Способ автоматического управления процессом очистки хвостовых газов от оксидов азота Советский патент 1991 года по МПК C01B21/38 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации химических производств и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности в производстве азотной кислоты.

Цель изобретения - снижение удельного расхода аммиака и суммарного содержания аммиака и оксидов азота в атмосферных выбросах.

Анализ результатов исследований по очистке хвостовых нитрозных газов показывает, что для обеспечения необходимой степени очистки с увеличением объемной скорости газа необходимо повышать температуру процесса в реакторе каталитической очистки. При объемной скорости газа 5000 ч 1 достигается требуемое значение по

суммарному содержанию оксидов азота и аммиака в очищенном газе (менее 0,005 об.%) при 200° С в реакторе, а при объемной скорости 15000 ч 1 для достижения той же степени восст новления необходима температура более 300° С.

Ввиду того, что объемная скорость хвостовых нитрозных газов в реакторе каталитической очистки задается условиями работы предыдущих стадий цеха (нагрузки), а температура в реакторе определяется в основном теплообменом в подогревателе отходящих газов, в общем случае не удается достичь в реакторе оптимального соответствия объемной скорости газов и температуры, при этом для каждой нагрузки и температуры существует определенное значение степени очистки, которое невозможО

о

4 XI О

но повысить увеличением дозирования ам- миака. Экспериментально для нагрузок в области Q « (5000-15000) установлена зависимость степени очистки а(%) от объемной скорости Q газа и температуры Т1 в реакторе каталитической очистки

.(0,37, ,98)+ 0,25 . Т1 + 100,2,

где а. - степень очистки хвостовых нитро- зных газов от оксидов азота, %;

Q - объемная скорость газа в реакторе, ч 1;

Т1 - температура в реакторе, °С.

Другим важным фактором, влияющим на содержание оксидов азота в хвостовых газах, является эффективность работы абсорбционной колонны (физико-химических и гидродинамических условий абсорбции), Ввиду того, что при растворении оксидов азота выделяется тепло реакции, наиболее важным фактором из перечисленных является температура ведения процесса, В промышленной практике тепло реакций, протекающих в абсорбционной колонне, отводят водой,подаваемой в змеевики, распо- ложенные на тарелках колонны. Снижение температуры способствует уменьшению содержания оксидов азота в отходящих газах, так как увеличивается скорость поглощения оксидов азота, равновесие реакции смеща- ется в сторону образования азотной кислоты.

В промышленных условиях получение захоложенной воды с достаточно низкой и стабильной температурой не всегда являет- ся возможным. Климатические суточные колебания температуры среды существенно сказываются на температуре захоложенной воды, и как следствие, на температуре ведения процесса абсорбции.

Ввиду того, что изменение нагрузки колонны по газовой фазе автоматически изменяет орошение колонны и не оказывает существенного значения уа содержание оксидов азота в отходящих газах, эксперимен- тально найдена зависимость содержания оксидов азота на выходе из колонны в зависимости от температуры Т2 в колонне для рабочего диапазона (20-401° С:

J 8.8 J . Т2° 87 -1,, где р - содержание оксидов аЗота в отходящих из колонны газах, % об.;

Т2 - температура ведения процесса в абсорбционной колонне, °С.

На чертеже дана схема реализации способа.

Схема включает абсорбционную колонну 1, скоростной газовый теплообменник 2, реактор 3 каталитической очистки, датчики

-

0

5 0 5 0

5 0

5 -

0

5

4 и 5 температуры сред соответственно в колонне 1 и реакторе 3, датчик (расходомер) 6 расхода Q газовой фазы в колонну 1, датчик 7 содержания оксидов азота в отходящих из реактора 3 хвостовых газах, блок 8 расчета состава газов на выходе из колонны 1, блок 9 расчета степени очистки в реакторе 3, блок 10 расчета содержания оксидов азота в отходящих из реактора 3 хвостовых газах, схему 11 сравнения, блок 12 соотношения и клапан 13 подачи аммиака в реактор 3 каталитической очистки.

Схема работает следующим образом.

Нитрозные газы после окисления на предыдущей стадии поступают при температуре 300-340° С в теплообменник 2, где охлаждаются до температуры 20-40° С, и далее поступают в нижнюю часть абсорбционной колонны 1. Объем поступающих нит- розных газов замеряют расходомером 6. В верхнюю часть колонны 1 пода ют в качестве орошения слабый раствор азотной кислоты. На змеевики, расположенные на тарелках колонны 1, подают захоложенную воду для снятия тепла реакций, протекающих в колонне 1. Температуру процесса в колонне 1 замеряют датчиком 4 и сигнал Т2 подают в блок 8 расчета состава газовой фазы на выходе из колонны 1. Блок 8 формирует сигнал /3 содержания оксидов азота в газовой фазе согласно зависимости

,8« . Т2а87- 1,9. ,

Сигнал /3, поступая в блок 12 соотношения, воздействует на клапан 13 подачи аммиака в реактор 3, определяя таким образом соотношение порядка 1,1.

Температуру Т1 ведения процесса в реакторе 3 замеряют датчиком 5 и подают в блок 9 расчета степени очистки в реакторе 3. В блок 9 заводят также сигнал Q расхода газовой фазы от датчика 6. На основании сигналов Т1 и Q блок 9 вырабатывает сигнал степени очистки согласно зависимости

a (0,37« . Т1-1,98) + 0.25 Т1 +100,2.

На основании сигнала / содержания оксидов азота в газовой фазе, подаваемой в реактор 3 каталитической очистки и сигнала степени очистки в этом реакторе блок 10 вырабатывает сигнал расчетной величины содержания оксидов азота в отходящих из реактора 3 газах по формуле

(лг -дООО-Д) (NQ)pac4. Я 100

и далее расчетную величину подают на первый вход схемы 11 сравнения, на второй вход которой подают сигнал реального содержания оксидов азота в отходящих газах, замеряемый датчиком 7. При превышении

реального сигнала над расчетным схема 11 сравнения выдает в блок 12 соотношения корректирующей сигнал, под действием которого в блоке 12 изменяется соотношение подачи МНз :{МОх, увеличиваясь вплоть до 1.15 в зависимости от степени рассогласования. При меньшем значении реального сигнала по сравнению с расчетным соотношение NOx корректируется соответственно в сторону уменьшения.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить точность регулирования подачи аммиака и снизить за счет этого расход аммиака на 15-16 %, а также минимизировать сум- марное количество аммиака и оксидов азота в атмосферных выбросах.

Формула изобретения Способ автоматического управления процессом очистки хвостовых газов от оксидов азота в производстве слабой азотной кислоты на установке, включающей в себя последовательно соединенные абсорбционную колонну и реактор каталитической очистки, путем регулирования подачи орошения в абсорбционную колонну в зависимости от нагрузки колонны по газовой фазе, регулирования подачи аммиака в реактор и измерения расхода нитрозных газов в абсорбционную колонну и содержания оксидов азота в отходящих из реактора хвостовых газах, отличающийся тем. что, с целью снижения удельного расхода аммиака, суммарного содержания аммиака и оксидов азота в атмосферных выбросах, дополнительно измеряют температуры сред в реакторе и абсорбционной колонне, по измеренному значению температуры среды в абсорбционной колонне рассчитывают содержание оксидов азота в газе на выходе абсорбционной колонны, по измеренным значениям температуры в реакторе и расхода нитрозных газов в абсорбционную колонну рассчитывают степень очистки газов в реакторе, по рассчитанным значениям содержания оксидов азота в газе на выходе абсорбционной колонны и степени очистки газов в реакторе вычисляют оптимальное содержание оксидов азота в отходящих из реактора хвостовых газах, сравнивают его с измеренным значением и в зависимости от полученного отклонения корректируют подачу аммиака в реактор.

Изобретение относится к способам автоматического управления технологическими процессами, может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности в производстве азотной кислоты, позволяет снизить расход аммиака и уменьшить суммарное содержание в атмосферных выбросах аммиака и оксидов азота. Измеряют содержание оксидов азота в отходящих хвостовых газах после реактора, по температуре в абсорбционной колоне рассчитывают содержание оксидов азота на входе в реактор и подачу в него аммиака, по температуре в реакторе и нагрузке рассчитывают степень очистки и оптимальное содержание оксидов в отходящих из реактора хвостовых газах и по отклонению в них содержания оксидов азота от расчетного значения корректируют подачу аммиака в реактор. 1 ил.

В атн.

Л,

Орошение

утзахолож.

Soda

INHO