Способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака

/О ПИС ИЕ ИЗОБР 1.:ТЕНИМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ А ВТОРС ивервхо де в ко оляет на о асходе и с е, составе н Ф 31,8)етелвство СС 1/04, 198тельство СССР1 С 1/04, 1981 енин цир колонны с ка в цирк ССРО. х первичаммиака,онденс иииз аденс аратов ои кон и аммиака ходе аппа ии аммиа на енсацавлив ко ст ать требуе аза и в за дувочног роцесса а состояния определять а управлен оменты перепо инертамдавлен борот,1 р ления п аэа и н ежим упр ионного н к оматии.тся к мииака Изобретение отноции производстваможет енности удобре пр омышп рапьных фтехими еско тся повыоцесс да п и поддерии инертов входе ко хема соба ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯРИ ГННТ ССОР(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКИОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА АММИАКА(57) Изобретение относится к автоматизации производства аммиака иможет быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений, химической и нефтехимической промьппленности. Пельюизобретения является повншение производительности процесса за счетповьппения точности поддержания эабыть использовано в по производству мине ний, химической и пе промьпплепности,Неллю изобретения явля шение производительности за счет псвьппения точност жания заданной концентрац в циркуляционном газе на лонны синтеза.На чертеже представлен реализации предлагаемого ЯО 15 О 246 51) 1 С 01 С 1/04 С 05 даннои концентраци куляционном газе на синтеза. Способ поз ванин информации о свежего газа, расх уляционного газа на входентеза, концентрации аммиаляционном газе на выходе колонны синтеза, температуной и вторичной к ацрасходах жидкого аммиака первичнои и вториаммиака и концептциркуляционном гаратов первичнойрассчитывать и умый расход про,висимости оттоматически Схема содержит поток 1 свежего газа, поток 2 рециркуляционного га эа, поток 3 циркуляционного газа, аппараты 4 вторичной конденсации аммиака, поток 5 жидкого аммиака, колонну 6 синтеза аммиака, аппараты 7 первичной конденсации аммака, поток 8 жидкого аммиака, поток 9 родувочного газа, датчик О расхо свежего газа, датчик 1 расхода цир куляционного газа, датчик 2 расхода продувочного газа, датчик 13 рахода жидкого аммиака из аппаратон первичной конденсации аммиака, лат 3 1502466чик 14 расхода жидкого аммиака изаппаратов вторичной конденсации аммиака, датчики 15-18 состава соотнетственно свежего газа, циркуляционного газа на выходе из аппаратоввторичной конденсации, аммиака, навыходе из колонны синтеза, на выходеиэ аппаратов первичной конденсацииаммиака, датчик 19 давления циркуляционного газа, датчики 20 и 21 температуры циркуляционного газа соответственно после ;:, .аратон вторичнойконденсации аммиак, и после аппаратон первичной конденсации аммиака, 15регулятор 22 расхода продувочногогаза, вычислительное устройство 23.Схема работает следующим образом.Свежий га.; 1 смешивается с рециркуляционным газом 2 и образует цирКуляционный газ 3, Циркуляционный газ3 поступает н аппараты 4 вторичнойконденсации аммиака, где происходитотделение сконцентрированного аммиака 5. Далее циркуляционный газ поступает в колонну 6 синтеза аммиака.Циркуляционный газ, выходящий из колонны синтеза, поступает в аппараты7 первичной конденсации аммиака, гдепроисходит отделение сконденсированного аммиака 8, оставшийся циркуляционный гаэ 2 рециркулируют снована вход аппарата 4 вторичной конденсации аммиака. Для предотвращениянакопления в системе инертных примесей часть циркуляционного газаотводится в виде продувочного газа 9.Сигналы датчиков 10-14 соответственно расходов свежего газа, циркуляционного газа на входе в колонну 40синтеза, продувочного газа, жидкогоаммиака иэ аппаратов первичной ивторичной конденсации аммиака, с датчика 19 давления циркуляционного газа с датчиков 20 и 21 температуры 45циркуляционного газа после вторичной и первичной конденсации аммиакапоступают в вычислительное устройство 23. Концентрацию метана и аргоьна в свежем газе замеряют датчиком15, концентрацию метана, аргона,аммиака н циркуляционном газе на входе в колонну синтеза - датчиком 16,концентрацию аммиака в газе на выходе колонны синтеза - датчиком 17,концентрацию аммиака в газе на выходе аппаратов первичной конденсацииаммиака - датчиком 18, Сигналы сдатчиков 15-18 поступают в вычислительное устройство 23. Расход продувочного газа регулируется регулятором 22.Вычислительное устройство 23 рассчитывает необходимый расход продувочного газа и выдает сигнал на регулятор 22 расхода продувочного газав виде задания, который устанавливает требуемый расход продувочногогаза,Способ осуществляется следующимобразом.В вычислительном устройстве 23 порасходам свежего, продувочного и циркУЛЯЦионного гйзОВ (Я Р ЯР 1)3 ЙРнм /ч) жидкого аммиака из айпаратонпервичной и вторичной конденсацииаммиака (ССт/ч), температурам первичной и вторичной конденсации аммиака (1 ,, "С), дав 1 К элению циркуляционного газа (Р ати),концентрациям метана и аргона в свежем газе (М, , А, 7 об,), концентрациям аммиака н циркуляционном газепосле колонны синтеза, аппаратов первичной и вторичной конденсации аммиака (Х , Х Х , об.7), вычисляют коноцентрации инертов (метана, аргона)н циркуляционном газе на входе вколонну синтеза е(т)1 1(с), Г(с),об.7, на основании статической модели материального баланса процессасинтеза по инертам:о = 1+2(") (ОсвР 0 РР Ч к Р -ФО Р СРкс 17 Р 1 к Р г 1 к э МСВ.ф сн Р ХХ 1, Х,). (1)На многих действующих агрегатах аммиака отсутствует автоматическое измерение концентрации аммиака в технологическом газе. В способе предусмотрен расчет концентраций аммиака ХХ 2, Хо н случае отсутствия измерения4,вьБэа 8 Р 1 Рц,.в.(09 РБ/1 й,2731)11 б(4,185615988/4 цг Ю 9,51 (С гк 1 273 1) (3) 11 =0,211 бХ =Х, +11(1а 2 фа 2ак( фа ;02)(6) где Ца - расход сконденсироваогоаммиака, определяемый порасходам свежего и продувочного газов (Ч,е и Чр)Во втором случае расходы жидкогоаммиака определяют следующим образом Хо Х д100-Х ок ак ф а ( ( ) Х,:100 - ЦХ 2100 О(7) изменение объема циркуляционного газа в колонне,расход газа на выходе изколонны, нм /ч; где0 акОо 2(ак фо 25 Концентрация инертов (метана, аргона) в циркуляц овном газе на входеВ КОЛОННЕ СИНтЕЗа а Цгсн 4 а Ц Д э ед.об., определяют решением системы уравнений материального баланса процесса синтеза по инертам ОсЕ 1 сЕ/100 = Й р ар СН,0 а 41 ф 4,( цг р,СН Оа 2 СН 42 цг цг СН 4 ф + (Р - 18)а + г 1 ос Р а; . (12) И, М/100 + алрсн 4 И к Чсе + Оа 2) = (,ацгс ( 3) ОсеАсе/100 = Оараардг + 0 акаЫ г, (Рцг 18)арАг+ а 2 ф дгг Рцг ацгдг 1 (1 В) В А,е/100 + а,р Вг (Я- Осе+ Яака ) - Ч цг я г 11 - разность аммиакан газе на входе ивыходе из колонны,об.Е.Расходы жидкого аммиака из аппаратов первичной и вторичной конденсации аммиака ЯЦа 2, нм /ч) корректируются или по расходам жидкого аммиака с объекта (С1 Сваг) 10 или по концентрациям аммиака (Х Х, Х );Я - (100+Х ), (1 ОЮ Х ), 0 =Ч 8 Ч расходы жидкого аммиака из аппаратов первичной и вторичной конденсации, рассчитанные разными способами, 30 нм /ч,Растворимость метана и аргона в жидком аммиаке первичной и вторичнойнмз /чконденсации аммиака, в в ,11 й-, расим /ч 3 35 считывают по следующим уравнениям: где а р, а 4 - концентрация мета 1на и аргона в продувочном газедва неизвестных иэчетырех в системеуравнений,При отсутствии автоматического измерения концентрации аргона в свежем55 газе (А ) эта концентрация, а такжесестепень растворимости инертов в жидком аммиаке (К ) корректируется по концентрации метанаи аргона в цир:(0,185+0,0035,)с 10К (8) :(0,085+0,001 в,) 10к (9)сщ =(0,185+0,0035) 10К эсн 4щ(0,085+0,001 В 2) 1 ОК ф ( ) где К - степень растворимости инертов в жидком аммиаке, в начальный момент времени К 1,куляционном газе (М цг и А,) . Коррекция происходит не чаще 1 раза в 8 ч путем решения системы ура пеия(12-15) относительно К, А, , а,"н ар 4 г при исходных данных4,г СН 4 цгПри отсутствии автоматического измерения концентрации аргона в циркуляционном газе (А ц,) эта концентрация вводится в вычислительное устройство по лабораторным анализам.(21) ЬМ: 0, О, 2, 5,2, 8,7, 1425 у 14,9,16, 17,8, 18,1, 21, 21, 21.Прогнозируют первую величину изменения концентрации инертов (Ь 11 )где Т - текущий момент времени,Определяют разность концентрации инертов в текущем и предыдущем моментах времени Ь Г ЬГ),), ДГ,:10(17) где Т = 15 мин - цикл расчета. 15Разность Д Г характеризует изменение всех возмущающих и управляющих воздействий, пересчитанных на выход объекта управления по каналу инертов. 20Изменение возмующающих воздействий в пересчете на инерты характеризуется уравнением Ь Г,д = Ь Г - у(д. - Т), (18) где у.-Т) - управляющий сигнал впредыдущем моменте времени С-Т.Определяют составляющую управляющего сигнала по возмущению Уе(д.) 30 6 = Ь)д= У(г Т) ЬГа (19)Расчет прогноза концентрации инертов ведется по динамической характеристике объекта управления по каналу инертов на основании величин изменения управляющих и воэмующающих воздействий и инертов на интервале времени предыдущих 3 ч - времени переходного процесса объекта управления при ступенчатом возмущении,40 где 12 - количество интервалов времени по 15 мин, соответствующее 3,0 ч - времени переходного процесса объектауправления при ступенчатомвозмущении;М - экспериментальные коэффици 55 ентыуДинамическая характеристика объекта управления является переходной Функцией объекта управления по кана лу: возмущаняцее воздействие (расход продувочного газа) в пересчете на выход - инерты в циркуляционном газе Ч(С+1 Т)=ЬМ(1 Т):ЬМ(12 Т), )=О,2, (20)(23) (24) ененияконцентраций метанаи аргона в моментывремени СТ, этипрогнозы рассчитаныв пр едьщущий моме нтвремени С-Т в зависимости от поступивших до этого моментавремени управляющихи возмущающих воздействий,Прогнозируют третью величину изменения концентрации инертов (ЬБ)ьД -у (ТТ)у (Г-Т, (25)огде у (1-1 Т) - составляющая управляюощего сигнала по отклонению, рассчитанная вмоменты времени (СТ),1,2. Величина ДУ характеризует прогноз изменения инертов в зависимости от составляющей управляющего сигнала по возмущению.По вычисленным концентрациям инертов в предыдущих моментах времени Г(ТТ), Г(1-1 Т), 1 = 0,12 прогнозируют вторую величину изменения концентрации инертов (ЬБ), характеризующую прогноз изменения метана и аргона в зависимости от поступивших ранее управляющих и возмущающих воздействии:Дц =М(с+12 Т)+А(с+12 Т) -М(с)+А,(22)где М(С+Т) иА(г+1 Т)- прогноз измененияконцентраций метанаи аргона в моментевремени С+Т, )=0,1,2, в зависимостиот поступивших ранееуправляющих и возмущающих воздействий,Х,9 1502 обВеличина 61 ь характеризует прогноз изменения инертов в зависимости от будущего (через время Т и 2 Т) снятия избыточного управляющего воздействия ,по отклонению, Знак - в уравнении15 (25) означает, что сигнал по отклонению подают в 2 раза больше расчетного и через 30 мин возвращают на расчетное значение с целью более бы О строго возвращения инертов на задание.Прогнозируют значение концентрации инертов (Ц ,) как сумму концентрации инертов Б (г.) = М, + Л и трех прогнозных величин изменения концент рации инертов(29) онного газа по ПИ 40, 45 где Рд ьРцгпп прРмА По предлагаемому способу с точностью +2 об.7. поддерживается концентрация инертов на входе в колонну синтеза. При отсутствии автоматического измерения концентрации аргона в циркуляционном газе (А, ) эта концентрация определяется по вычисленным стативеским оценкам концентрации инертов в предыдущих моментах времени Г,(с - 1 сТ), Г (есТ), 1 с = 0,12 и концентрации метана М цг на основании динамической модели объекта и прогнозирования,Вычисляют составляющую управляющего сигнала по отклонению Определяется второй корректирующий сигнал (1 О пр,заданное и измеренное значение давления циркуляционного газа в текущий и пре дыдущий моменты времени;коэффициенты настройки, т.е. величина0 П 1 а является тре буемым изменением расхода продувочного газа для управлениядавлением циркуляциОгде Ц- заданное значение концентрации инертов,Вычисляют величину управляющего сигнала в текущем моменте времени у у(Т)=у,(е)+2 у (е)-у (еТ) Коэффициент 2 говорит о том, чтгсоставляющую управляющего сигналапо отклонению подают в 2 раза больше, с целью более быстрого возвращения инертов на задание и через30 мин возвращают на расчетное значение,Вычисляют первый корректирующийсигнал (ЬЦ ,) обратно пропорционально величине управляющего сигналау(Г) . Величина Ь прявляется требуемым изменением расхода продувочногогаза для управления инертами, величина у является требуемьпч изменением управляющего воздействия в пересчете на выход объекта управления,т.е. инертов.Величина А Ц р, определяется решением системы уравнений материального баланса процесса синтеза (12-15)относительно 0 , а, с н, а ц, йап, ад пРи исходных данных закону регулированияСравнивают первый и второй корректирующие сигналы (йОпр и ЬЧ ар 1 и изменяют расход продувочного газа на максимальную величину этих сигналов. йп, =п, +шах(й ,и, ).Таким образом, осуществляется автоматический переход с режима управления продувкой по инертам на режим управления по давлению и обратно в зависимости от состояния процесса, которое отражается в расчетной величине корректирующих сигналов Ь Яр, и Яира11 150246Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения получается в основном за счет увеличения выработки аммиака благодаря увеличению точности поддержания за 5 данной концентрации инертов на 1,8 об.Х (с 2 до 0,2 об,Ж). Увеличение точности стабилизации концентрации инертов на 1,8 об.7 позволяет сократить расход продувочного газа на 600-1000 нм /ч или увеличивать, выработку аммиака на 0,2 т/ч. Формула изобретения15Способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака, включающий регулирование расхода продувочного газа в зависимости от расхода и состава свежего газа, расхода, сос тава и давления циркуляционного газа на входе колонны синтеза концентрации аммиака в циркуляционном газе на вькоде колонны синтеза, температур первичной и вторичной конденса" 25 ции аюиака, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повьппения производительности процесса за счет повьппения точности поддержания заданной концентрации инертов в. циркуляционном 30 газе на входе колонны синтеза, дополнительно измеряют расходы жидкого аммиака из аппаратов первичной и вторичной конденсации аммиака, концентрацию аммиака в циркуляционном газе на выходе аппаратов первичной конденсации аммиака, вычисляют концентрацию инертов в циркуляционном газе на входе колонны синтеза аммиака по расходам свежего, продувочного и цир куляционного газов жидкого аммиака из аппаратов первичной и вторичной конденсации аммиака, температурам первичной и вторичной конденсации аммиака, давлению циркуляционного газа концентрациям метана и аргона в свежем газе, аммиака в циркуля 6 12ционном газе после колонны синтеза и аппаратов первичной и вторичной конденсации аммиака, определяют составляющую управляющего сигнала по возмущению как разность между величиной управляющего сигнала в предыдущем моменте времени и вычисленной разностью концентрации инертов в текущем и предыдущем моментах времени, по составляющей управляющего сигнала по возмущению прогнозируют первую величину изменения концентрации инертов, по вычисленным концентрациям инертов в предыдущих моментах времени прогнозируют вторую величину изменения концентрации инертов, по составляющей управляющего сигнала по отклонению в предыдущие моменты времени прогнозируют третью величину изменения концентрации инертов, прогнозируют значение концентрации инертов как сумму вычисленной концентрации инертов и трех прогнозных величин изменения концентрации инертов, вычисляют составляющую управляющего сигнала по отклонению пропорционально отклонению прогнозного значения концентрации инертов от заданного значения, по составляющим управляющего сигнала по возмущению и отклонению в текущем и предыдущих моментах времени вычисляют величину управляющего сигнала в текущем моменте времени, вычисляют первый корректирующий сигнал, обратно пропорциональный величине управляющего сигнала в текущем моменте времени, вычисляют второй корректирующий сигнал по разности между заданным и измеренным значениями давления циркуляционного газа в текущем и предыдущем моментах времени, сравнивают первый и второй корректирующий сигналы и изменяют расход продувочного газа пропорционально максимальной величине из этих сигналов.150246 б Составитель Г. ОгаджановТехред Л, Олийнык КорректорЛ. Бескид Редактор Г. Волкова Заказ 5030/27 Тираж 435 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101