Способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака Советский патент 1987 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

113

Изобретение относится к автоматизации производства аммиака и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности и промышленности по производству минерапь- ных удобрений.

Целью изобретения является повьппе- ние производительности процесса за счет повышения точности поддержания заданного соотношения водорода и азота на входе в колонну синтеза.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа

Схема содержит потоки 1 и 2 природного газа и пара, конверторы 3 и 4 метана первой и второй ступеней, потоки 5 и 6 основного и дополнительного воздуха, стадию 7 очистки газа, поток 8 циркуляционного газа, аппараты 9 вторичной конденсации аммиака, колонну 10 синтеза, аппараты 11 вторичной конденсации аммиака, потока 12 танковых и продувочных га

зов, датчики 13-18 расходов соответственно природного газа, основного и дополнительного воздуха, свежего, циркуляционного и продувочного газов, датчик 19 содержания метана в свежем газе, дат.чик 20 содержания метана и водорода в циркуляционном газе, датчик 21 давления циркуляционного газа, датчики 22 и 23 температуры вторичной и первичной конденсации аммиака, исполнительные механизмы 24-26 на потоках природного газа, основного и дополнительного воздуха, регуляторы 27-29 природного газа, ос- новного и дополнительного воздуха и вычислительное устройство 30.

Способ осуществляют следующим образом.

Сигналы с датчиков 13-23 поступают в вычислительное устройство 30. В вычислительном устройстве 30 по расходам природного газа (Q ) ,, основного и дополнительного воздуха (Q go Q „ ) и содержанию метана в свежем газе (У рассчитывается сооткоа ение водорода и азота в свежем газе в текущем моменте времени c{c(t).

of(,(t) К(1-К2 М,

100)

се Q По давлению циркуляционного газа

во- Qe.(Рц), температурам первичной и вто- ричной конденсации ( t2K) расходам свежего, продувочного и циркуляционного газов (QC;B пр QK ° держанию метана в свежем и циркуля

t

5

0

5

5

0

5

0

5

122

ционном газах (i cR и,- подородп в циркуляционном газе (у„ ) вычисляют соотношение водорода и азота в циркуляционном газе - o/(t)

c(t) f(P, t,, t,, Q

Qnp Q,,. MCB M, «u.

Определяют состаьляющую управляющего сигнала по возмущению U j(t) как разность между величиной управляющего сигнала в предьщущем моменте времени ft;- (ь-Т)и разностью соотношений водорода и азота в свежем газе в текущем t« (..(t)J и предыдущем « c(t-T) моментах времени

Vg(t) C;(t-T) - Ы(1) - - (t-T).

Далее прогнозируют первую величину изменения соотношения водорода и азота в циркуляционном газе

40, К Lf(t),

где коэффициент.

Вторую и третью величины ния соотношения водорода и азота в циркуляционном газе прогнозируют по выражениям

f (Ь-КТ) - ol(t-KI-T)}-tw/20T) - w (кт);

4с/э (t-2T) + ) ,

где (20T) и W(KT) - коэффициенты; tf(t-2T) , Lf Ct-T) - составляющие

управляющего сигнала по отклонению в предыдущие моменты времени

Далее прогнозируют значение соотношения водорода и азота в циркуляционном газе (a f)

с/п - of{) - 4о 4 4 Составляющую управляющего сигнала по отклонению вычисляют уравнением

(t) ( - („) : Ко ,

где o/j- заданное значение соотношения водорода и азота в циркуляционном газе. Величину управляющего сигнала в

текущем моменте времени вычисляют по

уравнению

) (gCt) + 4 (f(t) - 3 (/(t-2T)

Необходимое изменение расхода воздуха (dQj рассчитывают по уравнению

Q эс + Q 8D

1 +

QnrK,(t-K2 Mc6: lOOT QBO Q«.- (t)Это рассчитанное изменение расход воздуха суммируется с текущим значением расхода дополнительного воздуха и проверяется условие

Qrr- Qa-QsB :г,

где Q минимальное и максимальное значения расхода дополнительного воздуха. Если это условие удовлетворяется, то изменяется расход дополнительного воздуха на величину дОд, в противном случае, расход дополнительного воздуха устанавливается на значении

/P.MUK„ MrtkCvWga + и gjrj ; : /, а расход основного воздуха равен

р. p.wqKC

- gn х&д

Q«o Qfto + Q. + Q

ьо

При достижении расхода воздуха своего верхнего предельного значения расход природного газа на технологию устанавливают на значении

Qnr Qnr+ (Qgo+ QBD K/I-K M./IOO)

Предлагаемый способ позволяет поддерживать соотношение водорода и азота на входе в колонну синтеза с точностью +0,05, что в свою очередь позволяет повысить выработку аммиака

Формула изобретения

1. Способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака путем изменения расхода воздуха в конвертор метана второй ступени в зависимости от расхода природного газа на технологию, составов свежего и циркуляционного газов, расходов свежего и продувочных газов, температур первичной и вторичной конденсации аммиака и регулирования расхода природного газа на технологию, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, дополнительно измеряют расход и давление циркуляционного газа по расходам природного газа и воздуха и содержанию метана в свежем газе, вычисляют соотношение водорода и азота в свежем газе в текущем и предыдущих моментах времени, по расходам свежего.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

продувочного и циркуляционного газов, температурам первичной и вторичной конденсации, давлению циркуляционного газа, содержанию метана в свежем и циркуляционном газах и водорода в циркуляционном газе вычисляют соотношение водорода и азота в циркуляционном газе, определяют составляющую управляющего сигнала по возмущению как разность между величиной управляющего сигнала в предыдущем моменте времени и вычисленной разностью соотношений водорода и азота в свежем газе в текущем и предьщущем моментах времени, по составляющей управляющего сигнала по возмущению прогнозируют первую величину изменения соотношения водорода и азота в циркуляционном газе, по вычисленным соотношениям водорода и азота в свежем газе в предыдущих моментах времени прогнозируют вторую величину изменения соотношения водорода и азота в циркуляционном газе, по составляющей управляющего сигнала по отклоне- ,нию в предыдущие моменты времени прогнозируют третью величину изменения соотношения водорода и азота в циркуляционном газе, прогнозируют значение соотношения водорода и азота в циркуляционном газе как сумму вычисленного соотношения водорода и азота в циркуляционном газе и трех прогнозных величин изменения соотношения водорода и азота в циркуляционном газе, вычисляют составляющую управляющего сигнала по отклонению пропорционально отклонению прогнозного значения соотношения водорода и азота в циркуляционном газе от заданного значения, по составляющей управ- ляющег о сигнала по возмущению и составляющей управляющего сигнала по отклонению в текущем и предыдуш 1Х моментах времени, вычисляют величину управляющего сигнала в текущем моменте времени и корректируют расход воздуха в конвертор метана вто- рой ступени обратно пропорционально вычисленной величине управляющего сигнала в текущем моменте времени.

2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что при подаче воз- духа по основному и дополнительному потокам по вычисленной величине управляющего сигнала в текущем моменте времени определяют,требуемое изменение расхода воздуха, суммируют

его со значением текущего расхода воздуха по дополнительному потоку, сравнивают эту сумму с нижним и верхним предельными значениями и при достижении вычисленной суммой предельных значений устанавливают расход воздуха по дополнительному потоку на среднем значении, а расход воздуха по основному потоку изменяют пропорционально установленному значению расхода воздуха по дополни1350112

тельному потоку и требуемому изме

нению расхода воздуха.

3, Способ по п.1, отличаю щ и и с я тем, что при достижении расходом воздуха своего верхнего предельного значения уменьшают расход природного газа на технологию пропорционально вычисленной величине управляющего сигнала в текущем моменте времени.

Изобретение относится к автоматизации производства аммиака, позволяет повысить производительность процесса и может быть использовано в химической промышленности. Система управления содержит датчики (Д) 13- 18 расходов соответственно природного газа, основного и дополнительного воздуха, свежего, циркуляционного и продувочного газов, Д 19 содержания метана в свежем газе, Д 20 содержания метана и водорода в циркуляционном газе, Д 21 давления циркуляционного газа, Д 22 и 23 температуры вторичной и первичной конденсации аммиака, подключенные к вычислительному устройству 30, выход которого соединен с регуляторами 27, 28 и 29 природного газа, основного и дополнительного воздуха. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. оо сд ю