Устройство для автоматического управления процессом дегидрирования углеводородов Советский патент 1988 года по МПК C07C5/32 G05D27/00 

Cb/fliie

00 j; to

Изобретение относится к устрой- ствам для автоматического управления процессами дегидрирования углеводородов, протекающими в реакторах со стационарным- слоем катализатора, нат пример в процессе окислительного де- ; гидрирования н-бутиленов в давинил, и может быть использовано в химической и нефтехимической промьшшенности при автоматизации процессов получения мономеров. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта и снижение удельного расхода пара. Устройство содержит датчик (Д) 1 и регулятор (Р) 3 температуры над слоем катализатора, Д 8 расхода пара, Д 15 и Р 13 температуры пара на выходе печи, логический блок 18, который в зависимости от показаний Д 1 и Д 15 изменяет подачу топлива в печь с коррекцией по показанию Д 8. Другой контур регулирования содержит Д 21, 22, 23 температуры в слое катализатора, подключенные через искатель 20 максимальной температуры к Р 24, воздействующему на подачу пара в печь. Задание Р 24 формируется в зависимости от среднеквадратичного отклонения текущей максимальной температуры от заданного значения и предельно допустимой температуры. 1 з.п. ф-лы. 2 ил 3 табл. О)

Нант, газ Фиг.1

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессами дегидрирования углеводородов, протекающими в реакторах со стационарным слоем катализатора, нап ример, в процессе окислительного дегидрирования н-бутиленов в дивинил, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности при автоматизации процессов получения мономеров.

Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта и снижение удельного расхода пара.

На фиг. 1 приведена блок-схема I устройства; на фиг, 2 - блок-схема I логического блока.

:

I Устрсйство содержит датчик 1 тем- |пературы над слоем катализа тора, ре- актор 2 окислительного дегидрирования jн-бутиленов в дивинил, регулятор 3 I температуры над слоем катализатора, первый задатчик 4 температуры над ело ;eMi ключ 5, запоминающее устройство 16, первый сумматор 7, датчик 8 расхо- |да пара, пароперегревательную печь 9, jвторой сумматор 10, первый блок 11 ;задержки, усилитель 12, регулятор 13 температуры пара на выходе из печи, исполнительный механизм 14 на линии подачи топливного газа в печь, датчик

15температуры пара на выходе печи, ;первый компаратор 16, второй блок 17

задержки, логический блок 18, второй компаратор 19, искатель 20 максима- Ильной температуры в слое катализато- :ра, датчики 21-23 температуры в слое катализатора, регулятор 24 максимальной температуры в слое катализатора, вычислит.ельный блок 25, счетчик 26, таймер 27, второй задатчик 28 температуры в слое катализатора, коммутато 29 третий сумматор 30, четвертый сумматор 31, инвертор 32, третий компаратор 33, третий задатчик 34 предельно допустимой максимальной температуры в слое катализатора и исполнительный механизм 35 пода.чи пара в печь.

Логический блок 18 состоит из параллельно соединенных элементов И 36 и элемента ИЛИ-НЕ 37 (фиг. 2). Элемент 36 вырабатывает выходной сигнал Y1 по схеме, представленной в табл.1 (XI и Х2 - выходные сигналы первого

16и второго 19 компараторов соответственно) .

Таблица 1

Элемент 37 вырабатывает выходной сигнал Y2 по схеме, представленной в табл. 2.

Таблица 2

1

1 О

О 1

О

1

О

о

о о 1

25

30

5

0 |5 0

т

Параллельным соединением элементов 36 и 37 достигается формирование сум- маторного выходного сигнала Y в соответствии с табл. 3.

Устройство реализуется на стандартных элементах системы ГСП и средствах микропроцессорной техники.

Устройство работает следзпощим образом.

Сигнал от датчика 1 температуры Т над слоем катализатора в реакторе 2 поступает в регулятор 3, где сравнивается с заданным значением от первого задатчика 4 температуры Т .. Регулятор 3 в соответствии с ПИ-за ко- ном регулирования вьфабатывает управляющий сигнал..

Сигнал и через ключ 5 и запоминающее устройство 6 поступает на один из входов первого сумма.тора 7, Сигнал от датчика 8 расхода пара в печь 9 Gf,j поступает на один из выходов второго сумматора 10 и на вход первого, блока 11 задержки, который инвертирует входной сигнал и выдает его на друг.ой вход второго сумматора 10 с временной задержкой fB виде сигнала

C-Ghj.i).

Выходной сигнал второго сумматора 10, пройдя через усилитель 12, поступает на второй вход первого сумматора 7 в виде сигнала ,

55

и.

Кз(С hi - G 4-1 )

(i;

где Kj

коэффициент усиления усилителя 12;

i - дискретные моменты времени

с периодом S

Сигналы Ц, и Uj поступают на входы первого сумматора 7, формирующего задание регулятора 13 температуры пара из печи 9 по формуле

/

и

и,+

Ц.

Регулятор 13 температуры пара в , соответствии с ПИ-законом регулирования вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на исполнительный механизм 1А на линии подачи топливного газа в печь 9« Сигнал от датчика 15 температуры пара из печи 9 Т - поступает на вход Переменная регулятора 13 температуры.пара,.на первый вход первого компаратора 16 и на вход второго блока 17 задержки, который на второй вход компаратора 16 ввдает

сигнал Т

Ml-1

равный входному с временной задержкой D. Первьй компаратор 16 сравнивает величины входных сигналов Т„; и Т., и вьщает результат сравнения в виде двухуровневого логического сигнала гического блока 18 по условию

X. на первый вход лоХ, О, при Тп, Tpj.,.; Х, 1, при Т ,, Т j.,

(3)

На входы второго компаратора 19

поступают

сигналы Т

датчика 4 и от датчика 1 температуры над слоем катализатора. В результате сравнения этих сигналов компаратор 19 вырабатывает двухуровневый логический сигнал Х, поступающий на второй вход логического блока 18, по условию

от первого за- лизатора нет необходимости изменять

задание регулятору 13 температуры пара - это может привести к увеличению рассогласования и времени переходного процесса в канале Расход

Q ТОПЛИВНОГО газа - темпер|атура над слоем катализатора. Несовпадение сигналов на входах логического блока 18 говорит о том, что в канал Расход топливного газа - температура па

Xi О, при ТрТ,,.; Х2 1, при Ц .

(4)

Логический блок 18 вырабатывает вькодной сигнал Y по схеме, представленной в табл, 3.

Таблица 3

10

Логический блок 18 анализирует четыре возможные ситуации:

а)температура пара уменьшается

и температура над слоем катализатора ниже заданной;

б)температура пара увеличивается и температура над слоем катализатора вьше заданной;

в)температура пара увеличивается, а температура над слоем катализатора ниже заданной;

г)температура пара уменьшается, а температура над слоем катализатора

1g выше заданной.

В случаях а) и 6J, когда выходные сигналы компараторов 16и 9 Х и Х совпадают, для ликвидации рассогласования между текущей и заданной температурой над слоем катализатора необходимо изменить в соответствующую сторону задание регулятору 13 температуры пара. При этом логический блок 18 вырабатывает управляющий выходной

20

25

сигнал Y

замыкающий ключ, каторыи пропускает на вход первого сумматора 7 через запоминающее устройство 6, служащее для запоминания последнего вьданного воздействия U(, управля- 2Q ющий сигнал регулятора 3 температуры над слоем катализатора.

В случаях в) и г) для ликвидации рассогласования между текущей и заданной температурой над слоем катазадание регулятору 13 температуры пара - это может привести к увеличению рассогласования и времени переходного процесса в канале Расход

Q ТОПЛИВНОГО газа - темпер|атура над слоем катализатора. Несовпадение сигналов на входах логического блока 18 говорит о том, что в канал Расход топливного газа - температура паg pa поступило возмущение и происходит его обработка регулятором 13, /или же не успело отработать из-за запаздывания предыдущее управляющее воздействие U, поступающее на вход регулятора 13. В этом случае логический блок 18 вырабатывает выходной сигнал Y О, который размыкает ключ 5. На входе сумматора 7 остается прежнее значение управляющего сигнала регулятора 3, хранящееся в запоминающем устройстве 6.

Такое взаимодействие блоков 1-19 направлено на снижение отрицательного влияния на качество регулирования

0

5

514

инерционности канала Расход топливного газа - температура над слоем катализатора за счет компенсации изменений расхода теплоносителя (пара) его температурой и учета блоками 16- 19 запаздывания в канале Температура пара - температура над слоем катализатора .

Последнее необходимо в тех случаях, когда время отработки возмущения (например, изменение состава или давления топлива) соизмеримо или меньше времени чистого запаздывания в канале Температура пара - температура над слоем канализатора.

Далее искатель 20 максимальной температуры в слое катализатора реактора 2 по сигналам от датчиков 21-23. температуры определяет максимальнуто температуру Т и посылает ее в качестве переменной на вход регулятора 24 максимальной температуры. Задание Т| регулятору 24 определяется из условий :

Т| Туст если TVCT+ (5) TJ Тусг-36, если Тусг Зб7Тмчкс,С6)

где TL-JCT установленное из технологических соображений задание на Т, вырабатываемое вторым задатчиком 25 максимальной температуры в слое;

TMCIKC предельно допустимое значение Tj, после которого наступает термическое разрушение катализатора; & - среднеквадратичное отклонение температуры Tj. от . заданного значения Т| за определенный промежуток времени.

Среднеквадратичное отклонение регулируемой величины рассчитывается автоматически вычислительным блоком 25 по текущим измерениям Т| и Tj по формуле

Jn (ТЗ -Т 2 te:-l . п-1

(7)

где п - целое число моментов времени, за которое рассчитывается дисперсия, например 30, при дискретности работы устройства 1 раз в минуту, Дискретные моменты времени п накап

ливаются в счетчике 26 и поступают

8426

также в вычислительный блок 25. Счетчик 26 работает от таймера 27. Выходной сигнал вычислительного блока устанавливается равным утроенному значению рассчитанного среднеквадратичного отклонения 36.

Выходной сигнал Ту,.- второго за- датчика 28 температуры поступает на

0 первьй вход к;оммутатора 29, на один из входов третьего сумматора 30 и на один из входов четвертого сумматора 31. На другой вход третьего сумматора 30 через инвертор 32 поступает

5 утроенное значение среднеквадратичного отклонения регулирования температуры в слое с обратным знаком (-Зй).

Входные сигналы Т УСТ , и (-36) суммируются третьим сумматором 30 и пос0 тупают на второй вход коммутатора 29, На другой вход четвертого сумматора 31 поступает утроенное значение среднеквадратичного отклонения регулирования температуры в слое 3. Входные

5 сигналы 3.6.суммируются четвер . тым сумматором 31 и поступают на один из входов третьего компаратора . 33, на другой вход которого от третьего задатчика 34 подается предельно

0 допустимое значение максимальной температуры в слое катализатора Компаратор 33 сравнивает величины входных сигналов (Т + 36) и Тддакс и вьиает результат сравнения в виде двухуровневого логического сигнала Z, поступающего на управляющий вход коммутатора 29, через который на вход Задание регулятора 24 максимальной температуры в слое катализатора подается сигнал Т| в соответствии с условиями (5) и (Ь).

Выбор задания регулятору 24 в соответствии с изложенным позволяет минимизировать вероятность нарушений технологического режима при действии различных возмущений на температурный

режим реактора 2. Регулятор 24 в со1. . ответствии с ПИ-законом регулирования

вырабатывает управляющее воздействие, 50 поступающее на исполнительный механизм 35 на линии расхода пара в печь 9. Изменение расхода пара в реактор

2изменяет скорость реакции в слое катализатора и количество вьщеляемого,

55 тепла, а следовательно температуру в слое. Уменьшение расхода пара ведет к увеличению температуры Т и наоборот, увеличение расхода пара снижает температуру Т.

35

40

45

Таким образом, предлагаемое уст ройство автоматического управления позволяет повысить качество регулирования важнейших технологических параметров процесса и его эффективность в целом за счет более точного вьдер- жибания регламентного технологического режима. Повьппение эффективности процесса (например, получения дивинила) выражается через увеличение выходов целевого продукта на пропущенное и разложенное сырье на 0,1% и снижение удельного расхода пара на 0,05 Гкал/т.

Фор м у ла изобретения

подключен к входу Задание регулятора температуры пара на выходе печи, первый вход вычислительного блока через счетчик подключен к выходу таймера, выход искателя- максимальной температуры параллельно подключен к второму входу вычислительного блока и к входу Переменная регулятора максимальной температуры, соединенного сво им выходом с исполнительным механизмом подачи пара в печь, выход коммутатора парал-пельно подключен к входу Задание регулятора максимальной температуры и третьему входу вычислительного блока, в ыход которого параллельно подсоединен к первому входу четвертого сум1-1атора и через инвертор к первому входу третьего сумматора, выход второго задатчика температуры параллельно подключен к вторым входам третьего и четвертого сумматоров и первому входу компаратора, соединенного своим вторым входом с выходом третьего сумматора, а третьим входом с выходом третьего компаратора, первый вход которого связан с выходом третьего задатчика, а второй вход - с выходом четвертого сумматора, датчик теьшературы пара на выходе печи параллельно подключен к первому входу первого компаратора и через второй блок задержки - к его второму входу, выход первого задатчика параллельно cor единен с входом Задание регулятора температуры над слоем катализатора реактора и с первым входом второго компаратора, подключенного своим вторым входом к датчику температуры над слоем катализатора реактора, а выходом - к первому входу логического бло Kaj второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход логического блока связан с управляющим входом ключа.

OfnJ6

36

фиг. I

От 19