Способ управления производством аммиака Советский патент 1988 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

(21)4196870/31-26

(22)18.02.87

(46) 2.3.10.88. Бюл. № 39

(71)Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Черкасское производственное объединение Азот им.Комсомола Украины

(72)Г.А.Статюха, А.В.Федоров, И.М.Кисиль, Н.И.Корчака, А.Ф.Под- липняк, В.В.Андрианов, Ю.В.Пискун и Я. В. Кухтинов

(53)66.012-52- (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР :№ 1020373, кл. С 01 С 1/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1350112, кл. С 01 С 1/04, 1985.

(54)СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ :АММИАКА

(57)Изобретение относится к управлению химическими процессами и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промьшленности при управлении производством аммиака. Целью изобретения является повышение производительности установки. Способ предусматривает регулирование состава циркуляционного газа изменением подачи природного газа в конвертер метана (КМ) первой ступени и воздуха в КМ второй ступени. Способ также включает коррекцию подачи воздуха в зависимости от подачи природного газа и прекращение увеличения подачи природного газа хфи измеренном значении давления в цикле синтеза аммиака выше заданного значения и/или температуры смеси на выходе КМ первой ступени ниже заданного значения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

(Л

I Изобретение относится к области : управления химргческими процессами :и может быть использовано в промьш- ленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности при управлении производством аммиака.

Целью изобретения является повышение производительности, : На чертеже приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа.

На схеме обозначены конвертер 1 метана первой ступени, конвертер 2 метана второй ступени, технологическое оборудование 3 стадии конверсии окиси углерода, очистки и метаниро- вания, колонна 4 синтеза, Формирова- |тель 5 соотношения между водородом и азотом вентиль 6 подачи природног газа, первый регулятор 7, измеритель 8 подачи природного газа, первый за- |датчик 9, второй регулятор 10, сум- laTop 11, измеритель 12 давления в системе циркуляции, измерители 13 и 14 температуры смеси после шахт конвертера первой с;тупени, первый и второй элементы 15 и 16 сравнения, элемент ИЛИ 17, программный ограни- читйль 18, сигнализатор 19, блок 20 селекции, первый ограничитель 21, второй задатчик 22, переключатель 23, второй ограничитель 24, вентиль 25 подачи воздуха, третий регулятор 26, делитель 27, третий задатчик 28, четвертый регулятор 29, четвертый задатчик 30 и измеритель 31 подачи воздуха.

Формирователь 5 предназначен для формрфования величины текущего соотношения S между водородом и азотом в системе циркуляции и может быть реализован на базе промьшленного хроматографа, замеряющего концентрации компонентов смеси, в том числе водорода и азота, и блока соотношения, формирующего по концентрациям :водорода и азота величину S. Вентиль :6 предназначен для изменения подачи природного газа, первый регулятор 7 для поддержания задаваемого расхода природного газа. Регулятор 7 может иметь ПИД-структуру. Измеритель 8 предназначен для формирования величины расхода природного газа, первый задатчик 9 - для запоминания задания по расходу гама, вводимого в регулятор 7, второй регулятор 10 - для фор

мирования изменения расхода природного Газа из условия поддержания соотношения S относительно задания, }зводимого в камеру задания этого регулятора. Регулятор 10 может иметь ПИД-структуру..Сумматор 11 предназначен для сложения задания з по величине S с константой а.

Константа а выбирается такой, чтобы при величине S, большей з + а, выполнялось соотношение

15

i -|iip - p °

0

5

0

5

0

5

0

5

где П - производительность процесса

по аммиаку, Г - подача природного газа.

Измеритель 12 предназначен для формирования величины давления Р в системе циркуляции. Измеритель 12 мож но также устанавливать в магистрали подачи свежей азотоводородной смеси.

Измерители 13 и. 14 предназначены для формирования величин температур смеси после двух шахт конвертера первой ступени. Первый элемент 15 сравнения Ьредназначен для сравнения давления Р с ограничением Вр и выработки соответствующего сигнала N при , второй элемент 16 сравнения - для сравнения температурного сигнала t на выходе блока 20 селекции с ограничением Н и выработки соответствующего сигнала К при t f Н,, Необходимость сравнения величины t с ограничением Н объясняется тем, что увеличение подачи газа снижает температуру t, а при (. увеличение подачи газа приводит к нарушению процесса конверсии. .

Элемент ИЛИ 17 предназначен для выработки сигнала В в случае, когда хотя бы на один из двух входов эле- ,мента ИЛИ 17 поступает входной нал. Если ни на одном из входов элемента ИЛИ 17 нет сигналов, то сигнал В на выходе элемента ИЛИ 17 отсут- ствует.

Программный ограничитель 18 предназначен для контроля и ограничения скорости изменения расхода газа. Если , то принимается ЛГ BS, если , то принимается дГ Hj, (ДГ - изменения расхода газа за заданный промежуток времени).

Сигнализатор 19 предназначен для информирования оператора о наличии

предварительной ситуации в случае, когда контролируемая величина соотношения меткду водоролом и азотом выходит за ограничения Н и Bf

Блок 20 селекции предназначен для выбора из двух входных величин меньшей и вьщачи этой величины.

Первьш ограничитель 21 контролирует величины расхода природного газа по максимальному и минимальному значениям расхода. Он блокирует увеличение подачи газа при и блокирует снижение подачи газа при Г i HF .

В.торой задатчик 22 предназначен для ввода задания по подаче газа при отключении первого задатчика 9 от первого ограничителя 21.

Переключатель 23 предназначен для отключения первого задатчика 9 от ограничителя 21 с подключением к первому задатчику 9 второго задатчика 22, Второй задатчик 22 и переключатель 23 служат для повьшения удобства эксплуатации системы и могу использоваться, например при настроечных работах.

Второй ограничитель 24 предназначен для блокировки увеличения подачи газа при наличии сигнала В путем зануления положительного прираще - ния Д Г,

Вентиль 25 предназначен для изменения подачи воздуха в конвертер 2 второй ступени, третий регулятор 26 для поддержания задаваемого расхода воздуха, делитель 27 - для деления величины задания по,расходу газа на коэффициент Ь , равный текущему отношению подачи газа к подаче воздуха, третий задатчик 28 - для хранения величины р) ,

Четвертый регулятор 29 корректирует величину Р) из условия поддержания соотношения S относительно задания з, которое формируется в четвертом задатчике 30.

Измеритель 31 подачи воздуха предназначен для формирования величины расхода воздуха, подача которого изменяется с помощью вентиля 25,

Способ осуществляют следующим образом.

При помощи формирователя 5 формируют текущее значение соотношения S, которое подают на входы второго и четвертого регуляторов 10 и 29 и вхо сигнализатора 19. При помощи измерителя 12 опреде.пяют величину давления .Р в системе циркуляции или в системе подачи свежей смеси н подают эту величину на вход первого элемента 15 сравнения, С помощью первого элемента 15 сравнения сравнивают давление Р с ограничением Вр и при Bbwamt сигнал N на первьш вход элемента ШШ 17.

Q С помощью измерителей 13 и 14 формируют значения температур смеси на выходе шахт конвертера пер вой ступени и подают на входы блока 20 селекции, с помощью которого определяют

5 величину t наименьшей температуры и подают ее на вход второго элемента. 16 сравнения. С помощью последнего срав- ниваю т температуру t с ограничением Н и при выдают сигнал К на

0 второй вход элемента ИЛИ 17. С помо- щью элемента ИЛИ 17 вырабатьтают сигнал В в случае поступления сигнала N или К либо при одновременном поступлении сигналов N и К. Сигнал В

5 подают на первьд вход второго ограничителя 24, С помощью четвертого задатчика 30 формируют задание з по соотношению S, которое подают на вход сумматора 11 и в камеру задания чет0 вертого регулятора 29, С помощью вто- рого регулятора 10 вырабатывают управление по изменению задания регулятору 7 подачи природного газа из условия поддержания соотношения S относительно скорректированного задания 3 + а, которое получают в сумматоре 11 и подают в задания регулятора 10, Полученное в регуляторе 10 управление подают на второй вход второго ограничителя 24, где корректируют его в зависимости от наличия сигнала В, и подают на вход программного огран гчителя 18, С помощью программного 18 и первого 21 ограничителей корректируют величину управления по величине изменения расхода газа за заданный промежуток времени (по скорости изменения расхода газа) и по допустимой величине расхода. Затем через переключатель 23 вьщают управление на вход первого задатчика 9, где происходит коррекция задан51я по расходу газа первому регулятору 7, Сформированное задание вьщают в камеру задания пос леднего. При помощи регулятора 7 и вентиля 6 поддерживают требуемый расход газа, значение которого определяют при помощи измерителя 8 и

0

5

0

дят в регулятор 7. При разамкнутой цепи переключателя 23 на вход первого задатчикй 9 вводят управление с второго задатчика 22, При помощи контура регулирования, содержащего измеритель 31 подачи воздуха, вентиль 25 подачи воздуха и третий регулятор 26, поддерживают подачу поздуха в соответствии с величиной, подаваемой с выхода делителя 27 в камеру задания регулятора 26, При помощи делителя 27, третьего задатчика 28 и четвертого регулятора 29 формиру- №т величину задания регулятору 26 из Условия поддержания регулируемой величины соотношения между водородом и азотом относительно задания з С коррекцией по текущему заданию 1 улятору 7,

Йри отсутствии замеров температуры на выходе каждой шахты конвертера йервой ступени можно использовать упрощенный вариант способа, учиты- йающий результирутощую температуру газа на выходе этого конвертера;

Таким образом, корректировка расхода газа из условия регулирова- йия соотношения S относительно задания 3 + а приводит к максимизации выпуска аммиакаJ так как при. реализа ции способа всегда поддерживается режим, соответствующий наибольшей производительности процесса и максимально допустимой подаче газа для данного режима, с автоматическим предупреждением предаварийных ситуаций, возникающих при нарущении соотношения S вследствие действия на объект возмущений или при нарущении работы системы подачи воздуха в конвертер 2 второй ступени. I Способ может быть реализован как ria базе УВМ, так и на основе стандартных аналоговых средств автомати- 31ации.

Предложенный способ обеспечивает по сравнению с прототипом более высокое качество управления процессом .синтеза аммиака, поскольку позволяет, увеличить точность регулирования сое тана смеси в системе циркуляции и прдупредить возникновение ряда аварийн режимов, возникающих при нарушении

5

0

состава смеси. Это приводит к повышению стабильности процесса и увеличению его производительности.

Формула изобретения

1.Способ управления производством ак1мнака путем регулирования состава циркуляционного газа изменением подачи воздуха в конвертер метана второй ступени, измерения давления циркуляционного или свежего газа и регулирования подачи природного газа в конвертер метана первой ступени, отличающийся тем, что, с целью повьщгения производительности, дополнительно измеряют температуру смеси на выходе конвертера метана первой ступени, регулируют состав циркуляционного газа изменением подачи природного газа в конвертер метана первой ступени., корректируют подачу воздуха в конвертер метана

5 второй ступени в зависимости от расхода природного газа в конвертер метана первой ступени, сравнивают измеренные значения давления циркуляционного или свежего газа и температуру смеси на выходе конвертера метана первой ступени с заданными значениями и при измеренном значении давления циркуляционного или свежего газа вьщ1е заданного значения и/или температуры смеси на выходе конвертера метана первой ступени ниже заданного значения прекращают увеличение подачи природного газа в конвертер метана первой ступени.

2.Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что измеряют температуру смеси на выходе каждой шахты конвертера метана первой ступени, определяют минимальное значение из этих температур и по нему судят об измеренном значении температуры смеси на выходе конвертера метана первой ступени.

3.Способ по п.1 или по пп.1 и 2, отличающийся тем, что подачу природного газа в конвертер метана первой ступени ограничивают по скорости его изменения и максимальному и минимальному значениям расхода.

0

5

0

5

0

ГО)