Способ управления процессом получения элементарной серы Советский патент 1988 года по МПК C01B17/04 G05D27/00 

Изобретение относится к способам управления- химическим процессом получения элементарной серы из концентрированных сероводородсодержащих газов двухконверторным каталитическим окислением и может быть использовано в нефтехимической, химической и газовой промышленности.

Цель изобретения - увеличение выхода элементарной серы.

На чертеже представлена структурная схема реализации предлагаемого способа управления.

Система управления содержит регуляторы 1 и 2 соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени конверсии, датчики 3-6 соответственно расходов кислого газа и воздуха, установленные на линиях подачи реагентов в реактор генератор и печь-подогреватель газов первой ступени конверсии, исполнительные механизмы (регулирующие клап на) 7 и 8, установленные на линиях подачи воздуха в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени конверсии, регулятор 9 соотношения расходов топливного газа и воздуха, .подаваемых в печь -подогреватель второй ступени конверсии, датчики 10 и 11 расходов топливного газа и воздуха, установленные на линиях подачи реагентов в печь-подогреватель второ ступени конверсии, исполнительный механизм (клапан) 12, установленный на линии подачи топливного газа, датчики 13 и 14 температуры кислого газа и воздуха, датчики 15 и 16 давлений кислого газа и воздуха, датчик

17измерения состава кислого газа, измеряющего концентрацию сероводорода и горючих углеводородов, датчики

18и 19 измерения состава (концентрации сероводорода и диоксида серы) отходящих газах перед печью дожига и соответствующие им концентратоме- ры 20 и 21 сероводорода и диоксида серы, вычислительное устройство 22 и регулятор - оптимизатор 23,

Способ управления осуществляется следующим образом.

Сигналы с датчиков 3 и 5 измерения расходов кислого газа Qj, и воз1

духа Q,, датчика 17 измерения соста- ва кислого газа, измеряющего концентрацию сероводорода - Сц с,и горючих углеводородов в пересчете на метан Q;M% датчиков 13 и 14 температуры.

измеряющих температуру кислого газа Т Р и воздуха Tg, датчиков 15 и 16 давления, измеряющих давление кислого газа и воздуха Р, и Р поступают на вычислительное устройство 22, которое производит по измеренным значениям расчет расходов кислого газа и воздуха, поступающих в реактор-генератор, приведенных к нормальным условиям. Туда же поступают сигналы с датчиков 4, 6, 10 и 11 расходов. Расчет расходов производится в соответствии с выражением

5

0

0

5

О Р+1,033)273,2

Jtf+T

(О

Гт+ ТзТ Т ТТОЗз

где К. - поправочный коэффициент, i-ro расходного датчика; Q; - измеряемый расход i-ro датчика;Р - давление потока, кгс/см ; Т - температура потока,С. По измеренным датчиком 17 концен вк

и углевотрациям сероводорода

,-. Вх дородов С,ц и вычисленному расходу

кислого газа Q рассчитывается количество сероводорода углеводородов в кислом газе с выражениями

HjS

в соответствии

(2)

По полученным значениям рассчитывается необходимое количество воздуха, необходимое для сжигания сероводорода и углеводородов по выражению ti

(3)

V ,52 G

сн

где If - коэффициент, устанавливающий соотношение Между количеством сероводорода и количе ством воздуха, необходимого для сжигания сероводорода, содержащегося в кислом газе. Из (1)-(3) следует, что

ь..

(4-)

С„,+9,52

CHJ

К.г

к.

ИР г+1,033)(Ть+273,2) „-„„„оечны IP;-+T7 3337IT +275:I7 настроечны коэффициент регулятора соотношения измеренных расходов воздуха и кислого газа. Вычислительное устройство 22 при изменении входных параметров С

Сс

НА

К1

ь

т. и-Т,

к г

А

по сигналам

31364605

с соответствующих датчиков производит вычисление настроечного коэффициента регулятора 1 расхода соотношения согласно выражению (4) при заданном V- значениИ коэффициента м.

Вычисленное значение коэффициента i поступает в виде задания на регулятор 1 сог)тношения, который посредством регулирующего клапана 7 уста10

гд

навливает расход воздуха Q., поступающего в реактор-генератор в соответствии с равенством (4).

Коэффициент у в выражении (3) на. промышленных установках может варьироваться в диапазоне от 1,9 до 2,74 ед., что соответствует диапазону изменения коэффициента от 1,76 до 2,55, задаваемому регулятором 1 соотношения расходов воздуха и кислого газа в реактор-генератор.

Конкретное значение соотношений расходов у регулятора 1 соотношения обычно устанавливается таким, что соотношение концентраций сероводорода и диоксида серы в отходящих газах перед печью дожига равно заданному значению. В известном способе управления это значение соотношения Сц /С о равно 2. Для этого в вычислительное устройство 22 поступают сигналы с датчиков 18 и 19 измерения состава и соответствующих кон- центратомеров 20 и 21 сероводорода и диоксида серы, которые вычисляют соотношение концентраций:

№1Х Нг5

г 5ы)Г so.

(5)

В известном способе управления формируется сигнал отклонения соотноR

,-,

il.

(-Bbix Ог

от заданного значения

4

а также производится установка такого коэффициента у регулятора соотношения, которое обеспечивает нулевое отклонение R от заданного значения В

50

Вследствие кинетических ограничений реакций процесса Клауса старения катализаторов эти коэффициенты не могут быть однозначно определены расчетным путем.

Задачу нахождения оптимальных коэффициентов соотношения у , у дик каждого момента времени решает регут.е. .

(/ В отличие от известного способа по предлагаемому способу вычислительное устройство 22 по сигналам от датчиков 3-6, 9, 10, 13-17 и концент- 55 лятор-оптимизатор 23, который работа- ратомеров 20 и 21 производит расчет ет следующим образом. степени конверсии установки получе- Оптимизация процесса регулятором- ния серы в соответствии со следующей оптимизатором 23 осуществляется на функциональной зависимостью:двух уровнях.

(7:

100

10

15

20

25

30

35

40

50

где

Q,

к г

Г Г

45

суммарный расход воздуха на установку, равньш сумме расходов 0., (, Q., поступающих на реактор-генератор, печи-подогревателя газов I и II- ступени, приведенные к нормальным условиям; суммарный расход кислого газа на установку, равный сумме расходов Q. Q,, поступаюш 5х на реактор-генератор и печь - подогреватель газов I ступени, приведенные к нормальным условиям; расход топливного газа в печь-подогреватель II ступени, приведенной к нормальным условиям.

Для исключения влияния случайных помех при измерении вычислительное устройство производит расчет среднего значения степени конверсии установки за заданный период времени усреднения 0,5-1,5 ч. Выходной сигнал с вычислительного устройства 22, несущий, информацию- о вычисленных значениях соотношения -концентраций сероводорода и диоксида серы в отходящих газах R и средней степени конверсии , поступает на регулятор-оптимизатор 23.

Для эффективного ведения процесса получения серы на установках Клауса необходимо установить коэффициенты соотношения , 5 регуляторов 1 и 2 соотношений расходов на оптимальном уровне, которые обычно определяют экспериментально.

Вследствие кинетических ограничений реакций процесса Клауса старения катализаторов эти коэффициенты не могут быть однозначно определены расчетным путем.

Задачу нахождения оптимальных коэффициентов соотношения у , у дик каждого момента времени решает регу- 55 лятор-оптимизатор 23, который работа- ет следующим образом. Оптимизация процесса регулятором- оптимизатором 23 осуществляется на двух уровнях.

На первом уровне управления, как и в известном способе, алгоритм оптимизации заключается в установлении н выходе оптимизатора такого значения Т и в соответствии с выражением (4) значения У,, которое обеспечивает равенство соотношения R заданному значению R(j при постоянном значении у.

На втором уровче оптимизации ре- гулятор-оптимизатор 23 работает по следующему алгоритму. Он воспринимает от вычислительного устройства 22 среднее значение степени конверсии I за прошедший период времени усред- нения и значение соотношения R.

Регулятор-оптимизатор запоминает |, изменяет заданное соотношение R, после чего передает управление на первый уровень оптимизации.

В соответствии с алгоритмом первого уровня производится поиск новог значения Y, а следовательно у , которое обеспечивает равенство соотношения измененному заданному значению Н

Вычислительное устройство 22 вычисляет новое значение 7 .

Оптимизатор последовательно сравнивает новое значение г с ранее запомненным на предыдущем шаге ив .соответствии с выбранным методом оптимизации отыскивает такое значение R , а значит и значение выхода оптимизатора Y i связанное с козффициен- том соотношения регулятора выражением ( 4 ), которое обеспечивает максимальное значение расчетной степени конверсии h, т.е. производит поиск локального максимума по у, а следовательно по у , при постоянном

У,.

значении j .

После этого оптимизатор аналогичным образом начинает изменения и по- ,иск значения , обеспечивающего максимальное значение Ti при постоянном значении , после чего переходит к поиску нового оптимального значения Rg, а следовательно ly. к i , it так до нахождения глобального максимума достигаемой степени конверсии .

Поиск оптимальных значений и i идет непрерывно в течение всего времен работы установки получения серы.

Таким образом, последовательность операций оптимизатора состоит в пошаговом изменении и поиске таких значений у и ,)1 , а значит и коэффициентов настроек регуляторов 1 и 2 соотношений, которые обеспечивают максимальное значение расчетной величины

g

n

5

„

0

5

0

средней степени конверсии в соответствии с выражением (7 за заданный период времени.

Использование способа управления позволяет увеличить выход серы с установок Клауса до 2-5%, уменьшить выбросы до диоксида серы в атмосферу и повысить точность регулирования расхода воздуха для оптимального ведения процесса на 10-15%.

Формула изобретения

Способ управления процессом получения элементарной серы в установке с двухконверторным каталитическим окислением сероводородсодержащих газов путем регулирования соотношения расходов воздуха и топливного газа, подаваемых в печь-пОдогреватель второй ступени, изменения расхода топливного газа, измерения расходов, температур и давлений кислого газа и воздуха, подаваемых в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени, измерения концентраций сероводорода и углеводородов в кислом газе, и сероводорода и диоксида серы в хвостовых газах и расчета соотношения концентраций сероводорода к диоксиду серы, регулирования соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени, изменением расхода воздуха, с коррекцией по концентрациям сероводорода и углеводородов в кислом газе и рассчитанному соотношению концентраций сероводорода к диоксиду серы, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения выхода элементарной серы, рассчитывают суммарные значения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых на установку, по измеренным значениям расхода топливного газа, концентраций сероводорода и диоксида серы в хвостовых газах и сероводорода в кислом газе и рассчитанным суммарным значением расходов кислого газа и воздуха вычисляют степень конверсии сероводорода в серу t в соответствии с выражением

5

вЬ1Х H,S

cl

6biX SOj

Qb+Q7,. ..i,..-..-,,

.r

8ЫХ

1ВЫХ

Hi,

Too

13646058

где Q I, и суммарные значения рас- и дополнительно корректируют расхо- ходов воздуха и кисло- ды воздуха, подаваемого в реактор-ге- го газа на установку; нератор и печь-подогреватель первой Q - расход топливного газа, ступени пропорционально отклонению

подаваемого в печь-повычислительного значения степени

догреватель второй сту- конверсии сероводорода в серу; (.:„ „, , пени;от ее максимального значения ,

H S ol сероводо- (достигаемого при коррекциях. рода.и диоксида серы в ю хвостовых газах.

Изобретение относится к способу управления процессом получения элементарной серы, может быть использовано в нефтехимической, химической и газовой промьшшенности и позволяет увеличить выход элементарной серы. Способ реализуется системой управлеТоплийный газ t т О }Oi;r,.r.;Tt у - 2г; л/ | ния, содержащей регулятор (Р) 1 соотношения расходов кислого газа и воздуха, связанный с соответствующими датчиками расхода (д) -3,5 клапаном (к) 7 и выходом вычислительного устройства 22. Система также содер- ЗИ1Т Р 2 соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в печь- подогреватель первой ступени конверсии, связанный с соответствующими Д 4, 6 расхода К 8 и с выходом оптимизатора 23. Система содержит Р 9 соотношения расходов топливного газа и воздуха, связанный своими входами с соответствующими Д 10, 11 расхода, а выходом - с К 12 топливного газа. На выходе сероуловителя установлены Д 18 и 19 измерения концентрации сероводорода и диоксида серы, связанные с соответствующими им концентра- томерами 20 и 21, подключенными к од-. ному из входов вычислительного устройства. 22. 1 ил. S СЛ