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

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при управлении процессом получения серной кислоты из отходящих серосодержащих газов.

Известен способ получения трехокиси серы путем окисления двуокиси серы (а. с. N 301985), 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 [1] при котором стабилизируют температуру на выходе 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 резких (от 1 до 8%) колебаний концентраций диоксида серы в газах, частота которых составляет порядка 3•10^-2Гц, отсутствия возможности измерения концентрации диоксида серы перед слоями, невозможно стабилизировать расход газа и температуру на выходе всех слоев по способу прототипа при утилизации отходящих газов периодически работающих агрегатов пирометаллургических цехов.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи. В условиях резких (от 1 до 8) колебаний концентрации диоксида серы в газах, частота которых составляет порядка 3•10^-2Гц (например, в периоды времени, когда через каждые 5-10 минут конвертеры выводят из под дутья) необходимо повысить степень контактирования контактных аппаратов сернокислотного производства. При реализации изобретения может быть получен технический результат: замедление старения катализатора, стабилизацию его активности в контактном аппарате в условиях резких и частых изменений входной концентрации диоксида серы.

Для решения поставленной задачи измеряют концентрацию диоксида серы в газах на входе в контактный аппарат, регулируют температуру на входе и выходе слоев катализатора. В случае превышения концентрации диоксида серы порогового значения задания по температуре на выходе контактных слоев устанавливается на уровне нижних технологических границ. В этом случае в условиях резких колебаний концентраций диоксида серы не произойдет спекание массы катализатора и снижении его активности. Если же средняя концентрация диоксида серы ниже порогового значения, то задание по температуре на выходе контактных слоев устанавливается на уровне верхних технологических границ. В этом случае теплосодержание контактного аппарата поддеpживается на максимально возможном уровне, и не образуется конденсации кислоты на поверхности катализатора, которая ведет к образованию корки на катализаторе и нарушению стабильности активности катализатора.

На чертеже показана схема установки, реализующей способ автоматического управления контактным аппаратом. Установка содержит слои катализатора 1, 2, 3, теплообменники 4, 5, 6, узлы смешения 7, 8, 9 исходной газовой смеси с подогретой газовой смесью, датчики измерения температуры 10, 11, 12, 13, 14, 15 на входе и выходе контактных слоев, вычислительные устройства 16, 17, 18, 19 для расчета задания по температуре на выходе и входе контактных слоев, цифровые регуляторы 20, 21, 22 и исполнительные механизмы 23, 24, 25, соединенные с регулирующими дросселями, газоанализатор 25. Установка работает следующим способом. Сигнал о концентрации диоксида серы в исходной газовой смеси перед контактным аппаратом поступает в вычислительное устройство 19, которое сравнивает значение концентрации с пороговым значением и в случае превышения порогового значения выдает в вычислительные устройства 16, 17, 18 задания по температуре на выходе контактных слоев на уровне нижних технологических границ, а если концентрация диоксида серы меньше порогового значения, то на уровне верхних технологических границ. Вычислительные устройства 16, 17, 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;
Т_{вых.зд.i} заданное значение температуры на выходе i-го слоя. Затем вычислительные устройства 16, 17, 18 рассчитывают величину коррекции задания по температуре на выходе i-го слоя в обратной зависимости от отклонения температуры на выходе каждого из слоев 1, 2, 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.

После этого рассчитывается величина нового, скорректированного задания по температуре на входе каждого из слоев 1, 2, 3 по математическому выражению
T_вх.зд.i= T_{вх.зд.(i-1)}+ΔT_вх.зд.i,
где Т_{вх.зд. (i-1)} предыдущее задание по температуре на входе i-го слоя, ^oC.

Вычисление задания по температуре на входе слоев поступают в цифровые регуляторы 20, 21, 22, которые рассчитывают величину и знак управляющих импульсов для исполнительных механизмов 23, 24, 25 по математическому выражению
Δτ_i= k_2i•(T_вх.i-T_вх.зд.i) ,
где Δτ_i длительность управляющего импульса, сек;
k_2i постоянный коэффициент, сек/^oC.

Затем цифровые регуляторы 19, 20, 21 включают исполнительные механизмы 23, 24, 25 в соответствии с величиной Δτ_i и поворачивают дроссельные заслонки, которые изменяют долю поступления холодной части исходной газовой смеси в теплообменники из узлов смешения 7, 8, 9.

Пример
Эксперимент проводили на 3-х 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 на контактном аппарате были следующие регламентные параметры:
Концентрация диоксида серы на входе в контактный аппарат 4,2%
Расход газа 45 тыс.м³/час
Особенность технологической ситуации заключалась в том, что на данный контактный аппарат не поступал газ от непрерывно работающих печей КС, поэтому концентрация диоксида серы перед контактным аппаратом изменялась резко с амплитудой от 3 до 4% с интервалами 5-10 минут. В таких условиях аппаратчик не мог своевременно с достаточной точностью выставлять задания по температуре на выходе контактных слоев. Степень контактирования в это время составляла порядка 95,8% Исходные значения температур на входе и выходе контактных слоев приведены в таблице 1. К моменту начала эксперимента средняя концентрация диоксида серы изменялась и составляла 4,6% Расход газа через контактный аппарат остался на прежнем уровне 45 тыс.м³/час. Управление было переведено в автоматический режим. Пороговое значение было установлено на уровне 4,5% Вычислительное устройство 19 выдавало задания на выходе контактных аппаратов на уровне нижних технологических границ. Через 16 минут процесс контактирования характеризовался режимными параметрами, приведенными в таблице 2. Затем средняя концентрация диоксида серы в газе изменялась и через 1 час составляла 3,8% Расход газа через контактный аппарат составлял 45 тыс. м³/час. Задание по температуре на выходе из слоев вычислительным устройством 19 было выставлено на уровне верхних технологических ограничений. Значения режимных параметров процесса контактирования приведены в таблице 3. Степень контактирования за время эксперимента составляла 96,4%
Таким образом, в условиях резких и частых изменений концентраций диоксида серы в газах перед контактным аппаратом, управление процессом по заявляемому способу позволяет повысить степень контактирования контактного аппарата.

Использование: в цветной металлургии при управлении процессом получения серной кислоты из отходящих серосодержащих газов от периодически работающих агрегатов. Сущность изобретения: измеряют концентрацию диоксида серы в газах перед контактным аппаратом, вычисляют среднее значение, затем сравнивают с пороговым значением, и, в случае превышения порогового значения, устанавливают задание по температуре на выходе слоев катализатора на уровне нижних технологических границ, а если средняя концентрация диоксида серы ниже порогового значения, то задание по температуре устанавливают на уровне верхних технологических границ. Температуру на выходе контактных слоев регулируют путем изменения подачи холодной части исходного газа в теплообменники контактных слоев. 1 ил., 3 табл..

Способ автоматического управления контактным аппаратом сернокислотного производства, включающий регулирование температуры на входе и выходе первого слоя катализатора изменением подачи холодной части исходной газовой смеси на вход контактного аппарата, отличающийся тем, что задание по температуре на выходе всех слоев катализатора устанавливают в зависимости от отклонения значения средней концентрации диоксида серы в газах на входе в контактный аппарат от порогового значения, при этом, если концентрация диоксида серы выше порогового значения, то задание по температуре устанавливают на уровне нижнего технологического ограничения, а если ниже, то на уровне верхнего технологического ограничения затем, дополнительно определяют отклонение температуры от заданного значения на выходе слоя 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 K_i коэффициент пропорциональности для i -го слоя, затем изменяют задание по температуре на входе i-го слоя на величину вычисленной коррекции.