Способ регулировния процесса очистки хвостовых газов от окислов азота в производстве слабой азотной кислоты Советский патент 1986 года по МПК C01B21/38 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано в химической промьгашенности в производстве получения слабой азотной кислоты для стадии каталитической очистки.

Цель изобретения - сокращение расхода природного газа путем повьшения качества регулирования процесса.

На фиг.1 представлена блок-схема системы управления, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2 - временные диаграммы изменения расходов природного газа на сжигание, неочищенных хвостовых, газов и содержания кислорода в нем при использовании известного и предлагаемого способов; на фиг.З - временные диаграммы изменния расходов природного газа на восстановление, воздуха и температур в верхнем и нижнем слоях катализаторе, при использовании известного и пред- лагаемо.го способов.

Система управления процессом содержит первый датчик 1 температуры (фиг.1), чувствительный элемент которого установлен в верхнем слое катализатора реактора 2 каталитической очистки, регулятор 3 температуры верхнего слоя катализатора, регули- рующий орган 4 подачи воздуха на сжигание, сумматор 5, второй датчик 6 температуры, чувствительный элемент которого установлен в нижнем слое катализатора, регулятор 7 разности температур, регулятор 8 соотношения расходов воздуха и природного газа на сжигание, датчики 9 и 10 расходов воздуха и природного газа на сжигание, регулирующий орган 11 на ли1ши подачи природного газа на сжигание, датчик 12 концентрации кислорода в неочищенш,1Х хвостовых газах (НХГ), преобразователь 13, блок-14 умножения, датчик 15 расхода НХГ, регулятор 16 соотношения расходов НХГ и природного газа на восстановление, датчик 17 и регулирующий орган 18 расхода природного газа на восстановление .

Система работает следующим образом.

Ввиду того, что химические реакции, протекающие, на первом и втором слое кат шизатора, являются сильно зкзотермическими, в указанных слоях установлены датчики 1 и 6 измерения температуры, соответственно.

2343562

Требования технологии предусматривают поддержание восстановительной среды для первого слоя катализатора (при этом происходит эффективное вос5 становление окислов азота до свободного азота), напротив, реакции, протекающие на втором слое катализатора, требуют окислительной среды (в этом случае окись углерода активно реаtO гирует с кислородом с образованием безвредного углекислого газа), Поскольку требования по очистке противоположны, необходимо поддержание восстановительной среды (окислы азота

15 представляют большую опасность для здоровья). При этом процесс характеризуется незначительным перепадом температур между первым и вторым слоем катализатора. Так увеличение раз20 ности температур между слоями катализатора указывает на переход процесса в реакторе к окислительному режиму, наоборот уменьшение разности температур до нуля свидетельствует об

25 образовании сильно восстановительной среды и перерасходу природного газа. Сигналы о значении температуры с датчиков 1 и 6, установленных на первом и втором слое катализатора соот30 ветственно, поступают на входы cyNr- матора 5, где складываются с противоположным знаком. На выходе сумматора формируется сигнал, численно равный разнице температур между первым и

35 вторым слоем катализатора, который затем поступает на вход регулятора 7. Сигнал с регулятора 7, пропорциональный разнице между заданной и измеренной разницей температур, поступа40 ет на корректирующий вход регулятора 8 соотношения управляющего регулирующим органом 11, установленным на линии подачи природного газа в камеру сгорания. Кроме того, к регулятору 8

45 подключен выход с датчика 9 измерения расхода воздуха, поступающего в камеру сгорания, и выход с датчика 10 расхода природного гаэа в камеру сгорания.

Для создания необ.ч:;д1-1 юй температуры в реакторе сигнал, численно равный температуре первого слоя катали- за.трра, измеряемый датчиком 1 , подключен к регулятору 3, где сравнивается со значением уставки. Выходной сигнал регулятора 3, пропорциональный величине рассогласования, управляет регулирующ11м органом 4, ус тановленным на линии подачи воздуха в камеру сгорания. Регулирование подачи природного газа на восстановление осуществляется при помощи регулятора 16 соотношения, управляющего подачей природного газа с помощью регулирующего органа 18. При этом регулятор поддерживает заданное соотношение расходов неочищенных хвостовых газов и природного газа на восстановление, измеряемых датчиками I5 и I7 расхода соответственно.

Кроме того, в схеме предусмотрено корректирующее воздействие на регулятор 16 с блока 14 умножения, пропорциональное значению массового расхода воздуха, поступающего с потоком хвостовых газов в реактор. Данная величина получается в результате перемножения в блоке 14 сигналов датчика 15 расходов хвостовых газов на значение объемной концентрации кислорода в потоке хвостовых газов, измеренной датчиком 12, подключенного через преобразователь 13 к блоку 14 умножения.

Введение указанного корректирующего воз действия позволяет компенсировать изменение концентрации кислорода в потоке хвостовых газов соответствующим изменением подачи природного газа в реактор на восстановление.

На фиг,2 и 3 приведены временные диаграммы работы предлагаемой системы регулирования в сравнении с временными диаграммами, полученными для базового объекта (прототип). В обоих случаях диаграммь получены как результат численного рещения( на ЦВМ ЕС 1060 переходных процессов при одинаковых входных ступенчатых возмущениях по концентрации кислорода в неочищенных хвостовых газах (НХГ) ир НХГ.

При неизменной модели реактора каталитической очистки и входных воздействиях в ходе численной имитации менялась система регулирования. Переходные процессы дпя предлагаемой системы регулирования отмечались на диаграммах знаком ч . Такой подход позволяет определить действительно лучшую систему регулирования из ана0 лиза кривых переходных процессов. Параметры без индекса (фиг.2 и 3) соответствуют базовому объекту (прототип) . Так из фиг.2 видно, что известная система регулирования оказы5 &ает влияние на предшествующую стадию отдувки. Из графика изменения концентрации кислорода в НХГ видно, что концентрация колеблется по гармоническому закону (t - tj), затем происхо0 дит срыв колебаний и значительный динамический выброс в момент чения нагрузки по НХГ с апериодич:ес- КИМ затуханием (t t, t). Рассмотренные возмущения входной концентра5 Ции приводят к соответствующим колебаниям в расходе природного 1 аза(ПГ)- на сжигание и восстановление (см. (}я:г. 2 и 3) , а также на изменение температуры на верхнем и нижнем слоях

„ катализатора. При зтом значительный динамический выброс по тем1тературе Т в момент (t i) и (t - tg) может привести к выходу из.строя газотурбинной установки рекуперации энергии очищенных хвостовых газов (ОХГ), на которую поступают ОХГ после реактора каталитической очистки (в случае системы регулирования прототипа). . Предпагаемьй способ регулирования улучшает качество управления процессом очистки и сокращает расход при- родного газа.

Utf tz tjtif фиб,2

wrrr

TZ

TI

cpus.3

Составитель Г,0гаджанов p П,А«-МЯП Редактор НЛ(штулинец вхредО.

сссГ

ВНИИПИ Государственного комитета CLOiпо делам изобретений и открытии 11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ,---

7io7Jo7clll

t$