Способ управления газофазными каталитическими процессами Советский патент 1987 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

Изобретение относится к управлению процессами химической технологии и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при автоматизации газофазных каталитических процессов в условиях изменения ак- тивности катализатора и селективности процесса, например процесса оксихлорирования углеводородов.

Цель изобретения - сокращение расхода исходных потоков.10

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

Технологическая схема и система управления содержат первую 1 и вторую 2 ступени реактора оксихлорирования, смесители 3 и 4 первой и второй ступени реактора, регуляторы 5 и 6 температуры реакционного потока на входе в первую и вторую ступень реактора с датчиками температуры, регуляторы 7 и 8 температуры реакционного потока на выходе первой и второй ступеней реак- 20 тора с датчиками температуры, регулирующие органы 9 и 10 подачи кислоты в смесители 3 и 4, регулирующие органы 11 и 12 подачи кислорода в смесители 3 и 4, устройства 13 и 14 измерения, усреднения расхода кислорода и выдачи дискретного сигнала на регуляторы 5 и 6, сужающие устройства 15 и 16 на входе и выходе первой ступени, сужающие устройства 17 и 18 на входе и выходе второй ступени, измерители 19 и 20 температуры на входе и зо выходе первой ступени, измерители 21 и 22 температуры на входе и выходе второй ступени, измерители 23 и 24 давления на входе и выходе первой ступени, измерители 25 и 26 давления на входе и выходе второй ступени, измерители 27 и 28 пере- 35 пада давления на входе и выходе первой ступени, измерители 29 и 30 перепада давления на входе и выходе второй ступени, вычислительные устройства 31 и 32 и экстремальные регуляторы 33 и 34.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследование процесса показало, что возможно поддержание заданных качественных показателей процесса без использо25

Твьи1,Рвы;1ИАр,температура, давление и перепад давления на сужающем устройстве реакционного потока на выходе реактора;

Со2 - мольная концентрация кислорода в реакционном потоке на входе реактора; X - степень превращения кислорода в ступени реактора; S - селективность использования кислорода.

Как видно из выражения (I) минимизация его левой части приводит к увеличению степени превращения кислорода при одновременном повыщении его использования по основной реакции.

С помощью регуляторов 5 и 6, воздействующих на расход соляной кислоты в смесители 3 и 4 соответствующей ступени реактора (I или 2), стабилизируется температура реакционного потока на входе в каждую ступень. С помощью регуляторов 7 и 8, воздействующих на расход кислорода в смесители соответствующей ступени, стабилизируется температура реакционного потока на выходе каждой ступени реактора. С падением активности материала для поддержания заданной температуры на выходе из ступени реактора требуется увеличение расхода кислорода, что приводит к ухудщению показателей процесса. Поэтому при увеличении среднего расхода кислорода в смеситель какой-либо ступени до максимально допустимой величины с помощью устройства 13 для первой ступени или устройства 14 для второй ступени увеличивают равные величины задания регуляторам входной температуры потока соответствующей ступени. Это приводит к работе ступени реактора при более высокой средней температуре процесса с сохранением заданного перепада температур на ступени.

Работа реактора в таком режиме приводит к восстановлению заданной степени превращения кислорода и к возрастанию селективности процесса.

Вычислительные устройства 31 и 32 для соответствующей ступени реактора по инвания анализаторов состава, а путем уп- 45 формации измерителей 19, 20, 23, 24, 27

равления каждой ступенью реактора по комплексному параметру, определение которого основано на замере только параметров теплотехнического контроля.

Этот комплексный параметр формируется следующим образом

50

ТБЫ. Т

где р

ТвЖ,РюИ АРвх

и 28 для первой ступени и измерителей 21, 22, 25, 26, 29 и 30 для второй ступени определяют величину левой части выражения (1) и выдают сигнал на вход экстремальных регуляторов 33 или 34 соответственно.

Экстремальные регуляторы 33 или 34, воздействуя на регулятор 7 или 8 соответственно, корректируют выходную температуру ступени реактора таким образом, чтобы величина левой части выражения (I) была

репад да вления на сужаю- 55 минимальной. Это приводит к поддержанию щем устройстве реакцион- максимально возможной в данных условиях ного потока на входе реак- селективности процесса при сохранении тора;степени превращения не ниже заданной.

(I-Ca-X-S) (1)

-ПОСТОЯННЫЙ коэффициент;

-температура, давление и пе1284593

0 о 5 0

5

Твьи1,Рвы;1ИАр,температура, давление и перепад давления на сужающем устройстве реакционного потока на выходе реактора;

Со2 - мольная концентрация кислорода в реакционном потоке на входе реактора; X - степень превращения кислорода в ступени реактора; S - селективность использования кислорода.

Как видно из выражения (I) минимизация его левой части приводит к увеличению степени превращения кислорода при одновременном повыщении его использования по основной реакции.

С помощью регуляторов 5 и 6, воздействующих на расход соляной кислоты в смесители 3 и 4 соответствующей ступени реактора (I или 2), стабилизируется температура реакционного потока на входе в каждую ступень. С помощью регуляторов 7 и 8, воздействующих на расход кислорода в смесители соответствующей ступени, стабилизируется температура реакционного потока на выходе каждой ступени реактора. С падением активности материала для поддержания заданной температуры на выходе из ступени реактора требуется увеличение расхода кислорода, что приводит к ухудщению показателей процесса. Поэтому при увеличении среднего расхода кислорода в смеситель какой-либо ступени до максимально допустимой величины с помощью устройства 13 для первой ступени или устройства 14 для второй ступени увеличивают равные величины задания регуляторам входной температуры потока соответствующей ступени. Это приводит к работе ступени реактора при более высокой средней температуре процесса с сохранением заданного перепада температур на ступени.

Работа реактора в таком режиме приводит к восстановлению заданной степени превращения кислорода и к возрастанию селективности процесса.

Вычислительные устройства 31 и 32 для соответствующей ступени реактора по инПример 1. В шестиступенчатый реактор подают реакционную смесь, полученную прямым хлорированием метана, в количестве 10907 кг/ч следующего состава, кг/ч; метан 2218,4; хлористый метил 2075,0; метилен- хлорид 1302,6; хлороформ 753,5; четырех хлористый углерод 189,4; хлористый водород 1636,8; углекислый газ 1505,3; азот 1226,0. Расход соляной кислоты, подаваемой на охлаждение реакционного газа в смесикислорода. Подача кислорода на вторую ступень 55 . Снятие тепла реакции осуществляется впрыском жидкого дихлорэтана.

Процесс протекает в газовой фазе по уравнениям QH/, + 2НС1 + 1/,Ог + Н;,0

СдН + + 2Н2О..

Первая реакция - основная с получением дихлорэтана, вторая - побочная (полного

тель каждой ступени, составляет соответст- Ю окисления этилена).

венно 564; 601; 640; 682; 726; 770 . Рас-При регулировании процесса согласно

известному способу температура потока на входе в ступень поддерживается 200°С, на

ход кислорода на каждую ступень при «свежем катализаторе составляет 170; 174; 180; 188; 198; 210 кг/ч. Процесс протекает на катализаторе, загрузка которого на ступени составляет 6,8; 7,3; 7,7; 8,1; 8,4; 8,9 т соответственно.

При регулировании процесса согласно известному способу температура потока на входе в ступень поддерживается 300°С, температура потока на выходе из ступени - 400°С.

Когда расход кислорода по причине старения катализатора на ступени 1-6 возрастает на 50°/о от первоначального и составляет соответственно 255; 261; 270; 282; 297; 315 кг/ч: происходит остановка процесса. Средняя селективность использования кислорода составляет 75%, метана - 92%, проскок хлористого водорода в продукты реакции 4,5%.

При регулировании процесса согласно предлагаемому способу всякий раз, когда расход кислорода на ступень возрастает на 50% от номинального значения, задания регуляторам входной и выходной температуры ступени одновременно увеличиваются на 10°С и составляют соответственно 310 и 410; 320 и 420; т 330 и 430; 340 и 440°С. При этом всякий раз выходная температура потока корректируется таким образом, чтобы величина комплексного параметра

Ркыу Р

о Y соответствующей ступени была

минимальной.

При достижении температурой потока на выходе из ступени реактора 450°С происходит остановка процесса. При этом средняя

15

20

выходе - 240°С, селективность процесса по этилену 97%, конверсия хлористого водорода 980/0.

При регулировании процесса согласно предлагаемому способу селективность процесса по этилену возрастает на 0,5%, конверсия хлористого водорода - на 1%.

Формула изобретения

Способ управления газофазными каталитическими процессами, осуществляемыми в

25 многоступенчатых адиабатических реакторах путем регулирования температуры реакционного потока на входе в каждую ступень изменением подачи на вход исходного компонента и температуры реакционного потока на выходе каждой ступени изменением пода30 чи на вход соответствующей ступени исходного реагента, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода исходных потоков, дополнительно измеряют давление реакционного потока на входе и выходе каждой ступени, перепад давления на сужающем устройстве реакционного потока на входе и выходе каждой ступени, рассчитывают для каждой ступени произведение отношений параметров: перепада давления на выходе и входе ступени, давления на выходе и входе ступени

д0 и температуры на входе и выходе ступени, минимизируют это рассчитанное произведение отношений параметров на каждой ступени путем коррекции температуры реакционного потока на выходе соответствующей ступени, определяют среднюю величину рас35

селективность использования кислорода 80%, 45 хода исходного реагента в каждой ступени, метана 94%, проскок хлористого водорода в продукты реакции 4%.

Пример 2. В двухступенчатый реактор на вход первой ступени подают реакционную смесь, состоящую из 105 этилена, „ температуру реакционного потока на входе в 200 хлористого водорода и 50 нм /чкаждую ступень.

сравнивают ее с заданной максимальной величиной и при достижении средней величиной расхода исходного реагента своей заданной максимальной величины увеличивают

Составитель Г. Огаджанов

Редактор О. БугирТехред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Заказ 7480/7Тираж 509Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по де.пам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

кислорода. Подача кислорода на вторую ступень 55 . Снятие тепла реакции осуществляется впрыском жидкого дихлорэтана.

Процесс протекает в газовой фазе по уравнениям QH/, + 2НС1 + 1/,Ог + Н;,0

СдН + + 2Н2О..

Первая реакция - основная с получением дихлорэтана, вторая - побочная (полного

известному способу температура потока на входе в ступень поддерживается 200°С, на

выходе - 240°С, селективность процесса по этилену 97%, конверсия хлористого водорода 980/0.

При регулировании процесса согласно предлагаемому способу селективность процесса по этилену возрастает на 0,5%, конверсия хлористого водорода - на 1%.

Формула изобретения

Способ управления газофазными каталитическими процессами, осуществляемыми в

многоступенчатых адиабатических реакторах путем регулирования температуры реакционного потока на входе в каждую ступень изменением подачи на вход исходного компонента и температуры реакционного потока на выходе каждой ступени изменением подачи на вход соответствующей ступени исходного реагента, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода исходных потоков, дополнительно измеряют давление реакционного потока на входе и выходе каждой ступени, перепад давления на сужающем устройстве реакционного потока на входе и выходе каждой ступени, рассчитывают для каждой ступени произведение отношений параметров: перепада давления на выходе и входе ступени, давления на выходе и входе ступени

и температуры на входе и выходе ступени, минимизируют это рассчитанное произведение отношений параметров на каждой ступени путем коррекции температуры реакционного потока на выходе соответствующей ступени, определяют среднюю величину рас

хода исходного реагента в каждой ступени,

температуру реакционного потока на входе в каждую ступень.

сравнивают ее с заданной максимальной величиной и при достижении средней величиной расхода исходного реагента своей заданной максимальной величины увеличивают

Изобретение относится к способу управления газофазными каталитическими процессами, может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности и позволяет сократить расход Исходного потока. Способ реализуется САР, включающей контуры регулирования температуры реакционного потока на входе в первую и вторую ступени реактора изменением по- подачи на вход исходного компонента (датчики (Д) 19, 21, регуляторы 5, 6 (Р), регулирующие органы 9, 10 (РО) на линии подачи кислоты в смесители 3, 4), контуры регулирования температуры реакционного потока на выходе каждой ступени изменением подачи кислорода на вход соответствующей ступени (Р 7, 8, РО 11, 12). САР включает также контуры измерения перепада давления на входе и выходе каждой ступени, температуры и давления на входе и выходе ступени, и по произведению указанных параметров корректируют температуры реакционного потока на выходе соответствующей ступени (Д 27, 29 перепада давле- а ния, Д 23, 25 давления, Д 19, 21 температуры на входе каждой ступени, Д 28, 30, Д 24, 26, Д 20, 22 - на выходе каждой ступени, корректирующий Р 33, 34). 1 ил. 1н (Л Ю 00 4 01 х СлЭ