Способ автоматического регулирования процесса конверсии углеводородных газов

СОЮЗ СОЭЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 1 В 3/02, б 05 Р 27/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О СССРРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ дРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУч(71), Куйбышевское специальное конструкторское бюро Научно-производственного обьединения Нефтехимавтоматика (72) Н. П. Ушатинская и М. П. Безуглов (53) 66,012.52(088,8)"(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕ.ГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КбНВЕРСИИ- УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ (57) Изобретение относится к способу автоматического регулирования процесса конверсии углеводородных газов, может быть использовано в нефтехимической и химической промышленности и позволяет снизить расход теплоэнергии на рецикл потока двуокиси углерода. Способ реализуется сисЯЦ 12749901 темои автоматического регулирования, включающей контур регулирования соотношения расходов сырья и водяного пара: датчики (Д),расходов 3, 5, регулятор (Р) 21 соотношения, клапан (К) 22 на линии подачи пара в конвертер 1. В контур введена коррекция по величине доли сырья, вступившей в реакцию с водяным паром и определяемой по расходу двуокиси углерода (Д 7), по расходам пара, исходной и получаемой двуокиси углерода (Д.Д. 5, 7, 11) и заданному соотношению водорода и окиси углерода (Д 14). Система включает в себя также контуррегулирования соотношения расходов сырья и двуокиси углерода: Д.Д. расходов 3, 7, Р 24, К 25.В контур введена коррекция по вели. чине доли сырья, вступившей в реакцию с двуокисью углерода (сумматор 23) и апре. деляемой по расходу исходного сырья (Д 3), а также по рассчитанной доли сырья, вступившей в реакцию с водяным паром (множитель 20). 1 ил.(9) Мн."г = Ясов + 1 1Изобретение относится к области авто. матизации процесса конверсии углеводородных газов в присутствии двуокиси углерода и может быть использовано в нефтехимической и химической промышленности.Цель изобретения - снижение расхода теплоэнергии на рецикл потока двуокиси углерода за счет повышения точности регулирования соотношения расходов.Известно, что конверсия углеводородных газов с присутствии двуокиси углерода протекает по реакциям двух типовСлНгл+г+иНгО = пСО+ (2 и+1) Нг; (1) СлНгл+г+иСОг = 2 пСО+ (и+1) Нг. (2) Мольное соотношение Нг/ СО в конверти рованном газе при реакции типа (1) изменяется от 3 до 2,25 при,изменении и от 1 до 4, по реакции типа (2) - от 1 до 0,625 при изменении п от 1 до 4. При использовании конвертируемого газа в качестве сырья для последующих производств (например, бутиловых спиртов) мольное соотношение Нг/СО задается таким, что часть исходного сырья должна вовлекаться в реакцию типа (1), часть должна конвертироваться по реакции типа (2).Из уравнения реакции типа (1) видно, что число получаемых молей водорода (Мн,1) зависит от числа молей водяного пара (Мн,р), вовлекаемых в реакцию типа (1), т. е.1 н,4 = 2 х)нао+1 (3)Если замерять текущий расход водяного пара (Сн,о), поступающего в реакцию (1), то можно определить число молей водяного параЧн,о = - "-"= 0,0555 Сн.,о, (4)Мн,огде Мн.,о .= 18,0 - молекулярный вес золяного пара.Подстановкой (4) в (3) получаем Ннч = 0,1111 Сн,о + 1 (5)Из уравнения реакции типа (1) следует, что число получаемых молей окиси углерода (х)со 1) также зависит от числа молей водяного пара (Мн,о), вовлекаемых в реакцию типа (1), т. е.Ксо- Инго. (6)Подстановкой (4) в (6) получаемМсо 1 = 0,0555 Сн.,о, (7)Мольное соотношение Нг/СО в продуктах реакции типа (1) равно1 Чн,1 О, 111 Сн,о+ 1 18,0---- 2,0 + - . (8) Мсо0,0555 Сн,оСн,оИз уравнения реакции типа (2) видно, что число получаемых молей водорода (Мн,г), определяется числом молей двуокиси углерода (хсо,), вовлекаемых в реакцию, т. е. Если замерять текущий расход двуокисиlуглерода (Ссо,), поступающей на конверсию, и текущий расход двуокиси углерода (Ссо,), выходящей из конвертера, то можно определить расход двуокиси углерода (Мсо,), вступившей в реакцию типа (2), т. е.Ссо = Ссо. . -- Ссо (10) а также определить число молей двуокиси углерода (Мсо.,), вступивших в реакциюМсо., = --= 0,0227 Ссо (11)Мсог где Мсо. ,= 44 - молекулярный весуглерода.15 Подстановкой (11) в (9) получМнг = 0,0227 Ссо, + 1.Из уравнения типа (2) такжечто число получаемых молей окиси(со,) определяется числом молей20 углерода (Хсо,), вовлекаемых вт. е. Подстановкой (11) в (13) получаем 25 Ксо., = 0,0454 Ссо,. (14)Мольное соотношение Нг/СО в продуктах реакции типа (2) равно Хна 0,0227 Ссо, + 1 22,02643 Мсо. 0,0454 Ссо,Ссо.,30 Обозначим Х долю углеводородногосырья, которое должно подвергаться конверсии по реакции (1), тогда по реакции (2) будет подвергаться доля сырья (1 - Х).Мольное соотношение Нг/СО в конвертированном газе при протекании реакций (1) и (2) можно определить путем суммирования (8) и (5) в соответствующих долях, т. е.40Кн(2 0018+ ф,0 О 18)( +ЖСО ОнаО+ (0,5 + - " -- ).Ссо,Обозначим заданное мольное соотношение Нг/СО через т, т. е.или в общем виде доля сырья, используемаядля реакции типа (1), равнах - О т - К) К . (20)КЗОТ)+ К 4 Ь 2. - К 2Сн,д Таким образом, не имея информации о текущем значении соотношения Н/СО в конвертированном газе, т. е. не используя поточные анализаторы качества, можно на основании текущих значений расходов водяного пара и двуокиси углерода и заданного соотношения Н/СО определять доли сырья, подлежащие конверсии по реакции типа (1) - Х и по реакции типа (2) - ( - Х), и в соответствии с этими долями регулировать автоматически подачу водяного пара и двуокиси углерода на конверсию.На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа автоматического регулирования.Схема содержит конвертер 1, линию 2, по которой поступает углеводородное сырье, расход которого замеряется датчиком 3 расхода, линию 4, по которой поступает водяной пар, расход которого замеряется датчиком 5 расхода, линию 6, по которой поступает двуокись углерода, расход которой замеряется датчиком 7 расхода, линию 8, по которой выводится конвертируемый газ, разделяющийся на синтез-газ, выводимый по линии 9, и рецикловый поток двуокиси углерода, выводимый. по линии 10, расход которого замеряется датчиком 11 расхода. Выходной сигнал датчика 11 расхода поступает на вход сумматора 12, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 7 расхода двуокиси углерода, поступающей в конвертер 1. Выходной сигнал сумматора 12, пропорциональный разности расходов двуокиси углерода, поступившей в конвертер 1 и вышедшей из него, т. е. пропорциональный количеству двуокиси углерода, вступившей в реакцию типа (2), поступает на вход множителя 13, на второй вход которого поступает выходной сигнал задатчика 14, соответствующий (т - К), т. е. данному соотношению Н/СО за вычетом постоянной величины. Выходной сигнал множителя 13 поступает на вход сумматора 15, где осуществляется его алгебраическое суммирование постоянной величиной. Выходной сигнал сумматора 15, пропорциональный числителю уравнения (20), поступает на вход делителя 16, на второй вход которого поступает выходной сигнал сумматора 17, пропорциональный знаменателю уравнения (20),На первый вход сумматора 17 поступает выходной сигнал множителя 18 на постоянный коэффициент, связанный своим входом с выходом сумматора 12, соответствующий 5 1 О 15 21.г 25 30 35 40 45 50 55 произведению расхода двуокиси углерода, вступившей в реакцию, и постоянный коэффициент (К,био,). На второй вход сумматора 17 поступает выходной сигнал множительно-делительного устройства 19, связанного своими входами с выходами сумматора 12 и датчика 5 расхода водяного пара. Выходной сигнал делителя 16. пропорциональный доле сырья, которое должно вступить в реакцию типа (1), поступает на первый вход множителя 20, второй вход которого связан с выходом датчика 3 расхода сырья. Выходной сигнал множителя 20, пропорциональный количеству сырья, которое должно конвертироваться по реакции типа (1), поступает на первый вход регулятора 21 соотношения, второй вход которого связан с выходом датчика 5 расхода водяного пара, а, выход - с регулирующим клапаном 22 на линии 4 подачи водяного пара в конвертер 1. Одновременно второй выход множителя 20 поступает на вход сумматора 23, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 3 расхода сырья. Выходной сигнал сумматора 23, пропорциональный количеству сырья, подлежащего конверсии по реакции типа (2), поступает на вход регулятора 24 соотногцения, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 7 расхода двуокиси углерода. Выходной сигнал регулятора 24 соотношения поступает на регулирующий клапан 25 на линии 6 подачи двуокиси углерода в конвертер 1.Способ осуществляют следующим образом.В установившемся состоянии работы конвертера 1 на конверсию поступает 10 т/ч углеводородного сырья, расход которого замеряется датчиком 3, 12,4 т/ч водяного пара, расход которого замеряется датчиком 5, 151,6 т/ч двуокиси углерода, расход которой замеряется датчиком 7, из конвертера выводится 50 т/ч окиси углерода, расход которой замеряется датчиком 11. Сумматор 12, получая информацию о текущих значениях расходов двуокиси углерода, поступающей и выходящей из конвертера 1, отделяет текущее значение двуокиси углерода, вступившей в реакцию, которое в этом примере равно 101,6 т/ (151,6 - 50,0 = = 101,6 т/ч). Выходной сигнал сумматора 12 поступает на вход множителя 13, где умножается на выходной сигнал задатчика 14, т. е. для конкретного случая 101,6 Х Х (1,05 - 0,5) = 55,88, после чего из выходного сигнала в сумматоре 15 вычитается постоянная величина К = 22,0264 (33,8536). Выходной сигнал сумматора 15, соответствующий числителю уравнения (20), поступает на первый вход делителя 16. Одновременно выходной сигнал сумматора 12 поступает на вход множителя 18 на постоянный коэффициент, где определяется произведение Кзбсо равное для конкретного случая 152,4. Выходной сигнал множителя 18 по 1274990сигнала множителя 13 (60,96), сумматора 15 (22,0), делителя 16 (0,1403) и множц геля 20 (1,403), Изменение выходного с игла.а множителя 20 приводит к нарушению равновесия в регуляторе 21, для восстанозлеция которого изменяется его выходной сигнал, поступающий на регулирующий клапан 22, положение которого меняется до тех пор, пока расход водяного пара не увеличивается до 14,28 т/ч.Изменение выходного сигнала множителя 20 одновременно вызывает изменение 50 55 5ступает на вход сумматора 17, куда одновременно поступает выходной сигнал множительно-делительного устройства 19, связанного своими входами с выходами сумматора 12 и датчика 5 расхода водяного пара, который соответствует произведению постоянного коэффициента на соотношение расходов двуокиси углерода, вступившей в реакцию, и водяного пара, равному для конкретного случая 147,4830. Выходной сигнал сумматора 17, представляющий алгебраическую сумму выходных сигналов множителя 18, множительно-делительного устройства 19 и постоянной величины, и соответствующий знаменателю уравнения (20), равный для конкретного примера 277,8566, поступает на второй вход делителя 16, где путем деления выходного сигнала сумматора 15 на выходной сигнал сумматора 17 определяется доля сырья, участвукнцего в реакции (1), которая для конкретного случая равна 0;1218. 11 оступая на вход множителя 20, выходной сигнал делителя6 умножается на сигнал, пропорциональный расходу сырья, поступающего на конверсию, замеряемому датчиком 3. Выходной сигнал множителя 20, соответствующий количеству сырья, которое должно перерабатываться по реакции (1) и равное для конкретного примера 1,218 т/ч, поступает ца вход регулятора 2 соотношения, который обеспечивает автоматическое регулирование заданного соотношения расходов сырья и водяного ЗО пара с помощью регулирующего клапана 22.Одновременно выходной сигнал множителя 20 поступает на вход сумматора 23, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 3 расхода сырья. Выходной сигнал сумматора 23, пропорциональный 35 разности расходов сырья, постугившего в конвертер 1 и вступившего в реакцию (1), т. е. пропорциональный количеству сырья, которое должно вступить в реакцию (2), и равный 8,782 т/ч, поступает ца вход регулятора 24 соотношения, который обеспечивает автоматическое регулирование заданного соотношения расходов сырья и двуокиси углерода с помощью регулирукпцего клапана 25.Если изменяется задание на соотношение Н/СО в конвертированном газе (и = 1,10),то меняется выходной сигнал задатчика 14 (0,6), что вызывает изменение вьходного выходного сигнала сумматора 23 (8,597), что приводит к нарушению равновесия в регуляторе 24 соотношения, для восстановления которого регулирующий клапан 25 под воздействием выходного сигнала регулятора изменяет свое положение до тех пор, пока расход двуокиси углерода не сокращается до 149,80 т/ч.При изменении количества перерабатываемого сырья, например увеличении до 2 т/ч, изменяется выходной сигнал датчика 3 расхода сырья, что приводит к изменению выходного сигнала множителя 20 (количество сырья, которое должно конвертироваться по реакции (1), увеличивается до 1,4616 т/ч), и нарушает равновесие в регуляторе 21, что приводит к увеличению открытия регулирующего клапана 22, которое продолжается до наступления равновесия в регуляторе. Измененный выходной сигнал множителя 20 поступает одновременно в сумматор 23, куда также поступает изменецный выходной сигнал датчика 3 расхода сырья, эти сигналы приводят к изменению выходного сигнала сумматора 23 (10,5384 т/ч), который, поступая ца вход регулятора 24, нарушает в цем равновесие, что приводит к изменению положения регулируюгцего клапана 25, которое продролжается до наступления равновесия в регуляторе 24 за счет увеличения потока двуокиси углерода.Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить точность регулирования соотношения Н/СО за счет определения долей сырья, вступаюгцих в реакции с водяным паром ц двуокисью углерода, повысить надежность автоматического регулирования за счет исключения поточных анализаторов качества и сократить энерго- затраты ца процесс за счет снижения рециклового потока двуокиси углерода.формула ггзобретенияСпособ автоматического регулирования процесса конверсии углеводородных газов путем регулирования соотношения расходов исходных компонентов, например сырья и водяного пара, сырья и двуокиси углерода, отличаюигийся тем, что, с целью снижения расхода теплоэнергии на рецикл потока двуокиси углерода за счет повышения точности регулирования соотношения расходов, дополнительно измеряют расход получаемой двуокиси углерода, по расходам пара, исходной и получаемой двуокиси углерода и заданному соотношению водорода и окиси углерода в конвертированном газе определяют долю сырья, вступившего в реакцию с водяным паром, по расходу исходного сырья и рассчитанной доли сырья, вступившего в реакцию с водяным паром, определяют долю сырья, вступившего с реакцию с двуокисью углерода, и корректируют соотношение расходов сырья и водяного пара1274990 Составитель Г. Огаджанов Редактор Е. Папи Техред И. Верес Корректор Т. Колб Заказ 6530/ 8 Тираж 450 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, 4в зависимости от доли сырья, вступившего в реакцию с водяным паром, а соотношение расходов сырья и двуокиси углерода корректируют в зависимости от доли сырья,вступившего в реакцию с двуокисью угле.рода,