле 24 путем сжигания топлива, подаваемого по трубопроводу 25,Система управления процессом конверсии окиси углерода состоит иэ датчика 26 расхода газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени, датчиков 27 - 30 состава газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени, датчиков 31 и 32 температуры реакционных газов на входе в котлы-утилиэаторы первой ступени, датчика 33 температуры и датчика 34 расхода питательной воды, датчика 35 давления пара, получаемого в котлах-утилиэаторах 9, 1 О, 11 и 15, датчика 36 температуры газовой смеси на входе котла-утилиэатора второй ступени, датчика 37 расхода топлива во вспомо. гательный котел, датчика 38 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 первой ступени, датчика 39 температуры реакционной смеси на входе конвертора 19 окиси углерода, датчика 40 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 19 окиси углерода, датчика 41 температуры реакционной смеси на входе конвертора 14 окиси углерода, воздействующего на клапан расхода реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора 11 второй ступени через вычислительное устройство 42. Для измерения расхода реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода первой ступени вместо датчика 26 можно использовать датчики 43 и 44 расходов 5 природного газа и пара ссответственно в трубчатую печь 2 и датчики 45 и 46 расходов пара и воздуха в шахтный конвертор 4. Расход реакционной смеси по байпасируюшему трубопроводу 12 регулируется клапаном 47,Способ управления процессом конверсии окиси углерода осуществляется следующим образом.При отсутствии датчика 26 расхода 15 по сигналам от датчиков 43 - 46 соответственно расхода природногопггаза Сг, расхода пара в трубчатуюипечь С , расхода пара в шахтный конвертор С, расхода воздуха20вв шахтный конвертор С. датчиков 27 - 30 состава газа на входе конвертора окиси углерода первой ступени 2, и заданного состава природного газа определяют расход газа из котлов-утилизаторов 9 и 10пг и и 6кг о(С п гп С С 2) (1)По сигналам от датчиков 26 и 39 расхода и температуры 1, составу З 0 газовой смеси на входе конвертора 19 2 и сигналу от датчика 40 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 19 2 в момент времени То (То=1-2 мес) от начала эксплуатации низкотемпературного катализатора в конверторе окиси углерода второй ступени при заданной величине объема упомянутого катализатора однократно определяют Величину 40 начальной активности ниэкотемпературного катализатора ао и запоминают ее.По сигналу от датчика 38 остаточного содержания окиси углерода в га зовой смеси на выходе конвертооа 14 2 и сигналу от датчика 26 расхода газа циклически через интервал времени ц (ьц=1 - 4 ч) в течение периода с(=1 - 3 мес) (величина период50 да с 4 выбирается в зависимости от качества катализатора) определяют величину суммарной нагрузки по окиси углерода на ниэкотейпературный катализатор8+2 Ск"ц (2) где 6- запомненное значение суммарной нагрузки в предыдущем цикле,и запоминают эту величину вместо предыдущеи. По сигналам от датчиков 27 - 30 состава газа на входе и датчика 38 содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 определяют состав 2 газа на входе конвертора 19. По составу газовой смеси на входе конвертора 19, сигналам от датчиков 26 расхода и 39 температуры газа на входе конвертора 19и5 сигналу от датчика 40 остаточного содержания окиси углерода ча выходесоконвертора 19 2 периодически (перигод с определяют текущую величину активности катализатора в конверторе второй ступени а,Определение состава газа 2 на входе. конвертора 19 проводится по сигналам, от датчиков 27 - 30 состава газа на входе и датчика 38 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 2 по соотноше"со2ниюЕ 7 (2 2), (3)и еегде знак + для продуктов реакции СО 2, Н и знак - для НО.Определение активности катализатора проводится по соотношениюа=Г 1(2 в Ез "Скг ф 72) (4)Определяют скорость старения катализатора в конверторе второй ступениог п (с 1/ ао)(5) По величине скорости старения катализатора К, известным величинам наименьшей допустимой активности катализатора Ог .и и паспортного срока его службы Т, времени от начала эксплуатации ниэкотемпературного катализатора Т для заданного времени увеличе" ния срока службы низкотемпературного катализатора Т(Т=1-3 года) опреде- ляют величину допустимой нагрузки по окиси углерода на конвертор второй ступенио" Ж (Т +Т -Т)Ь (а(а )(6)По сигналам от датчиков 26 и 40 и величине 9, циклически начиная со второго периода определяют наибольшее допустимое значение содержа" ния окиси углерода в газовой смеси на выходе конвертора 14 первой ступени о,- 22 = оп /б кг(7)По сигналу от датчика 26 расходаю датчиков 3 1 и 32 температуры газовой1105463 50со Р (21)А - ай кг,2" ,э Х з )По величинам расходов пара иэ котлов-утилизаторов 9,10,11 и 15 и сигналу от датчика 34 расхода питатель ной воды определяют новое значениерасхода топлива во вспомогательный котел б с Уйпв дй )(22) смеси на входе в котлМ-утилизаторы 9 и 10 (Т, С), датчика 33 температуры питателвной воды С котлов-утилиза" торов, датчика 35 давления пара (Р ) в котлах-утилизаторах 9,10,11 5 и 15 и датчика 36 температуры газовой смеси (с ) на входе котла-утилизато 5ра второй ступени для заданного значения параметра степени открытия клапана 47определяют величину температуры газовой смеси (1) и расход пара (С) из котлов-утилиэаторов 9,10 и 11:"и 1"1 в 1 п =,(Рп) э (10)ее = з (с ее) 120СР = Г, (12)е=й(Р), (13) где 1, Ги - коэффициент теплопередачи и поверхность теплообмена котла"утилизато- д 5ра 11;Э - энтальпия пара, получаемого в котлах-утилизато-.рах;2 пе - энтальпия питательнойводы котлов-утилизаторов;температура питательнойводы котлов-утилиэаторов;35С - теплоемкость газовойсмеси;- температура кипенияпитательной воды.По сигналам от датчика 26 расхода,40 датчиков 27 - 30 состава газа и величине температуры газовой смеси на входе конвертора 14 (С,1) определяютсосодержание СО (2 ) и температуру конверторного газа на выходе конвер 45 тора 14:26 =%ь(21,0, , Ч ) (14), Величины 2 Р и 22 сравнивают и,со агав Ресли 2 ) 2 2, выбирают другое зна 2 Рчениеи повторяют расчеты по сосе акоп отношениям (8) -(15). Если 2,Р 2то по сигналам от датчиков 26,33 и 35 и величине температуры конвертированного газа на входе конвертора 14 определяют величину температуры конвертированного газа 16 и расход пара Ц на выходе котла-утилиза 2тора 15: е 6=с -(с -е) 1-ехр( -- -),(16)К Г5 р бсэ с Р(5 -6) 1)п ПЬр= 4(1 д, МГде Е, Гз, - коэффициент теплопередачи и поверхность теплообмена в котле-утилизаторе 15.По сигналам от датчиков 26 . - 30,величине температуры конвертированного газа на входе котла-утилизатора 15 и заданной величине температуры азотоводородной смеси на выходетеплообменного аппарата 16 определяют величину температуры конвертированного газа на входе в конвертор 19 окиси углерода7 6( кг )6141 .По величине содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 и сигналам от датчиков 27 - 30 составагаза определяют состав газа на входеконвертора второй ступени 2 по соотношению (3)2гПо сигналу от датчика 26, темпера.туре конвертированного газа на входеконвертора 19 и составу конвертированного газа на вход конвертора 19определяют содеражние окиси углеродав конвертированном газе на выходеконвертора 19где Ч - объем катализатора в кон 2верторе 19,и состав конвертированного газа по,соотношению (3),По сигналам от датчиков 26 и 40и составу конвертированного газа 25Ропределяют величину расчетной производительности агрегата по целевомупродукту (аммиаку)1105463 Составитель Г,ОгаджановРедактор Л.Веселовская Техред А.Кикемезей Корректор И.Эрдейи Заказ 5533/17 Тираж 464 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 где- расход топлива на получениеединицы расхода пара.По сигналу от датчика 37 расходатоплива во вспомогательный котел(Й) и величине нового значения расхода топлива во вспомогательный котел (Ст) определяют величину изменения стоимости топлива, сжигаемогодля получения пара,с= (с, -с,). (23)По величинам изменения стоимоститоплива и расчетный производительности агрегата по целевому продукту определяют величину себестоимости продукта по топливуС = Ст/С, (24)(величины себестоимости продуктаи температуры конвертированного газана входе конвертора 14 окиси углерода запоминаются).Затем выбирают другое значение ,повторяют расчеты по зависимостям(9)-(24) для этого значения и запоминают полученные значения С и В. Таким образом проводят расчеты для всех заданных значений параметра Р . Иэ всех запомненных значений 5величины себестоимости С выбираютнаименьшее ее .значение и соответствующее этой величине значение температуры конвертированного газа на входе в конвертор 14 окиси углеро да С 4Яайденное значение температурыконвертированного газа на входе в конвертор 14 окиси углерода сравнивают с сигналом от датчика 36 и в эави" 15 симости от величины разности воздействием на клапан 47 изменяют расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу 12.Использование данного способа поз воляет снизить себестоимость аммиакапутем уменьшения износа низкотемпературного катализатора и увеличения срока его службы,