СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫМ АППАРАТОМ СЕРНОКИСЛОТНОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 1997 года по МПК C01B17/76 

Изобретение относится к способу управления контактным аппаратом сернокислотного производства и может быть использовано в цветной металлургии при получении серной кислоты из отходящих серосодержащих газов.

Известен способ получения трехокиси серы путем окисления двуокиси серы [1] при котором двуокись серы окисляют кислородом воздуха при повышенной температуре в адиабатическом реакторе с несколькими слоями катализатора с использованием стабилизации температуры реакционной смеси. При этом для повышения производительности процесса стабилизируют наивысшую допустимую температуру реакционной смеси на выходе из первого слоя катализатора путем изменения температуры реакционной смеси на входе в первый слой или изменением количества реакционной смеси, поступающей на первый слой или тем и другим одновременно.

Общим с заявляемым изобретением является то, что в аналоге стабилизируют температуру на выходе первого слоя путем изменения температуры реакционной смеси на входе в первый слой. Такой способ применим только для высоких более 7% концентраций SO₂ во входном потоке, поскольку регулирование температуры на входе в слой ведется добавлением перед первым слоем холодного воздуха с температурой 30^oC. По известному способу стабилизируют температуру только на выходе из первого слоя. Такое управление приемлемо лишь в случае, когда интенсивность и частота возмущений по концентрации SO₂ и расходу газа невелики, что не соответствует условиям эксплуатации сернокислотных производств, работающих на отходящих газах цветной металлургии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ управления контактным аппаратом сернокислотного производства [2] при котором стабилизируют температуру на выходе только первого слоя катализатора воздействием на температуру в слое катализатора путем регулирования подачи холодной части исходной газовой смеси на вход контактного аппарата. Измеряют общий расход исходной газовой смеси, ее температуру и концентрацию диоксида серы в исходной газовой смеси. Осуществляют стабилизацию общего расхода исходной газовой смеси и регулирование температуры исходной газовой смеси изменением подачи холодной части исходной газовой смеси на вход контактного аппарата с коррекцией по концентрации диоксида серы в исходной газовой смеси и температуре в слое катализатора, а при регулировании температуры в слое катализатора вводят коррекцию по общему расходу исходной газовой смеси. Общим между прототипом и заявляемым изобретением является то, что стабилизируют температуру на выходе первого слоя изменением подачи холодной части исходной газовой смеси на вход контактного аппарата.

Однако, в условиях глубоких возмущений по изменению расхода газа, что является характерной особенностью переработки отходящих газов от периодически работающих металлургических агрегатов (например, конвертеров), стабилизация расхода исходной газовой смеси противоречит цели полного вовлечения отходящих газов в сернокислотное производство при любых текущих расходах серосодержащих газов.

Известный способ направлен на стабилизацию температуры на выходе только первого слоя и его невозможно использовать для стабилизации температуры на выходе остальных слоев. На практике отсутствует возможность измерения концентрации SO₂ на входах этих слоев. Трудно также получить достоверную информацию о температуре в самом слое, поскольку контроль температуры в одной точке не отображает фактической температуры во всех остальных зонах катализатора.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи. Стабилизация температуры на выходах всех контактных слоев на любом заданном уровне (в частности для увеличения запаса тепла в конструкциях контактного аппарата при его кратковременных остановках, для чего необходимо поддерживать температуры на выходах из контактных слоев на уровне верхней технологической границы). Автоматическая стабилизация температуры на выходе из контактных слоев направлена на компенсацию возмущения по расходу и концентрации SO₂ в поступающей на контактирование газовой смеси.

Практическая реализация изобретения позволит повысить степень конверсии диоксида серы и тепловую устойчивость контактного аппарата в условиях глубоких возмущений по изменению расхода и концентрации диоксида серы в газах.

Для решения поставленной задачи измеряют температуру на входе и выходе всех слоев катализатора в контактном аппарате. Определяют величину отклонения температуры на выходе каждого слоя от заданного значения по математическому выражению
ΔT_вых.i= T_вых.i-T_{вых.зд.i},
где Т_вых.i значение температуры на выходе i-го слоя;
T_{вых.зд.i} заданное значение температуры на выходе i-го слоя.

Определяют величину коррекции задания по температуре на входе i-го слоя и обратной зависимости от отклонения температуры на входе i-го слоя от заданного значения по математическому выражению
ΔT_вх.зд.i= - k_i•ΔT_вых.i,
где k_i коэффициент пропорциональности для i-го слоя.

Затем изменяют задание по температуре на входе i-го слоя на величину вычисленной коррекции. Температуру регулируют изменением подачи холодной части исходной газовой смеси во внутренний теплообменник перед i-ым слоем катализатора. Перед кратковременными остановками контактного аппарата задание по температуре на выходе слоев катализатора устанавливают на уровне верхней технологической границы.

В отличие от прототипа в заявляемом способе стабилизируют температуру не только на выходе первого слоя катализатора, но и на всех остальных контактных слоях путем регулирования температуры на входе в каждый слой изменением подачи холодной части исходной газовой смеси во внутренние теплообменники перед соответствующим слоем. При этом отпадает необходимость в измерении и стабилизации расхода газа, температуры внутри слоев, концентрации диоксида серы в газах, что повышает также надежность заявляемого способа. Перед кратковременными остановками накапливают тепло в контактном аппарате путем повышения температуры на выходе контактных слоев до верхних допустимых технологических границ.

На чертеже показана схема установки, реализующей способ автоматического управления контактным аппаратом. Установка содержит слои катализатора 1 3, теплообменники 4 6, узлы смешения 7 9 исходной газовой смеси с подогретой газовой смесью, датчики измерения температуры 10 15 на входе и выходе контактных слоев, вычислительные устройства 16 18 для расчета задания по температуре на входе контактных слоев, цифровые регуляторы 19 21 и исполнительные механизмы 22 24, соединенные с регулирующими дросселями.

Установка работает следующим образом. В вычислительные устройства 16 18 вводят задание по температуре на выходе контактных слоев 1 3. В зависимости от текущих значений температур на выходе контактных слоев 1 3, получаемых от датчиков температуры 11, 13, 15, вычислительные устройства 16 18 определяют величину отклонения температур на выходе контактных слоев от заданных значений по математическому выражению
ΔT_вых.i= T_вых.i-T_{вых.зд.i},
где Т_вых.i значение температуры на выходе i-го слоя, ^oC;
T_{вых.зд.i} заданное значение температуры на выходе i-го слоя, ^oC.

Затем вычислительные устройства рассчитывают величину коррекции задания по температуре на выходе i-го слоя в обратной зависимости от отклонения температуры на выходе каждого из слоев 1 3 от заданных значений по математическому выражению
ΔT_вх.зд.i= - k_i•ΔT_вых.i,
где k_i коэффициент пропорциональности для i-го слоя.

Затем рассчитывается величина нового скорректированного задания по температуре на входе каждого из слоев 1 3 по математическому выражению
ΔT_вх.зд.i= T_{вх.зд.(i-1)}+ΔT_вх.зд.i,
где T_{вх.зд. (i-1)} предыдущее задание по температуре на входе i-го слоя, ^oC.

Рассчитанные задания по температуре на входе каждого слоя поступают из вычислительных устройств 16 18 в цифровые регуляторы 19 21, которые рассчитывают величину и знак управляющих импульсов для исполнительных механизмов 22 24 по математическому выражению
Δτ_i= k_2i•(T_вх.i-T_вх.зд.i) ,
Δτ_i длительность управляющего импульса, с;
k_2i постоянный коэффициент, с/^oC.

Затем цифровые регуляторы 19 21 включают исполнительные механизмы 22 - 24 в соответствии с величиной Δτ_i и поворачивают дроссельные заслонки, которые изменяют долю поступления холодной части исходной газовой смеси в теплообменники 4 6 из узлов смешения 7 9.

Пример.

Эксперимент проводили на 3-слойном контактном аппарате в сернокислотном цехе комбината "Североникель". Газ непрерывно поступал от печей КС рафинировочного цеха и периодически от конвертеров медеплавильного и плавильного цехов. К началу проведения эксперимента параметры контактного аппарата имели следующие значения:
Концентрация диоксида серы на входе в контактный аппарат 3,8%
Температуры до и после слоев приведены в таблице 1. Аппаратчик СКЦ вводил в регуляторы заданные значения температур как на выходе из слоев, так и на входе в слои. Как видно из табл. 1, задание по температуре на входе в контактные слои выбраны аппаратчиком неточно, что привело к большим расхождениям между заданными значениями температур на выходе из слоев и их текущими значениями. При этом степень извлечения диоксида серы из газов составляла 96,1%
Эксперимент был начал в условиях, когда в плавильном цехе включили конвертер, что привело к увеличению содержания диоксида серы в газах перед контактным аппаратам до 4,2% а расход газа находился на прежнем уровне 44 тыс. м³/ч. Аппаpатчик согласно технологическому регламенту установил задания по температурам на выходе контактных слоев (см. табл. 2). Вычислительные устройства 16 18 периодически, через 3 мин рассчитывали задания по температуре на входе контактных слоев по уравнениям
T_{вх.зд. 1(j)} T_{вх.зд. 1(j-1)} 0,28• (T_вых.1 Т_{вых.зд.1})
T_{вх.зд. 2(j)} T_{вх.зд. 2(j-1)} 0,1• (T_вых.2 T_{вых.зд.2})
T_{вх.зд. 3(j)} T_{вх.зд. 3(j-1)} 0,05• (T_вых.3 T_{вых.зд.3})
где T_{вх.зд. 1(j-1)}, T_{вх.зд. 2(j-1)}, T_{вх.зд. 3(j-1)} заданные значения температур на входе слоев на предыдущем шаге.

Новые значения заданий по температуре на выходе слоев поступали в регуляторы 19 21, которые в зависимости от отклонения текущих значений температур на входе слоев (сигналы от термопар 10, 12, 14) рассчитывали продолжительность и направление включения исполнительных механизмов 22 24 на дросселях, байпасирующих холодную часть исходной газовой смеси перед слоями катализатора. Через 20 мин в контактном аппарате установился температурный режим, параметры которого приведены в табл. 2. Степень извлечения в ходе эксперимента составила 96,6% Как видно из данных эксперимента, автоматическое регулирование заданных значений температуры на выходе слоев позволяет более точно поддерживать необходимую температуру на входе контактных слоев, которая, в свою очередь, поддерживает требуемую температуру на выходе контактных слоев, что позволяет повысить степень извлечения диоксида серы из газов.

Использование: в цветной металлургии при получении серной кислоты из отходящих серосодержащих газов. Сущность изобретения: измеряют температуру на выходе и входе всех контактных слоев. Определяют величину отклонения температуры на выходе каждого слоя от заданного значения по математическому выражению
ΔT_вых.i= T_вых.i-T_{вых.зд.i},
где Т_вых.i - значение температуры на выходе i-го слоя;
Т_{вых.зд.i} - заданное значение температуры на выходе i-го слоя. Определяют величину коррекции задания по температуре на входе i-го слоя от заданного значения по математическому выражению:
ΔT_вх.зд.i= - K_i•ΔT_вых.i,
где K_i - коэффициент пропорциональности для i-го слоя.

Температуру на входе слоев регулируют изменением подачи холодной части исходной газовой смеси во внутренние теплообменники перед слоями катализатора. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ управления контактным аппаратом сернокислотного производства, включающий измерение температуры на входе и выходе слоев катализатора, стабилизацию температуры на выходе первого слоя катализатора изменением подачи холодной части исходной газовой смеси на вход первого слоя контактного аппарата, отличающийся тем, что для второго и последующих слоев катализатора дополнительно определяют величину отклонения температуры от заданного значения по математическому выражению
ΔT_вых.i= T_вых.i-T_{вых.зд.i},,
где T_вых.i значение температуры на выходе i-го слоя;
T_{вых.зд.i} заданное значение температуры на выходе i-го слоя,
определяют величину коррекции задания по температуре на входе i-го слоя в обратной зависимости от отклонения температуры на выходе i-го слоя от заданного значения по математическому выражению
ΔT_вх.зд.i= - K_i•ΔT_вых.i,,
где К_i коэффициент пропорциональности для i-го слоя, затем изменяют задание по температуре на входе i-го слоя на величину вычисленной коррекции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед кратковременными остановками контактного аппарата задание по температуре на выходе слоев катализатора устанавливают на уровне верхней технологической границы.