Способ управления процессом синтеза аммиака Советский патент 1983 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов и может быть использовано в химической промьшшенности при производстве аммиака, где сжатие свежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа осуществляется одним центробежным компрессором,

В основном авт. св. 874622 описан способ управления процессом синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации жидкого аммиака в зависимости от температуры циркуляционного газа в аппаратах первичной конденсации аммиака , концентрации инертных газов в свежей азотоводородной смеси, давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, давления свежей азотоводородной смеси, концентраций а 1миака и инертов в газе на входе в колонну синтеза, температур азотоводородной смеси на. всасывании всех ступеней компрессора , кроме последней, температур циркуляционного газа на всасывании последней ступени компрессора и азотоводородной смеси на входе в колонну вторичной конденсации аммиака, концентрации водорода в свежей азотоводородной смеси и числа оборотов вала компрессора tl3Недостатком этого способа является неудовлетворительная точность определения рабочих характеристик колонны синтеза и аппаратов .вторичной конденсации аммиака, что приводит к снижению производительности

10 процесса.

Целью изобретения является повышение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем,-ЧТО по предложенному способу

15 управления процессом синтеза аммиака расход продувочных газов дополнительно корректируют в зависимости от расхода, давления газа на входе в колонну синтеза и концентрации

20 водорода в нем, концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны синтеза, температуры и давления циркуляционного газа на выходе испарителей жидкого аммиака.

25

На чертеже представлена структурная схема, системы автоматического управления, реализующая данный способ .

Процесс синтеза газообразного ам30миака из азота и водорода осуществляется в колрнне 1 синтеза, в которую подается циркуляционный газ, содержащий компоненту реакции и инертные примеси. После колонны 1 синтеза из циркуляционного газа конденсируется аммиак в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака .и после сжатия циркуляционного газа пятой ступенью компрессора 3 в аппаратах вторичной конденсации аммиака, состоящих из колонны 4 конденсации и двух испарителей 5 Жидкого аммиака.Циркуляционный газ из колонны 4 конденсации, смешавшись в ней со свежей азотовоДЬродной смесью, сжатой первой, второй, третьей и четвертой ступенями компрессора 3, поступает в колонну 1 синтеза.

Система управления процессом синтеза аммиака состоит из датчика б концентрации водорода, датчика 7 концентрации метана и датчика 8 давления на всасывании первой ступени компрессора 3, датчиков 9-12 температур азотоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четвертой ступеней компрессора 3 соответственно, а также датчиков 13, 14, 15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой (последней) ступени компрессора 3, азотоводородной смеси на входе в колонну 4 конденсации и циркуляционного газа в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака соответственно, датчика 16 числа оборотов вала компрессора 3, датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака в испарителях 5 жидкого аммиака, датчиков 19, 20 и 21 концентраций инертов (метана), аммиака и водорода в газе на входе в колонну 1 синтеза соответственно, датчика 22 концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны 1 синтеза, датчика 23 температуры и датчика 24 давления циркуляционного газа на выходе испарителей 5 жидкого аммиака, датчика 25 расхода и датчика 26 давления газа на входе в колонну 1 синтеза, клапана 27 на линии расхода продувочных газов из аппаратов 2 первичной конденсации аммиака и вычислительного устройства .28. ,

Способ управления процессом синтеза аммиака осуществляется следующим образом.

По сигналам с датчиков 6 и 7 концентраций водорода и метана в свежей азотоводородной смеси (%HI и %сЙ4 ) определяется ее полный состав,. а а

/Jabc f (%Нг, %СН4) . (1) По сигналам с датчиков 19, 20, 21 концентраций метана, аммиака и водорода в газе, поступающим на колонну 1 синтеза (%СН4, %NH7,, Ку), датчиков 25 расхода и 26 давления газа на входе колонны 1 синтеза (Р, V) и датчика 22 концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны 1 синтеза (%NHa) из уравнеНИИ материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и кинематического уравнения реакции синтеза определяется состав ,газа/6|ц-, поступающего на колонну 1 синтеза,

О и усредненный коэффициент активности катализатора и колонны 1 синтеза (%С11л, %NH, %Hi) С2) 1 3 . Р. V, %Nfl;) (3) По с датчика 15 температуры циркуляционного газа в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака (t) и с датчиков 25 и 26 расхода и давления газа, поступающего на колонну 1 синтеза, по уравнениям материальных балансов процессов в колонне 1 синтеза и в аппаратах 2 первичной конденсации и всего процесса синтеза, используя уравнения (1-3), определяют производительность про5 цесса синтеза аммиака V,, расход продувочных газов %,« из аппаратов

2 первичной конденсации аммиака, а такхсе расход V и состав на входе колонны 4 конденсации

f (V. Р.ЯЦГ. и ) (4)

V

0)М

Vnp % (V, V,,, V,t) (5)

ffrCv, v, Vnp , 1,,цг) f6)

V5 , I

r f(ti.4p P. V, V). (7)

По сигналам с датчиков 14 и 23 температур азотоводородной смеси на входе колонны 4 конденсации и циркуляционного газа из испарителей 5

0 жидкого аммиака (t, t,) , датчиков 17, 18 и 24 давлений газообразного аммиака и циркуляционного газа (К, , 2. h ) заданному расходу свежей азотоводородной смеси V,,, на компрес5 сор 3 по уравнению тепло- и массопередачи и материального и теплового балансов процесса вторичной конденсации аммиака, используя уравнения (1-7); определяют обобщенный

коэффициент теплопередачи К испарителей 5 жидкого аммиака

Ч v У. Р.

VQ, РИ ./Hiir )

(8)

По сигналам с датчика 8 давления на всасывании компрессора 3 (Р) , датчиков 9, 10, 11 и 12 температур азотоводородной смеси на всасывании пЪрвой, второй, третьей и четвертой ступеней компрессора 3 (t , t, Ц t.) соответственно, датчика 13 температуры циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессора 3 (tg) и датчика 16. числа оборотов вала компрессора 3(cti) , а также используя уравнения (1-8) , по уравнениям, описывающим процесс сжатия газа в ступенях компрессора 3, определяют его мощность N 1 F . f t 113 5 а -I 5 NWA 5 - 1г,С1, Р ,V., ш) (И По сигналам с датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака,, да чика 14 температуры азртоводородной смеси на входе в колонну 4 кон денсации, датчиков 13 и 15 темпера тур циркуляционного газа на всасы вании пятой ступени компрессора 3 и в аппаратах 2 первичной конденса ции аммиака (15-, t) и заданному ра ходу азотоводородной смеси, а такж используя уравнения (1-3) , (8) и (11-14) по уравнениям материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и кинематическому уравнению реакции синтеза аммиака определяют расчетный расход V и да ление F циркуляционного газа на входе в колонну 1 синтеза V (Р,аЪс, /fur, tg, t, t 1 a (PS)(16 P f. Задаваясь другим значением концентрации метана в газе на входе в колонну 1 синтеза СН при рассчитанных по уравнениям (3) и (8) значениях коэффициента активности катализатора ц и обобщенных коэффицие тах теплопередачи К по уравнению (2) определяют состав газа на входе в колонну 1 синтеза, а по уравнению (15) - его расход . По уравнениям (4-5) определяется производительность процесса синтеза аммиака VJjjy, , которая поддерживается соответствукнцим расходом продувочных газов 7,р из аппаратозз 2 первичной конденсации аммиака (регулирукнцее воздействие). По уравнению (13) определяется суммарная мощность N компрессора 3, которая сравнивается с первоначально определенней мощностью компрессора 3N. Если N и N не совпадают с заданной точностью и если N fl , задается новое большее зно.чение числа оборотов, вала компрессора 3, а если , задается новое меньшее значение числа оборотов вала. И так до совпадения N и N с заданной точностью. Определенная по уравнению (4) производительность процесса синтеза аммиака д сравнивается с его первоначальной производительностью . .Если VQ больше УО„ , соответствующий ей расход продувочных газов запоминается. Далее снова задаемся новым значением концентрации метана в газе на входе в колонну 1 синтеза, и снова производятся гтредьадуадие расчеты и сравнения. В результате этих сравнений устанавливается то значение расхода продувочных газов кз аппаратов 2 первичной конденсации аммиака клапан 27, которому соответствует большая производительность V процесса синтеза аммиака. Производительность процесса синтеза аммиака в результате внедрения данного способа управления увеличивается на 0,5-0,8%. Формула изобретения Способ управления процессом синтеза аммиака по авт. св. № 874622; отличающийся тем, .что, с целью повышения производительности процесса, расход продувочных газов дополнительно корректируют в зависимости от расхода, давления газа на входе в колонну синтеза и концентрации водорода в нем, концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны синтеза, температуры и давления циркуляционного газа на выходе испарителей жидкого аммиака. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №874622, кл. с 01 С 1/047 1980 (прототип).