Способ автоматического управления процессом пиролиза в трубчатой печи

Союз Советскнк Соцналнстнческнк Республнк(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 21 Л 2.79 (21) 2857441/23-26 (51)М. КЛ.3 С 10 С 9/206 05 О 27/00 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения П.В. Костогрыз и А.Н. Сердюк Институт газа АН Украинской ССР(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПИРОЛИЗА В ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ 25 Изобретение относится к управлению технологическими процессами ипредназначено для автоматическогоуправления процессом пиролиза углеводородов.Известен способ автоматическогоуправления процессом пиролиза путемрегулирования температурного профилязмеевика изменением расхода топливного газа 1.Известен также способ автоматического управления процессом пиролиэав трубчатой печи путем стабилизациирасходов сырья и пара и оптимальногопоиска температуры на выходе печиизменением расхода топливного газав зависимости от соотношения противоположно изменяющихся в зоне управления значений концентраций продуктовв пирогазе 2.Недостатком известных способовявляется то, что они не обеспечивают высокого ныхода целевых продуктов при переменных характеристиках пиролизных установок,Цель изобретения - повышение выхода целевых продуктов,Поставленная цель достигаетсятем, что оптимальный поиск температуры пирогаза осушестнляют в зависимости от соотношения концентрацииэтилена и суммы концентраций пропилена и пропана в пирогазе.На фиг. 1 приведена зависимость 5 соответственно про,го (ПКС) исложного (СКС) критерия соотношенияот температуры пиролиза (Тнр) приразличных составах сырья (бс) ипостоянной нагрузке по сырью (Сс)на фиг2 - функциональная схемасистемы локального автоматическогоуправления печью пиролиза. При управлении по изнестному способу поддержинают на заданном опти"мальном уровне соотношение концентраций этилена и пропилена в пирогазе,которое можно назвать простым критерием соотношения (ПКС)20 ПКСС 2 где С - концентрация этилена в пирогазе, об.Ъ:С г - концентрация пропилена зпирогаэе, обКолебания расхода сырья и пара,температуры пирогаза, изменение характеристик пиролизного агрегата к другие возмущения вызывают противо положно напранленное изменение кок,8 де С лена в центраций этилена и пропилена в пирогазе, что приводит к отклонению текущей величины ПКС от его оптимального заданного значения. При этом в системе управления вырабатывается сиг.нал на изменение расхода топливного газа и температура пирогаза на выходе из трубной печи пиролиза изме - няется до тех пор, пока текущее значение ПКС не становится равным заданному. При равенстве текущего значения ПКС заданному процесс пиролиза углеводородов происходит в оптимальных условиях,Однако в промышленных условиях пиролизу часто подвергается сырье Из табл. 1 видно, что при температуре пиролиза 82 СР С, нагрузках 6 ЗО и 7 т/ч, с уменьшением удельноговеса сырья концентрация этилена в пирогазе уменьшается. При нагрузке 8 т/ч концентрация этилена сначала увеличивается, а затем падает. Причем с увеличением нагрузки интервал изменения концентрации этилена при изменении состава сырья во всем диапазоне уменьшается.Такой характер изменения концентраций этилена и пропилена в пирогазе ф приводит к тому, что кривые зависимости ПКС от температуры Т и качества сырья 0 с с увеличенйем нагрузки Со начинают пересекаться (фиг. 1), В этом случае поддержание постоянст ва соотношения концентраций этилена и пропилена не позволяет вести процесс в оптимальном режиме. Так, например, при нагрузке 8 т/ч и температурах пиролиза 815-830 С система 0 автоматического управления по ПКС при увеличении доли пропана в сырье (уменьшении удельного веса сырья) приводит к уменьшению температуры пиролиза, а не к увеличению, как того требует оптимальный режим пиролиза более легких углеводородовПри управлении процессом .пиролиза по предлагаемому способу поддерживается на заданном оптимальном уровне величина сложного критерия соотноше- ф ния (СКС) переменного состава, Так, например,содержание пропана в пиролизируемсйпропан-бутановой смеси изменяетсяот 8,5 до 80 Ъ, бутана от 9 до 89 Ъ,что соответствует изменению удельного веса сырья от 1,88 до 2,6 кг/мХарактер изменения концентрацийэтилена и пропилена (целевых продук -тов) в пирогазе при пиролизе сырьяпеременного состава для различныхнагрузок по сырью различный.В табл, 1 приведены концентрацииэтилена С и пропилена С в пирогазедля различных нагрузок Сс и составовсырьяс при температуре пиролизаТ пир = 8.20 С = Сопят,г концентрация этилена в пирогазе, об,Ъ;С 2 - концентрация пропипирогазе, об,Ъ;С - концентрация пропана в пиЭРогазе, об;Ъ;К - коэффициент пропорциональности,Показатели, из которых формируется СКС, интегрально и наиболее полнохарактеризуют условия протекания процесса пиролиза. Любые изменения параметров на входе или изменения внутренних характеристик процесса вызывают изменение целевых противоположно изменяющихся в зоне управленияпоказателей процесса - концентрацийэтилена и нропилена в пирогазе. Изменение третьего показателя СКС,т,еконцентрации пропана в пирогазепри пиролизе сырья постоянного состава аналогично изменению концентрациипропилена в пирогазе. При измененииже состава сырья тенденции измененияконцентраций пропана и пропилена впирогазе противоположны. Так, приувеличении доли пропана в исходномсырье концентрация пропана в пирогазеувеличивается, а концентрация пропилена уменьшается. Таким образом,появление противоположных тенденцийв характере изменения концентрацийпропана и пропилена в пирогазе свидетельствует об изменении составапиролизируемого сырья. На фиг, 1 приведены графики зависимости СКС (К = 1) от температуры Тр и качества сырья 3 с для различных нагрузе . Г . Из графика видно,чтвведение значения концентрациипропана в критерий соотношения приводит к спрямлению кривых зависимостиСКС от основного управляющего параметра (температуры) и ликвидации ихпересечения, а следовательно,приэтом устраняются недостатки известной системы управления процессомпиролиза по ПКС.Увеличение (уменьшение) доли пропана в исходном сырье приводит кувеличению (уменьшению) концентрациипропана в пирогазе, что уменьшает(увеличивает) текущее значение СКСи приводит к увеличению (уменьшению)температуры пиролиза. Таким образом,поддержание постоянного значения СКСобеспечивает выбор оптимальной температуры пиролиза для каждого данного расхода и состава сырьяНапример,при увеличении доли пропана в сырьетемпература увеличивается до величины, при которой выход этилена изсырья данного качества находится.вблизи экстремума. Причем степеньприближения к последнему на каждомиз режимов пиролиза при полном диапазоне изменения расхода и составасырья зависит от задания величиныСКС и ширины зоныпоиска оптимальнойтемпературы пиролиза,Ширина зоны поиска оптимальнойтемпературы пиролиза для данногодиапазона изменения состава сырьяустанавливается с помощью коэффициента пропорциональности К. Увеличениеего позволяет расширить зону поискаоптимальной температуры для данногорасхода сырья и всего диапазона изменения его. По экспериментальнымданным и полученной на их основе математической модели .процесса пиролизапропан-бутанового сырья исследованазависимость ширины зоны поискатемпературы от величины коэффициентапропорциональности К в условиях изменения состава сырья от пропана добутана. На основе анализа полученныхзависимостей выбраны пределы изменения коэффициента пропорциональностиК от 0,5 до З,которые позволяют изменять ширину зоны поиска температурыот 0 до 40 С.При К 0,5 ширина зоныпоиска температуры на минимальнойнагрузке (б т/ч) составляет 18- 20 ОС,а при максимальной (8 т/ч) снижаетсяпрактически до О, т,е, при изменениисостава сырья во всем диапазоне примаксимальной нагрузке печи пиролиэатемпература пиролиза остается безизменения. При увеличении К ширинаэоны поиска оптимальной температурыувеличивается для данного диапазонаизменения состава сырья с существенным преобладанием скорости ростана больших нагрузках и при К 3 длявсего диапазона изменения нагрузкипечи превышает 40 С, т.е, перекры- о вает необходимый диапазон для раз в.дельного пиролиза пропана и бутана.Изменение величины СКС позволяетсместить зону поиска температурыв сторону пропиленового или этиленового режимов, т.е. ближе или дальшеот экстремума выхода этилена. В промышленных условиях пиролиза шириназоны поиска оптимальной температурыпрактически зависит от диапазонаизменения состава сырья и верхнеготемпературного ограничения определяемого конструктивными характеристиками печи пиролиза, Температурныеограничения при пиролизе сырья спредельной долей в нем пропана надействующих печах не позволяют цостигнуть максимально возможного выходаэтилена из. сырья и добиться полнойэффективности использования сырьяВ целом выбор оптимального значения20 СКС зависит от потребности производства в этилене, пропилене и другихпродуктах пиролиза, условия оптимальной работы последующих стадий многоступенчатого производства этилена,25 стоимости сырьяр товарных продуктови других показателей,По математической модели процессапиролиза пропан-бутановой смеси переменного состава, полученной наоснове экспериментальных данных,"исследована зависимость выхода целевых продуктов (этилена, пропиленаиих суммы) от величины СКС. Ниже приведены суммарные выходы целевых про 35 дуктов (9 эт + 9 Р ) для различ ных ве -личин СКС (коэффйциент пропорциональ.ности К = 1) при условии,что пиролизуют сырье, удельный вес которогоравномерно меняется от 1,88 до2,6 кг/м и на нагрузках 6,7; 7,5;40 8 т/ч печь работает одинаковое время.Величина СКС 9 эт + Япр, вес,Ъ2,0 48, 72,1 48;92,2 49,445 2,25 49,92,3 49, 72,4 49,52,5 49,4Как видно из приведенных данных,оптимальное значение С.(С (при К = 1)равно. 2,25. При этом достигаетсямаксимальный суммарный выход целевых продуктов.Стабилизация расхода .сырья и пара (фиг, 2) осуществляется с помощьюконтура 1 регулирования расхода.сырья и контура 2 регулированиярасхода пара,Регулирование температурного режима процесса пиролиза осуществляет 0 ся контуром регулирования температуры. Температура пирогаза на выходеиэ лечи пиролиза измеряется термопарой. 3. Величина термо-ЭДС термо"пары с помощью преобразователей 465 преобразуется в стандартный пневма 859423тический сигнал 0,2-1,0 кгс/смд и поступает на регулятор 5 температуры, где сравнивается с заданным от оптимизатора 6 значением температуры. Выходной сигнал регулятора 5 температуры поступает на исполнительный механизм 7, который изменяет подачу топливного газа на горелки.Пирогаз после закалочно-испарительного аппарата (ЗИА) проходит через пробоотборное устройство 8, где происходит его закалка (охлаждение) и очистка от жидких продуктов. После удаления влаги и осушки пирогаз направляется. в хооматогоаф 9, который периодически (через 10- 15 мин) выдает пневматические сигна лы, пропорциональные объемной концентрации компонентов в пирогазе. Пневматические сигналы, пропорциональные концентрации этилена пропилена и пропана в пирогазе, запоми наются в пневматической приставке хроматографа 10. Сигнал концентрации пропана поступает на реле 11 соотношения, где он умножается на коэффициент К и вместе с сигналом концентрации пропилена поступает на вход прибора 12 алгебраического суммирования, на выходе которого формируется пневматический сигнал РР =С+ Кгде С - пневматический сигнал конЯ.центрации пропилена в пирогазе;С - пневматический сигнал конЪцентрации пропана в пирогазе;35К - коэффициент пропорциональности (К = 0,5-3,0).Пневматический сигнал Р и пневматический сигнал концентрации этилена в пирогазе Р поступает на вход 40оптимизатора 6, где определяетсязначение текущей величины сложногокритерия соотношения (СКС ) и проистходит сравнение ее с заданным значением СКС. Выход Рт, оптимизатора служит заданием для регулятора температуры пирогаза,Если режим пиролиза соответствуетзаданному (оптимальному), то текущеезначение СКС равно его заданномузначению СКС и температура пирогазана выходе из печи поддерживаетсяпостоянной. Отклонение режима пиролиза от оптимальных условий вызываетизменение состава пирогаза и соответственно изменяется величина СКС.В этом случае выход Р ойтимизатора 6изменяется, что приводит к изменениютемпературного режима, а следовательно, и к изменению текущего значения СКС . Увеличение или уменьше -ние температуры пиролиза происходитдо тех пор, пока текущее значениеСКСт не становится равным заданному(оптимальному) значению СКС 3,Использование предлагаемого способа управления позволяет увеличитьвыход целевых продуктов для однойпечи производительностью 7 т/чна 0,04 7 т/ч или 330 т/год.Формула изобретенияСпособ автоматического управления процессом пиролиза в трубчатойпечи путем стабилизации расходовсырья и пара и оптимального поискатемпературы пирогаэа на выходе печиизменением расхода топливного газав зависимости от,концентраций продуктов в пирогаэе, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения выхода целевых продуктов, оптимальный поиск температуры пирогазаосуществляют в зависимости от соотношения концентрации этилена и суммыконцентраций пропилена и пропана впирогазе.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 338245 кл. С 10 С 9/20, 19 70,2. Авторское свидетельство СССР9 474256, кл, С 10 6 9/20, 19 70./1 иросоз Рва 1ВНИИПИ Эакаэ 7469/Тираж 548 Лоднисное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна