Способ управления каталитическим реактором в процессе получения элементарной серы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 801433 РЕСПУБЛИН ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1364605, 25,04,86.Н. РхзЬег, Яц 1 Гцг саваоф в чегуьшртачез Бц 1 Гцг гесочегу. НуйгосагЪоп Ргосеввдщ, 1979, ч. 58, У 3,р, 125-129. 5) 4 С 01 В 7/04, О 05 Р 27/О(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИМ РЕАКТОРОМ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ (57) Изобретение относится к автоматизации технологического процесса производства элементарной серы в каталитическом реакторе,. может быть использовано в химической промъйпленности и позволяет повысить степень конверсиисеры путем исключения конденсации ее паров на катализаторе, Способ управления обеспечивает стабилизацию разности температур газа на выходе реактора и точки росы паров серы путем регулирования темпеФратуры газа на входе реактора, воз- Я действием на подачу топлива в подогреватель реактора. 1 ил.Изобретение относится к автоматизации технологического процесса производства элементарной серы в каталитическом реакторе и может быть использовано в химической промышленности: в производстве серы из концентрированных сероводородсодержащих газов каталитическим окислением в конверторах, например, по методу Клауса.Цель изобретения - повышение степени конверсии серы путем исключения конденсации ее паров на катализаторе. 5На чертеже представлена схемаустройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ управлениякаталитическим реактором.Устройство содержит подогреватель 2 О1 кислого газа с регулятором 2 расходов топливных компонентов. Подогреватель 1 установлен на входе газа в каталитический реактор 3 послеконденсатора предыдущей ступени 25технологического процесса полученияэлементарной серы по методу Клауса,Два термометра 4 и 5 установлены вгазовом потоке соответственно на входе и выходе реактора 3 и соединены ЗОс входами управляющего микропроцессора 6, выполненного, например, набазе однокристальной микроЭВМ типаКМ 1813 Е 1 серийного производства. Навыходе реактора 3 также установленизмеритель 7 точки росы паров серы,который представляет собой зеркалоточки росы, омываемое исследуемымгазом непосредственно в потоке илис помощью пробоотбора с подогревом 4 Ои снабженное фотоэлетрическим блоком фиксации момента появления росына зеркале в результате периодического охлаждения последнего с помощью регулятора 8, снабженного коммутатором для соединения термометра,вмонтированного в зеркало, с входом микропроцессора 6 в .момент появления росы,Способ осуществляют следующимобразом.Кислый газ поступает от предыдущей ступени в подогреватель . Температура газа Т измеряемая термометром 4 на входе в реактор 3, устанавливается в подогревателе 1 подбором расходов топливных компонентоврегулятором 2, В реакторе 3 осуществляют каталитическое окисление газа с образованием паров элементарной серы и дополнительным выделением тепла. На выходе реактора 3 измеряют температуры Т газа термометром 5 и точки росы Т изверителем 7. Для этого регулятором 8 включают охлаждение зеркала измерителя 7. Температура поверхности зеркала в момент появления на его поверхности росы, которая фиксируется фотоэлектрическим блоком, соответствует температуре Т точки росы паров серы, как фазы конденсирующейся при наиболее высокой температуре. Измеренные в стационарном режиме реактора 3, после его разогрева, температуры Т 1, Т и Т газа на входе и выходе, а также точки росы, поступают в микропроцессор 6, который после этого вырабатывает команду регулятору 2 на ступенчатое изменение расходов топливных компонентов в подогревателе 1. Сигналом для подачи команды служит поступление сигнала с коммутатора регулятора 8 от термометра с измерителя 7, а сигнал для включения коммутатора вырабатывает фотоэлектрический блок в момент появления росы после включения охлаждения зеркала регулятором 8.Подогреватель 1 устанавливает на входе в реактор 3 измененную тем- пературу Т = Т + 1 ОФ) (1)где Ф - абсолютная погрешность из-мерения температуры Т газаФна выходе реактора 3.Изменение температуры газа на входе в реактор 3 предпочтительно в сторону уменьшения, так как это ведет к дополнительному повышению степени конверсии серы в период переходного режима управления, однако уменьшение температуры возможно только в случае, еслиТ - ОФ - Т 1,) О, (2)иначе произойдет конденсация паров серы на катализаторе, что вызовет снижение степени конверсии. Если расчетное условие (2) не выполняется, то микропроцессор 6 подает команду на повышение температуры согласно (1)., Величина скачка температуры Т обусловлена необходимой точностью последующих измерений температур газа Т на выходе и инерцион 433891ности реактора 3, что обуславливает наименьшее значение скачка температуры 10 Ф, Повышение скачка является нежелательным, так как нарушается уСловие (2),хотя при этом и повысится точность последующих измерений.После изменения температуры на входе скачком реактор 3, аппроксимируемый в виде простого инерционного звена системы управления, начинает изменять температуру газа на выходе по экспоненте во времени, поэтому он может быть охарактеризован постоянной времени термической инерции, вычисляемой микропроцессором б по формуле.= ВС 1 п(т /т ) (3) где Т 1Т - два последовательно изме 22ренных термометром 5 значения температуры газа на выходе, разделенные также измеренным интервалом времени ДС в нестационарном температурном режиме реактора 3.По истечении времени, равного 3 ь, выходной сигнал инерционного звена составляет 953 от скачка входного сигнала, поэтому по истечении времени более 3 наступает новый стационарный режим реактора 3. Микропроцессором 6 подают команду регулятору 8 на ввод повторных стационарных значений температур Т я, Т, Т . Парные значения этих температур с учетом первоначальных стационарных измерений Т 1, Т, Т, находящихся в памяти микропроцессора б, используют для нахождения четырех постоянных А, В, Ы, 1 - линейной системы уравненийТа= А+с(Т1/Тр = В -Рт,4)Эти уравнения получены при аппроксимации результатов серии расчетов проведенных на ЭВИ с применением математической модели каталитического реактора для газов различного состава и различных температур на входеИз системы (4) микропроцессор б вычисляет значение температуры Т газа на входе Т,-ф Т, , соответствующее заданной разности температур8= Т - Тр 7 О (5)газа и точки росы на выходе реактора3 и подает команду регулятору 2 на5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дополнительное изменение расходовтопливных компонентов подогревателя1 и стабилизацию температуры газана входе на уровне Т соответствующей допускаемому минимуму разноститемператур (5). Эта разность температур должна превосходить возможные случайные флуктуации температуры газа на выходе и во всех случаях.исключает конденсацию паров серы накатализаторе реактора 3. При уменьшении разности (5) возникает опасность конденсации с понижением степени конверсии за счет снижения эффективности катализатора, частичнопокрытого жидкой серой, а при повышении разности (5) также снижаетсястепень конверсии, которая тем выше, чем ниже температура газа на выходе реактора,Таким образом, выводят реакторна температурный режим, соответствующий наибольшей возможной степени конверсии путем стабилизациитемпературы газа на входе на уровне, исключающем конденсацию паровсеры на катализаторе,В процессе эксплуатации реактора возможно падение активностикатализатора, например, вследствиезауглероживания при проскоке углеводородов в кислый газ,также можетизмениться состав исходного газа,поступающего в реактор, - все этоприводит к изменениям температурточки росы и газа на выходе с нарушением услоУия (5). В этом случаемикропроцессор б повторяет процедуру минимизации (5) по всем операциям, вплоть до стабилизации температуры газа на входе на новомуровне.Как следует из (1) и (2) однои то же приращение температуры 10 Фприписывается как температуре Ттак и Т 1. Это возможно благодарятому, что по расчету в уравнении(4) коэффициент Ы 1, поэтому длягарантии выполнения условия (2) принято е( = 1,П р и м е р 1 . Газ состава 1 ОЕНЯ, 57. БО, 203 Н О и остальное Бхарактерного для первой каталитической ступени процесса получения серыпо методу Клауса, поступает на входреактора 3 при температуре 543 К,которую обеспечивает подогреватель1 после конденсатора термическойТаким образом, управление реакто- ром согласнопредлагаемому способу позволяет повысить степень конверсии на 21,07П р и м е р 2, Газ состава 6 7 НБ, 37 80, 203 НО и остальное Б характерного для второй каталитиче- ской ступени процесса. Клауса, поступает на вход реактора при температуре 543 К. Температура газа на выходе - 590 К 1 температура точки росы К (Т 2- Тр = 87 К) 8:), степень конверсии 71,47. При стабилизации температуры газа на входе при значении 421 К, температура газа на выходе - 531 К, а точки росы - 521 (Т- Т р = - 1 О К = ), и степень конверсии составит 84,47. Таким образом достигнуто повышение степени конверсии на 13%.Заданная разность температур указанная в (5) обычно составляет 1035 40 45 50 55 ступени процесса. Температура газа на выходе, согласно расчету математической модели, выполненного ЭВМ составит 630 К, а температура точки росы - 523 К (Т-Тр = 107 КО). Ус 5 ловия, далекие от оптимального соотношения (5), но близкие к реализуемым в процессе эксплуатации каталитических реакторов. По расчету общая степень извлечения серы по каталитическому реактору равна 65,67, Пусть абсолютная погрешность измерения температуры термометром 5 равна 5 К, тогда можно установить температуру газа на входе 543-50 = 493 К, так как 630-50-523) О, и определить постоянную времени термической инерции (3), которая обычно составляет десятки минут, и по истечении интервала времени, более трех постоянных времени, т,е, нескольких (2-3) часов, измерить Снова стационарные значения всех температур. Найти постоянные системы уравнений (4) и новый уровень стаби лизации температуры газа на входе, . составляющей 443 К. При этом температура газа на выходе снижается до 549 К, а .точки росы повышаются до 53 К (Т Тр = 12 К =8 ) что соот" 30 ветствует оптимальному значению заданной разности (5), поэтому общая степень конверсии серы по реактору повышается до 86,6 Е. 15 К, что исключает конденсацию паров серы на катализаторе.Использование данного способа управления позволяет повысить степень конверсии серы на 15-207.Формула изобретенияСпособ управления каталитическим реактором в процессе получения элементарной серы, включающий регулирование подачи топлива в подогреватель Греактора, измерение температуры газа на входе и выходе реактора, и температуры точки росы паров серы на выходе реактора и вычисление разности температур газа на выходе реактора и точки росы паров серы, о т л и ч а ю щ ийс я тем, что, с целью повышения степени конверсии серы путем исключения конденсации ее паров на катализаторе, сравнивают вычисленное значение разности температур с заданным значением этой разности, при вычисленном значении разности температур, большем заданного значения, ступенчато уменьшают подачу топлива в подогреватель на заданную величину, а при вычисленном значении разности температур, меньшем заданного значения, ступенчато увеличивают подачу топлива в подогреватель на заданную величину, измеряют температуру газа на выходе реактора с заданным интервалом времени, по значениям которых определяют постоянную времени реактора, через интервал времени боль 1ше утроенного значения постоянной времени реактора измеряют температуры точки росы и газа на выходе реактора, по измеренным значениям температуры точки росы и газа на входе и выходе реактора определяют зависимость температуры газа на выходе реактора и температуры точки росы от температуры газа на входе реактора, вычисляют по этим зависимостям требуемое значение температуры газа на входе реактора, при котором разность температур газа на выходе реактора и точки росы равна заданному значению, и стабилизируют вычисленное значение температуры газа на входе реактора изменением подачи топлива в подогреватель.1433891 Корректор Э, Лончакова Подписное Тираж 446 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5