Способ управления процессом конверсии окиси углерода

)я СО ов им. ПатГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Университет Дружбы народриса Лумумбы(72) В,И,Шимулис, А.В.Вернов, А,1 О,Сальников и Т,П,Калинина56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБУПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОКОНВЕРСИИ ОКИСИ УГЛЕРОДА57) Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов проИзобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства аммиака и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности,Целью изобретения является поддержание минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода.На чертеже приведена блок-схема реализации данного способа управления,Блок-схема содержит котел-утилизатор 1, снабженный байпасом 2, расходомер 3, определяющий общий поток технологического газа (Ч 2), термопару 4, измеряющую температуру на входе в конвертор Т), газо- анализатор 5, определяющий состав технологического газа ХР) по следующим компонентам в долях единицы):Х 1 - доля Н 20Х 2 доля СО 2Хз - доля СО изводства аммиака и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности. Целью изобретения является поддержание минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора, окиси углерода, Способ предусматривает регулирование глубины конверсии путем определения оптимальной температуры на входе в конвертор окиси углерода в зависимости от нагрузки и состава реакционной смеси с использованием величин равновесной и текущей концентраций окиси углерода на выходе из конвертора. 1 ил,Х 4 даля Н 2 Х 5 ) доля СН 4 Хб - доля М Зная величины Х и Чу, можно найти поток а каждого из компонентов на входе в конвертор:ЧР) = Ч ХР, С 1) Далее на схеме конвертор 6 окиси углерода 6, газоанализатор 7, измеряющий количество окиси углерода на выходе из конвертора, О регулятор температуры 8, блоки 9 и 10 опре- СО деления соответственно равновесной и прогнозируемой концентраций окиси углерода, блок 11 сравнения, блок 12 определенияотклонения текущей концентрации СО от ее равновесного значения, блок 13 определения коэффициентов модели и блок 14 расчета оптимальной температуры.Способ управления отделением конверсии окиси углерода основан на том, что величину ф, являющуюся отклонением доли СО на выходе из конвертора от ее термоди. Тг,рпТ 2,4 нтов паро - универз конвертора опредеошений (5) равновесокиси углерода на Хсо(равн ) соответствунию конвертора (блок,К 1, й, динами о(равн,) и Т 1ожно най- ыражениельзуя соотЯолю оки тора: концентраз конвертоемпературы руют (с потрацию окитора окиси ВТ 1, (6) следующим обр 5 си углероуглерода ие разнозначении а выходе расхода, темпераой смеси на входе енным значениям составу реакционнамически возможного значения в кинетической области, т,е. когда это отклонение значимо больше нуля, можно представить в виде линейной функции от температуры Т 1, на вход в конвертор окиси углерода Т 1. То естьдХсо - Хсо(равн) = А + ВТ 1 (2) где А и В - коэффициенты, значения которых определяются текущим состоянием конвертора (т,е.активностью катализатора, нагрузкой, составам койвертируемой реакционной смеси, давлением и т,д.).Основной причиной, вызывающей систематическое изменение состояния конвертора окиси углерода, является дезактивация катализатора. По мере дезактивации оптимальная температура на входе в конвертор окиси углерода увеличивается, и текущая температура на входе в конвертор отвечает кинетической области протекания( )оеакции конверсии окиси углерода, где Хсо больше2 Хсо(равн.), В предлагаемом способе коэффициента А и В соотношения 92) корректиру . Ь Н 1) (Хсо " - ХсофеЯ) где Ср - теплоемкости компонегазовой реакционной смеси, Всальная газовая постоянная, Н(ОК 4, К 5, Кв Кт - известные термоские константы (3).Определяя величины Хсо( ), Х(2). Зная параметры А и 8 и испоношение (2), можно предсказатьси углерода на выходе из конверХсо ) = Хсо(равн.) + А+(2) Способ реализуется ом, Измеряют значениетуры и состав реакционн конвертор. По измервсхода, температуры и ются в процессе управления с учетом этогообстоятельства.Минимально возможная при заданныхзначениях нагрузки и состава реакционной 5 смеси концентрация окиси углерода на выходе иэ концентратора будет достигнутатогда, когда величина Хсо станет равной(Хсо(равн.). То есть условие оптимальности работы конвертора можно записать так: 10 Хсо - Хсо(равн.) О(2илиД)= О, (3)Сопоставляя выражения (2) и (3), получаем, что температура Т 1, соответствующая 15 оптимальному проведению конверсии, можетыть найдена из соотношенияТ = - АИ. (4)Для того, чтобы найти величины А и Внеобходимо определить величину Хсо(равн.), 20 что можно сделать на основе термодинами- .ческих данных, а также показаний датчиков3, 4, 5 путем решения следующей системыуравнений: ной смеси на выходе иляют(с помощью соотнную концентрациювыходе из конвертора45, ющую данному состоя. 9),По величине равновесной ции окиси углерода на выходе и ра и измеренному значению т на входе в конвертор прогнози мощью соотношения (6) концен си углерода на выходе конвер углерода Хсо( ) (блок 10),Измеряют концентрацию ок да на выходе из конвертора оки и определяют абсолютное знач сти прогнозного и измеренног концентрации окиси углерода конвертора.Проверяют соответствие величин А и В, входящих в соотношение (2), текущему состоянию конвертора окиси углерода, для чего сравнивают абсолютное значение разности прогнозного и измеренного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора с заданным значением (блок 1 1),р)Если величины прогнозной Хсо и измеренной Хсо(2) концентраций окиси углерода на выходе иэ конвертора различаются мало, то величины А и В не требуют корректировки и оптимальная температура Т 1 уже реализована на входе в конвертор окиси углерода. В этом случае сохраняют текущее значение этой температуры Т 1 = А/В (блок 140.Если веи)чины прогнозной Хсо и измеР) ренной Хсо ) концентраций различаются значимо, то модель процесса конверсии окиси углерода 92) требует адаптации, которая заключается в определении новых значений величин А и В. Для этого определяют разность измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора (блок 12).По величине разности измеренного и равновесного значений концентрации на выходе конвертора окиси углерода и измеренному значению температуры реакционной смеси на входе в конвертор корректируют величины А и В, характеризующие отклонение ст равновесия процессов конверсии окиси углерода, Скорректированные значения величин А и В находят с помощью метода наименьших квадратов на основе накопленной в процессе работы способа последней информации о парах величин разности измеренного и равновесного значений концентрации на выходе конвертора окиси углерода Я и температуры на входы в конвертор Т 1 (блок 13). Корректируют оптимальное значение температуры на входе в конвертор окиси углерода с помощью соотношения (4 иблок 14),Оптимальное значение температуры на входе в конвертор окиси углерода сравнивают с измеренной температурой на входе в конвертор окиси углерода, Если измеренная температура отличается от оптимальной, то с помощью регулятора 8 подают управляющее воздействие на байпас 2 котла-утилиэатора 1. Изменяют степень открытия байпаса котла-утилизатора так, чтобы температура на входе в конвертор окиси углерода приняла оптимальное значение. Контроль осуществляется с помощью датчика 4. П р и м е р. Предлагаемый способ управления технологическим процессом конверсии окиси углерода был использован дляопределения оптимального значения тем 5 пературы на входе в среднетемпературныйконверторокиси углерода агрегата синтезааммиака "производительностью 1360 т/сут,В процессе работы среднетемпературногоконвертора окиси углерода были определе 10 ны значения величин А и В для этого конвертора:А = 0,3062В =-0,3 10В соответствии с соотношением (4). опти 15 мальная температура на входе в конвертор. окиси углерода оказалась равной 329 С иэто значение поддерживалось с помощьюрегулятора 8 путем поддержания определенного расхода реакционной смеси по бай 20 пасу 2 котла-утилиэатора.В процессе работы конвертора окисиуглерода изменились условия его работы,Для определения новой оптимальной температуры на вход в конвертор измерили:25 расход реакционной смеси Ч - 332тыс нм /ч,температуру на входе в конвертор Т 1- =329 С,состав реакционной смеси на входе в30 конвертор:доля Н 20 ХР = 0,42доля СО 2 ХР = 5,3 10доля СО Хд ) = 0,094доля Н 2 Х 4 ) 0,3535 доля СН 4 Хб=2,7 10доля Й 2 Х 6( ) - 0,12концентрацию окиси углерода на выходе изконвертора окиси углерода, которая оказаласьравньй 5,8 ,т,е. ХсГ" 0,058.40 По измеренным значениям расхода,температуры и составу реакционной смесина входе в конвертор окиси углерода рассчитали равновесную концентрацию окиСиуглерода иа выходе иэ конвертора:45 Хсо(раен,) = 0,0218.ПО ЗНаЧЕНИЯМ Хсо(раан.) И Т 1 ОПРЕДЕЛИЛИпрогнозное значение концентрации окиси. углерода на выходе конвертора окиси углерода:50 ХсоР) = 0,0218+ 0,3062 - 9,310329- 0,0220По измеренному значению концентрации окиси углерода на выходе конвертора ипрогнозному значению окиси углерода оп 55 ределяли абсолютное значение разности1 Ясо( ) - ХсоР) 1 -0,022 -. 0,058 = 0,036,было принято, что величина е равна 0,005,Сопоставление абсолютного значения разности прогнозного и измеренного значенийконцентрации окиси углерода с заданным значением показывает, что величины лсо ир) Хсоразливаются значимо, т.к.(г)0,0360,005,В связи с этим определяли разность измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на.выходе конвертора9 = Хсо - Хсо(равн,) 0,058 - 0,0218 = -0,0362По величине разности измеренного и равновесного значений концентраций на выходе из конвертора 0,0362 и измеренной температуры реакционной смеси на входе в конвертор 329 С, а также пяти пар других значений этих величин, полученных в предыдущих измерениях скорректировали величины А и В с помощью метода наименьших квадратов, Скорректированные значения оказались равными:А = 0,366В =-9,1 10По скорректированным значениям А и В нашли оптимальное значение. температуры на входе в конвертор окиси углеродаТ 1=- - ==369 СА 0,336 о91 10 4 Вновь найденная оптимальная температура на входе в конвертор окиси углерода отличается от текущей, поэтому регулятор 8 изменяет расход реакционной смеси к байпасу 2 котла-утилизатора, так чтобы температуры на входе в конвертор стала равной 369 ОС. После установления нового стационарного состояния оказалось, что концентрация окиси углерода на выходе конвертора стала равна 2,79 фД, что.существенно ниже первоначально наблюдаемой концентрации 580Использование данного способа управления позволяет при изменении возмущающих воздействий поддерживать максимальную степень превращения окиси40 значению разности измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода и измеренному значению температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода,1025 3035 углерода и тем самым увеличить производительность процесса,Формула изобретения Способ управления процессом конверсии окиси углерода, включающий определение оптимальной температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода в зависимости от расхода и состава реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода и концентрации окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, регулирование оптимальной температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью поддержания минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, по измеренным значениям расхода, температуры и состава реакционной смеси на входев конвертор окиси углерода определяют равновесную концентрацию окиси углерода на выходе из конвертора окиси углерода, по ее величине и измеренному значению температуры на входе в конвертор окиси углерода прогнозируют концентрацию окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, вычисляют разность прогнозного и измеренного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, сравнивают вычисленное значение этой разности с заданным значением и при превышении абсолютного значения этой разности заданного значения, вычисляют разность измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода и определяют оптимальное значение температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода по вычисленному1785998 Составитель Г,ОгаджановРедактор А,Никольская Техред М.Моргентал Корректор С,Юс Гагарина, 10 льский комбинат "Патент", г, Ужго Производственно аказ 224 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-ЗБРаушская наб 4/5