Способ автоматического управления пуском процесса жидкофазного окисления углеводородов

(50 4 С 07 В 33/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТ ВТОР(56) АвторскоУ 521003, кл.Авторское9 1368026, кл Бюл. У 25нефтяной инсов, В.С,Бала ту ев 2(088.8)е свидетельствВ 0119/00,свидетельствоВ 01 7 19/00 СССР1974.ССР 6.86. УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ПРОЦЕССА ЖИДКОФАЗНОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ(57) Изобретение относится к области автоматизации пусковых процессов ре - актора барботажного типа с жидкофаэным слоем углеводородов и может быть использовано в химической и нефтехимической отраслях промышленности. Целью изобретения является интенсифи кация и повышение безопасности процесса пуска. Схема управления включа -ет реактор 1, теплообменник (Т) 2,датчики (Д) 3 температуры, газораспределительные устройства 4, подогреватели 5 и 6,вычислительный блок (ВБ)7, регулятор (Р) 8.средней температуры, функциональный блок (ФБ) 9, блоки(Б) 10 и 11 сравнения, регулирующиеорганы (РО) 12, 13 и 14 подачи парав Т, ВБ 15, Р 16 скорости разогреваверхней части реактора, РО 17 подачитеплоносителя, ВБ 18, Р 19 скоростиразогрева нижней части реактора, РО20 подачи теплоносителя, Д 21 измерения коэффициента рефракции, Б 22сравнения, ФБ 23, Д 24 измерения концентрации кислорода в абгаэах, Б 25сравнения, Р 26 и 27 подачи воздуха вреактор и отбора иэ него реакционноймассы окисления (РМО), РО 28 и 29 подачи воздуха в реактор и отбора иэнего РМО и генератор 30 периодическихколебаний. 2 ил,1 зобретезие сзтззс зпс я к дззтоматиэаццц процессв хц. зц ц ской те хззоззо -рд бдрбогзш, д цмец цо пус кд рс дкто тджцого типд с жпдкофд.зным слоем уг 5опасного ле водородов потеззцисзльцо сзбъектд управления, и може использовано ц химическсзй хцмич ее ксй промышлеццост ти.Целью изобре геция язззяе сификдцзи и повышецие безо т бытьи цефтетсяпасности меццики эон реактора, на лицзих подачи инертного газа и воздуха в отдельные зоны реактора, вычислительный блок 15 и регулятор 16 скорости разогрева верхней части реактора, регулирующий оргац 17 подачи теплоносителя в подогреватели углеводород 35 ного сырья и воздуха, вычислительный блок 18 и регулятор 19 скорости разогрева нижней части реактора, регулирующий орган 20 подачи теплоноси 40 теля в подогреватели углеводородного сырья и водухд, датчик 21 измерения коэффициента реФракции реакционной массы окисления (РМО), блок 22 сравнения, функциональный блок 23,45 датчик 24 измерения концентрациикислорода в дбгазах, блок 25 сравнения, регуляторы 26 и 27 подачивоздуха в реактор и отбора иэ него РМО, регулирующие органы 28 и 29 подачи воздуха в реактор и отбора РМО из реактора и генератор 30 периодических колебаний.Аззализ пускового процесса с целью определения температурного состояния РМО в реакторе производится нд ос нове вьзчисления средней температуры и скорости иэменензи максимальной и минимальной темпердтур в каждой/ процессд пуска.На фиг, приведена схема реалиэацизз ддццого способа; на фиг.2 диаграмма измерения параметров процесса.Схема содержит реактор 1 барботажцого тцпд (Фиг.1), теплообменцики 2 в зонах редктора (для упрощения показан теплообмеццик лишь одной зоны), 70 мцогоэоццые датчики 3 температуры, газораспределительные устройства ввода зз редктор ззоэдуха и инертного гдэа, подогреватели 5 и 6 углеводородного сырья и воздуха, вычислитель ный блок 7 и регулятор 8 средней температуры, функциональный блок 9,блоки 1 О и 11 сравнения, регулирующие оргдцы 12-14 подачи лара в теплооб ного пере гре ва или переохлаждения слоя. Реализация этой части способа выполцяется с помощью однотипных контуров управления (на фиг, показан контур для одной из эон реактора).Греющий пдр подают в теплообмецник 2 1-й зоны реактора (11, 2Б - количество эон в реакторе), Латчики 3 измеряют температуру по сечению зоны реактора.Сигндлы Т от 1-го термодатчика 3 подают ца вход вычислительного блока 7, в котором определяют среднюю температуру в 1-и зоне реактора; 1- , Т,пз . 11 1 где н - количество измерений, осуществляемых в зоне реактора многоэонным термодатчиком.Величина Т определяет состояние процесса разогрева зоны в данньсй момент времени. Прогнозирование процесса разогрева з.-й эоны реактора и определение степени тепловой неоднородности, возникающей в ней, осуществляют по скорости изменения максимальной Ти минимальной Тсз сз х фз температуры в 1-й зоне реактора. Эти параметры вычисляют также в блоке 7, например, по формуле конечных разностей: шах Тз е в Т а к Так ( с к) Тал (с к- ) Т пак пз 1 п Т3 А 1 пз(ьк) - Т з и (ь к- ) л л кк ькгде Т ак( ск)зце рс дктора. Упрдвлсзцие производится тдкззм образом, чтобы обеспечить ццтс цсцвцое протекание пускового про" цессд зд счет своевременного воздействия цд обнаруженные очаги локальгде Л, Л- состояние пусковоготпроцесса с локальнымиочагами перегрева, переохлаждения в 1.-и зо не ре дкторл:,Л А- нормальное состояниепроцесса;Г,(Т),Г (Т) - разделительные функции.у 3 Сигцл 1 ы 1, и Ч с ьч)хо;сл блоков10 и 11 цлпрлвляют цл вход фуцкциоцсЯ 1,Ого блока 9. В блоке 9 в зависимости от зцд Оц)и сигналов 1, и с 1формируют выходной сигнал Р, кото рым с помопью регулирующего органа1 1 зецяют по 11 лчу цлрл в тсплообмсцЦИК 1.-й ЗОЦЫ: где 7(с,) и Е(с ) Е, если О, если 1, = 1; Таким образом, если в 1.-й зоне отсутствуют очаги перегрева или переохлаждения (1, = 0 и И = 0),то расход пара определяется значением сигнала 7. (Р = Е), сформированным в регуляторе 8. При наличии в ).-й зоне очага перегрева углеводородного слоя (1, = 1) подачу пара в теплообмеццик прекращают (Р = О). Если возникает в 1.-и зоне очаг переохлаждения (И = 1) и при этом в зоне нет счага псрегрева, подачу пара в теплообменник увеличивают до максимально возможной (Р =- 1). Одновременно с выхода блока 9 сигнал Р подают на вход генератора 30 периодических колебаний.На выходе 50генератора при значении Р = 0 формируют периодический сигнал 5, который осуществляет с помощью регулирующего органа 13 подачу пульсирующим потоком холодного инертного газа в -ю зону 55через газораспределительное устройство 4, а при значении Р = 1 на выходе генератора формируют сигнал К который осуществляет с помощью регуА, есчи Г(Т) = Тос Т)а) ф ф 1, если Х = А О, ес пи Х = Л,; а блока 11: мин имл 5 Пц л 5 темцердту.рл в 1.-1зоне реактора вмомецты времении с, , 11.ок- 1 2,Сигнал Т с выхода блока 7 посрдают на вхс:д регулятора 8, цд второивход которого подлст злддцие Т,В регуляторе 8 формируют сигцлл, сПОМОЩЬЮ КотОРОГС 2 ИЗМЕЦЯЮТ ПОДЛУ 1 йэоны ио формуле к)(- ) ( с (к) сиг 5 л 1 О гуЯт ВЛ 1 МЕт КРЕ/мои с. -ц)з й пзрлмстр15 е 55551 тс 51; (стаилацЯз "тся оп.тц 1,)м пу с щ)Си цлл Х с.ыхода рс гуляторл 8 цдпрлв.Яют цл ихо 1 51)усциоцлл 1 ного бокл 9, С Яг,одл бпокл 7 сигнал Т поджат цл вход бпокл 10 срлв -гас хнеция, а Т;и - цл ход блока 11 сравнения, На вторьо входи блоков 10 и 11 подают задания во скорости изменения максимальной Ти минитиара,З нимальцой Т,;, темперлтуры в -й зоне. В блоках 1 О и 11 производят прогнозирование процесса разогрева -й зоны и определегце степени температурных неоднородностей. В результате определяют состояние пускового процесса по формуле дискриминантного анализа и вырдбатывают соответствующие этому состоянию выходные сигналы 1, и И. Алгоритм работы блока 10 следующий А если Г 1 (Т) = Тс 5 Л, если Г (Г) - Г1, если Х =Л О, если Х = ЛТ р (Ск) иЕТс ( )ср средняя температура в Е -й части ре ак - (к) 3( к р 55 5 14 О/92 лирую 1 цс 1 гсз ор 1 дцд 14 полдчу пульсирующим потоком 1 к 1 логретого воэдухд н е-ю .зону реактора. Форму пс.рис 1 дических сигналов К и Б н их пдрдметрь 15 подбирают опытцым путем.Схема автоматического управления, осуществляющая стабилизацию эаГданной скорости раэогрева реактора цд основе анализа состояния пусконо - го процесса по скорости разогрева нижней и верхней частей реактора, работает следующим образом.Сигналы от многоэонных термодатчиков 3, отнесенных к нижней и верхней частям реактора, направляют на входы вычислительных блоков 18 и 15, в которых вычисляют скорости разогрен в нд нижней Т,11 и верхней Т,р ча - стей реактора по следующим формулам: Г бТ,с (-,) - Т,с (с ) Ср 1где Я = н,в - обозначение нижней( н ) или верх цей ЗО(в) частей реактораи - количество много- Е зонных термодатчиков, отнесенных к с,-й части реактора;35 тора в моменты вре 40МЕНИ ЬК И ГК.11, 2, Назначение величины и (Я =(ез,в) ) осуществляют опытным путем.С выхода блоков 15 и 1 8 сигналы 45 внТ и Т подают на вход регуляторов 16 и 19 соответственно, на вторые входы последних подают задания по средней скорости разогрева верхней в нТ и нижней Т, з частей реак ср,з рз в тора, на выходе формируют сигналы у(ьк) рсрьгде е = 1 ч, ч 1ч - настроечные параметры регуляторов. 1:;1 гцд 11 ч цолдкзт цд ре гулцрук 1 щий ор 1;1 ц 17 подачи те плоцос итсля н подо рСчцс 1 тЕЗ 1 Ь 5 уГЛЕНОГЕОрСздцС 11 О Сыр ня унд с 11 г цдл у с выхода регулятора 19 поддют цд регулирующий оргдц 20 подачи теплоносителя в подогреватель 6 воздуха. Тем самым иэмецястся темпердтурд входных потоков реактора, что принодит к изменению теплового баланса реактора и, н конечном итоге, стабилизации скорости разогрева реактора.Способ автоматического чпезавленги пусковои операциеи вывода процесса окисления углеводородов на рабочий режим с заданной степенью конверсии углеводородного сырья (ИПБ) реализуется следующим образом.Пдтчиком 21, цдпример рефрактометром, измеряют степень конверсии углецолородцого сырья в Р 110 цд выходе цз реактора. Сигнал К с выхода ддтчикд 21 подают ца вход блока 22 срднцецгея. На второй вход блока 22 подают заданное значение К ,з сте - пени конверсии ИПБ. На выходе блока 22 формируют сигцал рассогласования дК измеренной и заданной нелццицырстепени конверсии,(ч ) Кр(ь )Кр (ччк)где К = О, 1,и подают его ца вход функционального блока 23.Концентрацию кислорода измеряют с помощью датчика 24 в абгазах на выходе из реактора. Сигнал С с выхода датчика 24 направляют на вход блока 25 сравнения. На второй вход блока 25 подают задание Спо концентрации кислорода н абгаэах. В блоке 25 сигналы сравнивают и формируют выходной сигнал по следующей формуле где К = О, 1, ,.Сиг нал Ь С подают на второй вход функционального блока 23, в котором идентифицируют состояние химической реакции окисления ИПБ в ходе пусково - го процесса. Так, при степени конверсии углеводородного сырья и концентрации кислорода в абгазах меньше заданных значений состояние химического процесса превращения идентифицируют как процесс окисления с дефицитом кислорода и увеличивают1 Л 1079 25си наны у и Р по формулам гпо твР тс тне и но где К ъ 0 и К) 0расход воздуха н реактор. При заданной концентрации кислород и недостаточной степени конверсии углеводородного сырья состояние химическо - го процесса превращения идентифицируют как процесс окисления с недостаточной степенью инициирования химической реакции. В этом случае увеличивают продолжительность протекания процесса окисления путем уменьшения отбора РМО из реактора.Идентифицируют состояние реакционного процесса окисления пусковой операции с использованием формулы дискриминантного анализа: А, если (Г (К ) = Кр- К с О) Л И (С) -С - С с 0);Лб, если (Г (К) = КР- К, О) (,( )) О);А 1, если Ез(К) = Ко - К,0 где Л - состояние процесса окисле 5ния с дефицитом кислорода;А - состояние реакционного про"цесса с недостаточным инициированием химической реакции окисления;А - состояние процесса с заданными показателями качества.Идентификация состояния реакционного процесса окисления и формирование выходных сигналов ц и 1 в блоке 23 осуществляют по следующим формулам: К , если Х = А сф если Х А Ч А 1 фС, еслиХ=А5О, если Х=Аб Ч А 1 Сигналы 11 и Я с выхода блока 23 направляют на входы регуляторов 27 и 26 соответственно. В регуляторах 26 и 27 вырабатывают на выход У (") = У ("н) + Кк (1У (к) = У (н-) Кс(") 1 О настроечные параметры регулирования.Сигналы У и У соответственнонаправляют к регулирующим органам28 и 29 подачи воздуха в реактор иотбора РМО из реактора.Рассмотрим работу последней частисхемы упраяления на конкретных примерах (фиг.2),Допустим, что в начальный моментвремени ( ь = О) сигналы на регулирующие органы 28 и 29 подачи воздухав реактор и отбора РМО из реактораравны некоторым величинам у и уН Н 1определяемым в зависимости от конст 25 рук тив ных особе н н остей ре актора иусловий проведения предыдущей пусковой операции (разогрева реактора).Им соответствуют начальные значениястепени РМО К к и концентрации кисЗ 0 лорода в абгазах Сна выходе иэ реактора. На отрезке времени (О, Г, )степень конверсии углеводородного сырья превосходит заданное значение.Сигнал рассогласования ЬК положиГ35телен и в блоке 23 состояние реакционного процесса идентифицируетсякак А т.е. с заданными показателями качества. Сигналы 1 ц ина выходе блока 23 соответственно равньь,нулю, что позволит регуляторам 26 и27 поддерживать постоянную подачувоздуха в реактор и стабилизироватьотбор РМО из него. В период временни ( с ь ) качественные показатели процесса окисления ухудшаются,степень конверсии углеводородногосырья и концентрация кислорода в абгаэах стают меньше заданных значений. Состояние процесса окисленияуглеводородов идентифицируется в50блоке 23 как Л, с дефицитом кислорода в углеводородном слое реактора,что возможно при изменении физико,химических параметров воздуха, пода 55ваемого в реактор забивки газорас 9пределительных устройств в т.д, Врезультате идентификации состоянияпроцесса окисления сигнал 1 на выходе блока 23 равен величине рассо 1 с С сс)здсодн(я ЬС д сигдл р ОГтде 1- Гя рдвныы ну 1 н). В Г)е)(3)льтдте вь(ходой сгнал у регулятора 6 уве.ич(1- вдет расход воздуха в реактор. 5 дчение. отбора ГМО пр этол не изменяется. Нд отрезке времени ( ь, ) состояние процесса окисления и)м)няется еще рдз: степень конверсии углеводородного сырья продолжает б ть меньше заданного значения, но не зд счет недостаточного содержания кислорода в реакторе (его концентрация в абгдзах превышает задание), а вследствие недостаточного инициирования химической реакции окисления (например, при наличии примесей в сырье). Б этом случае состояние химического процесса определяется в блоке 2:) КаК А . СИГНаЛ (Г( НД ВЫХОЦС Г.")К;с 23 принимает значение ЛК , д Г)1 нд.)обнуляется. В результате ре г)3 я- тоР ).7 выРдбдтьпдет Гигнал У д;) ,Р уменьшение отбора Г 10 при неиз(:(.1:с)й подаче воздуха. Тдсим образом, Врс" л пребывания РгО в рг акторе уве 1;1) )- вается. Степень конерс благодаря двтоускоренному характеру хгиНе- ского процесса окисления возрдстд"г.11 сползуемь( в изобретеш (рис: управления пусковой операции выв)да нд рабочий режим ггроцесса окислеш(я углеводородов в многозонном бдрботджном реакторе путем идентиф(дции ситуационных состояний пускоого процесса и формирование по результатам ццентификации соответсВующих регулирующих воздействий предотвращают развитие, ликвдируют с) гклонения (в том числе преддварийные) пускового процесса от заддннрго режьиа и обеспечивают выведение химического процесса окисления углеводородов на заданный уроне 1, качества.Формула 1 з о бре тен ияСпособ автоматического управления пуском проце сса жидкофаз но го окисления углеводородов в многоэонном бдрботажном реакторе с теплообменниками в зонах реактора, включающш регулирование подачи теплоносителя в теплообменники каждой зоны реактора в э а висимос ти от средней темпер дтуры в соответствующей зоне реактора, воздуха в реактор, теплоносителя в гОч ники у1(л)родогс) сырья : ;1, хд Отбор 3 рг дкторд редкцион)й )111 окисл)ния, опредление скпв рги иВения ."дксх(331 Нс)й темперд -туры, В кдждой:Оне реактора, срдв- С11 ЕЕ ПО СВОГМ ГРДНИЧШ(М ЗНДЧЕ -нем; Осуществлее пульс(руюя(ей поЛ;(И ИНЕРТНОГО ГДЗД В СООТЕТСТВУЮ онь реактора при;(остженин ско- ОРС) Г )3 ЫЕНЕИЯ МД 1 ЬД(Ь(Ой тЕМПЕРДтуь и этих 301(дх ГВ Ох 11) )ничных 3 Д с(ЕН ИЙ , О Т Л И )1 Д Ю Щ И ЙТ.)1, ЧТО) Г. ЦЕ,.11) И(ТЕНС 1 фцкации И НО);ышеия безопасности проще Гса пускд, дополнительно Смеряют козффициет рефракции рс) дкОной мдссы окис:ения и концетрапГю кис)Ородд абгд:1;х) при с(ос. т, ь и) (5 ор с (и измс -ОИЯ К".с(3. О; ЕПЕРВ ГУРЫ.О(Х 1)Е(1(ТО)сз ВС)ИХ Г 1)саниНЫХ ЗНДЧЕИ)с Д(Ч)П(ит Г(,НО РЕКРДШДЮПОДДЧУ п с с)Г 1 035 В:(Г .)б)1 е;1);и Гоот Г" 1;)Г 1)(ЦХ:10.с 5(1,)РД, ОПРЕ;1.ЛЯЮ )Г, "-(, ЗМ. ( 51.11)Д:ЬН 51 ТЕМ, 1) Д ,)Ы В ),) й 1 П) Р: "ТОД, СГ)Л 1" 1 П) ЕЕ СО С .) 1РДиЧи и:НсЕН 1; ЬПГ)И ДЬ)СТ ХН(1 с КО 110 СТП ИЗМЕ.Н Е ) 1 М 1 Н 1 ЬДС) Н с;Ц 3 Е5)1 ГРД 111 13 3Т СКРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СРс;1 ЕЙ ТЕМПЕрдгуры в шжней чдсг реактора, по4 г)ОГ)с ному здченю козф)ицентарефрдкции реакционной массы окисле)ия определяют степень кон)есии углеподородно о сырья, сравнивают конп)пт)РсЦю кисло)О(д в сзб( дздх и с ге 50ПС 1(Ь КОН ЕРСИ 1 ссг.1 ГЕ В ОДЛ 1)ОДНОГО СЬ(РЪЯ Го своими заданными значенями и призндчеиях кошен грд;(ии кислорода ндбгдздх и степени конверсии углевоДОРОДНОГО СЬ)РЬЯ, МЕНЬШИХ СВОИХ За 55данных значений, увеличивают подачувоздуха в реактор, д при значен(яхконцентрации кислорог(а в абгаэах,равных своему заданному значению, и1407925те ц цц ко цццр ц улецодородцого сыр я, сцм сцего адаццого аца -У аг Сос тав итель Г. ОгаджановТехред М. Ходанич Корректор Г. Решетн Редактор Н, Гунько 2 Тираж 370 В 11 ИИПИ Государственн по делам изобрете 13035, Москва, Ж, Рчения, умец ьшант отбор ца реакторареакпцоццой массы окцслеция. Подписимитета СССРоткрытий ятие г. Ужгород, ул. Проектная