Способ автоматического регулирования процесса конверсии углеводородных газов Советский патент 1986 года по МПК C01B3/02 G05D27/00 

Изобретение относится к области автоматизации процесса конверсии углеводородных газов в присутствии двуокиси углерода и может быть использовано в нефтехимической и химической промышленности. Цель изобретения - снижение расхода теплоэнергии на рецикл потока двуокиси углерода за счет повышения точности регулирования соотношения расходов. Известно, что конверсия углеводородных газов с присутствии двуокиси углерода протекает по реакциям двух типов С„Н2„+2+«Н20 nCO-f (2п+1) Н,; (1) С„Н2и-2+«С02 2лСО+(п+1)Н2. (2) Мольное соотношение СО в конверти рованном газе при реакции типа (1) изменяется от 3 до 2,25 при.изменении п от 1 до 4, по реакции типа (2) - от 1 до 0,625 при изменении « от 1 до 4. При использовании конвертируемого газа в качестве сырья для последуюш,их производств (например, бутиловых спиртов) мольное соотношение Н2/СО задается таким, что часть исходного сырья должна вовлекаться в реакцию типа (1), часть должна конвертироваться по реакции типа (2). Из уравнения реакции типа (1) видно, что число получаемых молей водорода (Njjji) зависит от числа молей водяного пара (Njjjo), вовлекаемых в реакцию типа (1), т. е. 2Ы„,о+1.(3) Если замерять текуший расход водяного пара (GH,O), поступаюшего в реакцию (1), то можно определить число молей водяного пара NH,O 0,0555 GH.O, где Мн,о 18,0 - молекулярный ного пара. Подстановкой (4) в (3) получаем NH,I 0,111 1Он,о + 1 (5) Из уравнения реакции типа (1) следует, что число получаемых молей окиси углерода (Ncoi) также зависит от числа молей 1юдяного пара (), вовлекаемых в реакцию типа (1), т. е. NCOI NH,O.(6) Подстановкой (4) в (6) получаем NCOI 0,0555Сн.о.(7) Мольное соотношение Н2/СО в продуктах реакции типа (1) равно NHH 0,.о--И 204Ncoi 0,05550н,о GH,O

Из уравнения реакции типа (2) видно, что число получаемых молей водорода (NH,2), определяется числом молей двуокиси углерода (Ncoj), вовлекаемых в реакцию, т. е.

(9)

NH,2 Nco, + 1

Обозначим заданное мольное соотношение Н2/СО через т, т. е.

()(18)

Ясог

Подставим (18) в (17) и решаем относительно X: Если замерять текуш.ий расход двуокиси углерода (Gco,), поступающей на конверсию, и текуший расход двуокиси углерода (Gco,), ВЕ)1ходяц1,ей из конвертера, то можно определить расход двуокиси углерода (Nco,), вступившей в реакцию типа (2), т. е. Gco, Gco, - Gco,, a также определить число молей двуокиси углерода (Nco-), встугшвншх в реакцию NCO, 0,0227Gco, .(11) где Мсо, 44 - молекулярный вес двуокиси углерода. Подстановкой (11) в (9) получаем NH,2 0,0227Gco, + 1.(12) Из уравнения типа (2) также следует, что число получаемых молей окиси углерода (Nco,) определяется числом молей двуокиси углерода (Nco,), вовлекаемых в реакцию, т. е. Nco, 2 Nco,,.(13) Подстановкой (11) в (13) получаем Nco, 0,0454Gco,.(14) Мольное соотношение На/СО в продуктах реакции типа (2) равно NH,2 0,0227Gco, 4- 1 n с; I 22,02643 0,, т;- . ., с: Nco, 0,0454Gco, Gco; Обозначим X долю углеводородного сырья, которое должно подвергаться конверсии по реакции (1), тогда по реакции (2) будет подвергаться доля сырья (1-X). Мольное соотношение Н2/СО в конвертированном газе при протекании реакций (1) и (2) можно определить путем суммирования (8) и (15) в соответствуюпшх долях, т. е. -4. (2,0018 + -М)Х + «соGH,O + (0,5+ -64) (1-Х). сог После преобразований (16) можно записать.22i0264 Y - (1,5018 ЧGH.O G. №.0 + (0,5 + 22.0264 GCO у ,5) - 22,0264 1,5 G(,o,+ 18 бео -22,0264 GHiO или в общем виде доля сырья, используемая для реакции типа (1), равна Y 5:sl irJSiijrJ5 КзО,.о+К4-й -К2 Таким образом, не имея информации о текущем значении соотнощения Нд/СО в конвертированном газе, т. е. не используя поточные анализаторы качества, можно на основании текущих значений расходов водяного пара и двуокиси углерода и заданного соотнощения Н2/СО определять доли сырья, подлежащие конверсии по реакции типа (1)-X и по реакции типа (2) -(1-X), и в соответствии с этими долями регулировать автоматически подачу водяного пара и двуокиси углерода на конверсию. На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа автоматического регулирования. Схема содержит конвертер 1, линию. 2, по которой поступает углеводородное сырье, расход которого замеряется датчиком 3 расхода, линию 4, по которой поступает водяной пар, расход которого замеряется датчиком 5 расхода, линию 6, по которой поступает двуокись углерода, расход которой замеряется датчиком 7 расхода, линию 8, по которой выводится конвертируемый газ, разделяющийся на синтез-газ, выводимый по линии 9, и рецикловый поток двуокиси углерода, выводимый, по линии 10, расход которого замеряется датчиком 11 расхода. Выходной сигнал датчика II расхода поступает на вход сумматора 12, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 7 расхода двуокиси углерода, поступающей в конвертер 1. Выходной сигнал сумматора 12, пропорциональный разности расходов двуокиси углерода, поступившей в конвертер I и выщедщей из него, т. е. пропорциональный количеству двуокиси углерода, вступившей в реакцию типа (2), поступает на вход множителя 13, на второй вход которого поступает выходной сигнал задатчика 14, соответствующий (т - Ki), т. е. данному соотношению Ну/СО за вычетом постоянной величины. Выходной сигнал множителя 13 поступает на вход сумматора 15, где осуществляется его алгебраическое суммирование постоянной величиной. Выходной сигнал сумматора 15, пропорциональный числителю уравнения (20), поступает на вход делителя 16, на второй вход которого поступает выходной сигнал сумматора 17, пропорциональный знаменателю уравнения (20). На первый вход сумматора 17 поступает выходной сигнал множителя 18 на постоянный коэффициент, связанный своим входом с выходом сумматора 12, соответствующий произведению расхода двуокиси углерода, Бступивщей в реакцию, и постоянный коэффициент (KsGco,). На второй вход сумматора 17 поступает выходной сигнал множительно-делительного устройства 19, связанного своими входами с выходами сумматора 12 и датчика 5 рас.хода водяного пара. Выходной сигнал делителя 16. пропорциональный доле сырья, которое должно вступить в реакцию типа (1), поступает на первый вход множителя 20, второй вход которого связан с выходом датчика 3 расхода сырья. Выходной сигнал множителя 20, пропорциональный количеству сырья, которое должно конвертироваться по реакции типа (1), поступает на первый вход регулятора 21 соотнощения, второй вход которого связан с выходом датчика 5 расхода водяного пара, а, выход - с регулирующим клапаном 22 на линии 4 подачи водяного пара в конвертер 1. Одновременно второй выход множителя 20 поступает на вход сумматора 23, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 3 расхода сырья. Выходной сигнал сумматора 23, пропорциональный количеству сырья, подлежащего конверсии по реакции типа (2), поступает на вход регулятора 24 соотнощения, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 7 расхода двуокиси углерода. Выходной сигнал регулятора 24 соотнощения поступает на регулирующий клапан 25 на линии 6 подачи двуокиси углерода в конвертер 1. Способ осуществляют следующи.м образом. В установившемся состоянии работы конвертера 1 на конверсию поступает 10 т/ч углеводородного сырья, расход которого замеряется датчиком 3, 12,4 т/ч водяного пара, расход которого замеряется датчиком 5, 151,6 т/ч двуокиси углерода, расход которой замеряется датчиком 7, из конвертера выводится 50 т/ч окиси углерода, расход которой замеряется датчиком 11. Сумматор 12, получая информацию о текущих значениях расходов двуокиси углерода, поступающей и выходящей из конвертера 1, отделяет текущее значение двуокиси углерода, вступившей в реакцию, которое в этом примере равно 101,6 т/ч (151,6-50,0 101,6 т/ч). Выходной сигнал сумматора 12 поступает на вход множителя 13, где умножается на выходной сигнал задатчика 14, т. е. для конкретного случая 101,6Х X (1,05 - 0,5) 55,88, после чего из выходного сигнала в сумматоре 15 вычитается постоянная величина К2 22,0264 (33,8536). Выходной сигнал сумматора 15, соответствующий числителю уравнения (20), поступает на первый вход делителя 16. Одновременно выходной сигнал сумматора 12 поступает на вход множителя 18 на постоянный коэффициент, где определяется произведение KsGco,, равное для конкретного случая 152,4. Выходной сигнал множителя 18 поступает на вход сумматора 17, куда одновременно поступает выходной сигнал м:ножительно-делительного устройства 19, связанного своими входами с выходами сумматора 12 и датчика 5 расхода водяного пара, который соответствует произведению постоянного коэффициента на соотношение расходов двуокиси углерода, вступившей в реакцию, и водяного пара, равному для конкретного случая 147,4830-. Выходной сигнал сумматора 17, представляющий алгебраическую сумму выходных сигналов множителя 18, множительно-делительного устройства 19 и постоянной величины, и соответствующий знаменателю уравнения (20), равный для конкретного примера 277,8566, поступает на второй вход делителя 16, где путем деления выходного сигнала сумматора 15 на выходной сигнал сумматора 17 определяется доля сырья, участвующего в реакции (1), которая для конкретного случая равна 0,-1218. Поступая на вход множителя 20, выходной сигнал делителя 16 умножается на сигнал, пропорциональный расходу сырья, поступающего на конверсию, замеряемому датчиком 3. Выходной сигнал множителя 20, соответствующий количеству сырья, которое должно перерабатываться по реакции (1) и равное для конкретного примера 1,218 т/ч, поступает на вход регулятора 21 соотношения, который обеспечивает автоматическое регулирование заданного соотношения расходов сырья и водяного. пара с помощью регулирующего клапана 22. Одновременно выходной сигнал множителя 20 поступает на вход сумматора 23, на второй вход которого поступает выходной сигнал датчика 3 расхода сырья. Выходной сигнал сумматора 23, пропорциональный разности расходов сырья, поступившего в конвертер 1 и вступивн.1его в реакцию (1), т. е. пропорциональный количеству сырья, которое должно вступить в реакцию (2), и равный 8,782 т/ч, поступает на вход регулятора 24 соотношения, который обеспечивает автоматическое регулирование заданного соотноиления расходов сырья и двуокиси углерода с помощью регулирующего клапана 25.

Если изменяется задание на соот-юшение Н2;/СО в конвертированном газе (т 1,10), то меняется выходной сигнал задатчика 14 (0,6), что вызывает изменение В1)1ходного сигнала множителя 13 (60,96), сумматора 5 -(22,0), делителя 16 (0,1403) и множителя 20 (1,403). Изменение выходного сигнала множителя 20 приводит к нарушению равновесия в регуляторе 21, для восстановления которого изменяется его выходной сигнал, поступающий на регулирующий клапан 22, положение которого меняется до тех пор, пока расход водяного пара не уаеличивается до 14,28 т/ч.

Изменение выходного сигнала множителя -20 .одновременна вызывает изменение

выходного сигнала сумматора 23 (8,597), что приводит к нарушению равновесия в регуляторе 24 соотношения, для восстановления которого регулирующий клапан 25 под воздействием выходного сигнала регулятора изменяет свое положение до тех пор, пока расход двуокиси углерода не сокращается до 149,80 т/ч.

При изменении количества перерабать ваемого сырья, нанример увеличении до 12 т/ч, изменяется выходной сигнал датчика 3 расхода сырья, что приводит к изменению выходного сигнала множителя 20 (количество сырья, которое должно конвертироваться по реакции (1), увеличивается до 1,4616 т/ч), и iiapyiHaei равновесие в регуляторе 21, что нриводит к увеличению открытия регулируюи.1его клапана 22, которое продолжается до наступления равновесия в регуляторе. Измененный выходной сигнал множителя 20 поступает одновременно в сумматор 23, куда также поступает измененный выходной сигна.:| датчика 3 расхода сырья, эти сигналы приводят к изменению выходного сигнала сумматора 23 (10,5384т/ч) который, ноступая на вход регулятора 24, нарушает в нем равновесие, что приводит к изменению положения регулирующего клапана 25, которое продролжается до наступления равновесия в регуляторе 24 за счет увеличения потока двуокиси углерода.

Предлагаемый спосо по сравнению с известны.м позволяет повысить точность регулирования соотношения за счет опреде..1епия долей сырья, вступающих в реакции с водяным наром и двуокисью углерода, повысить надежность автоматического регулирования за счет исключения поточных анализаторов качества и сократить энергозатраты на процесс за счет снижения рециклового потока двуокиси углерода.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования процесса конверсии углеводородных газов путем регулирования соотнои ения расходов исходных компонентов, например сырья и водяного пара, сырья и двуокиси углерода, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода теплоэнергии на рецикл потока двуокиси углерода за счет повышения точности регулирования соотношения расходов, дополнительно измеряют расход получаемой двуокиси углерода, по расходам пара, исходной и получаемой двуокиси углерода и заданному соотношению водорода и окиси углерода в конвертированном газе определяют долю сырья, вступившего в реакцию с водяным паром, по расходу исходного сырья и рассчитанной д,оли сырья, вступивnjero в реакцию с водяным паром, определяют долю сырья, вступившего с реакцию с двуокисью углерода, и корректируют соотношение расходов сырья и водяного пара 78

в зависимости от доли сырья, вступившего ректируют в зависимости от доли сырья, в реакцию с водяным паром, а соотношение вступившего в реакцию с двуокисью угле расходов сырья и двуокиси углерода кор- рода.

1274990

Изобретение относится к способу автоматического регулирования процесса конверсии углеводородных газов, может бы-fb использовано в нефтехимической и химической промышленности и позволяет снизить расход теплоэнергии на рецикл потока двуокиси углерода. Способ реализуется системой автоматического регулирования, включающей контур регулирования соотношения расходов сырья и водяного пара: датчики (Д). расходов 3, 5, регулятор (Р) 21 соотношения, клапан (К) 22 на.линии подачи пара в конвертер 1. В контур введена коррекция по величине доли сырья, вступившей в рЬакцию с водяным паром и определяемой по расходу двуокиси углерода (Д 7), по расходам пара, исходной и получаемой двуокиси углерода (Д.Д. 5, 7, 11) и заданному соотношению водорода и окиси углерода (Д 14). Система включает в себя также контур регулирования соотношения расходов сырья и двуокиси углерода: Д.Д. расходов 3, 7, Р 24, К 25. В .контур введена коррекция по величине доли сырья, вступившей в реакцию с двуокисью углерода (сумматор 23) и определяемой по расходу исходного сырья (Д 3), сл а также по рассчитанной доли сырья, встус пившей в реакцию с водяным паром (множитель 20). I ил. к 4 ; .ф. со