Способ управления процессом получения формалина Советский патент 1991 года по МПК C07C47/04 G05D27/00 

Изобретение относится к управие- нию химико-технологическими процессами и может быть использовано в химической промышленности при автоматизации установок по производству формалина.

Цель изобретения - снижение удельного расхода метанолас

На чертеже приведена блок-схема, реализующая предлагаемый способ.

Блок-схема содержит смеситель 1, в котором метанол и вода смешиваются в заданном соотношении, поддерживае- мом контуром регулирования соотношения метанол - вода, содержащим датчик 2 расхода метанола, датчик 3 расхода воды, датчик 4 плотности смеси, регулятор 5 соотношения мета- нол - вода с коррекцией по плотности смеси, клапан 6, установленный на линии подачи воды 7, спиртоиспаритель 8 с теплообменником 9, в которых осуществляется испарение спирте- водной смеси, контур регулирования уровня спирто-водной смеси в спирто- испарителе, содержащий датчик 10 уровня, регулятор 11 уровня и клапан 12, установленный на линии 13 подачи метанола, смеситель 14, в котором смешивают спирто-водную смесь и воздух, подаваемый по линии 15 и имеющий постоянный расход, аппарат 16 синтеза формальдегида, абсорбер 17, в который подаются прореагировавшие газы по линии 18 и слабый формалин по линии 19 и в котором происходит абсорбция прореагировавших газов до крепкого формалина, поступающего по линии 20 на склад, абсорбер 21, в который поступают по линии 22 абгазы и по линии 23 бедный формалин и в котором происходит абсорбция до слабого формалина, промывную колонну 24 в которой абгазы, поступающие по линии 25, орошаются водой, подаваемой по линии 26, с получением бедного формалина, и из которой остаточные

абгазы подаются на факел по линии 27,

регулятор 28 содержания воды в формалине и клапан 29, регулирующие подачу воды на орошение промывной колонны, контур регулирования температуры контактного слоя аппарата син- теза формальдегида, содержащий датчик 30 температуры, регулятор 31 температуры, клапан 32, установленный на линии 33 подачи теплоносителя

(пара) в теплообменник, анализатора 34 состава.

Способ осуществляют следующим образом.

Метанол и вода поступают в смеситель 1, в котором смешиваются в соотношении 70:30, заданное соотношение поддерживается описанным выше контуром регулирования соотношения метанол - вода путем изменения подачи воды с коррекцией по плотности смеси.

В спиртоиспарителе 8 и теплообменнике 9 осуществляется испарение спирто-водной смеси, уровень в спиртоиспарителе 8 регулируется путем изменения подачи метанола по линии 13. В смесителе 14 спирто-водная смесь смешивается с воздухом, который имеет постоянный расход и полученная таким образом спирто-водно-воздушная смесь поступает в аппарат 16 синтеза формальдегида, в котором на пемзо- серебрянном катализаторе при получении формальдегида дегидрированием метанола протекают следующие реакции:

СН3ОН- + Hz - 20 ккал/моль (1)

Hz+ 0,5 + 58 ккал/моль (2) СН3ОН +0,5 02 - -СНгО+Н20 + 38 ккал/моль 3)

,5 + 2Н2ОМ71 ккал/моль(4) СН20 - СО+Н2+1,3 ккал/моль (5) СН20-Юг- СОг + НгО+124,5 ккал/моль (6) CHZ0+0,5 Ог- -НСООН(7)

После аппарата 16 синтеза прореагировавшие газы подвергаются абсорбции в абсорберах 17 и 21 и промывной колонне 24 с получением крепкого (товарного) формалина и сжиганием остаточных аб,газов на факеле. Количество воды в формалине регулируется подачей воды на орошение промывной колонны 24. В точке S1 на линии 20 крепкого формалина после абсорбера 17 измеряются анализатором 34 состава концентрации формальдегида С, метанола Сд/ и воды СНг0И рассчитывается текущее соотношение концентраций формальдегида и метанола в формалине Сл/Сд.о Полученное соотношение используется для расчета корректирующих коэффициентов а0Јп и а в соответствии с выражениями

Н-.- gfJp w)

a,H.,,(9

где п - номер такта управления; T n-lJ- значение температуры контакт- ного слоя, реализованное на Јn-1j такте управления; уГп-fj- значение соотношения концентраций формальдегида и метанола в формалине, реализованное на п-11 такте управления. Обозначение тактов приняты из условия, что такт начинается с измерения соотношения. Скорректированные коэффициенты используются для вычисления нового значения температуры контактного слоя по формуле

И - «°

где у о - заданное соотношение концентраций формальдегида и метанола в формалине.

Рассчитанное значение температуры служит заданием для регулятора 31 температуры контактного слоя. При положительном отклонении текущего соотношения формальдегид - метанол от заданного У рассчитанная температура контактного слоя меньше предыдущей температуры контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегидао Регулятор 31 устанавливает новое (рассчитанное) значение температуры контактного слоя путем увеличения подачи теплоносителя в теплообменник 9, что вызывает увеличение концентрации метанола в реакционной смеси, усиление реакции дегидрирования (1) и вследствие это- го снижение температуры контактного слоя аппарата 16 синтеза. При отрицательном отклонении текущего соотношения от заданного рассчитанная температура контактного слоя больше предыдущей температуры . Регулятор 31 устанавливает новое значение температуры Т.ЈгП контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида путем уменьшения подачи теплоносителя в теплообменник 9, что вызывает уменьшение концентрации метанола в реакционной смеси, ослабление реакции дегидрирования (1) и вследствие этого увеличение температуры контактного слоя аппарата 16 синтеза. Далее вновь измеряется соотношение , корректируются коэффи

69911

,

5 10

15

20

3540 50ее45

циенты a fnj и а,Јп, рассчитывается новое значение температуры контактного слоя и устанавливается в аппарате 16 синтеза изменением подачи теплоносителя в теплообменник 9, таким образом регулирование осуществляется до тех пор, пока текущее соотношение не станет равным заданному УЗЧ3 . 1

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа управления на агрегате по производству формалина Губахинского химического завода (ГХЗ) в смеситель 1 подавали метанол с производства метанола ГХЗ с расходом Qw 1786 кг/ч и деминерализованную воду на смешение из цеха химвод- подготовки ГХЗ с расходом Qcw 739 кг/ч, в смесителе 1 производили смешение метанола и воды в соотношении 70: 30, это соотношение поддерживалось постоянным в течение всего эксперимента контуром регулирования соотношения метанол - вода с коррекцией по плотности смеси путем измерения датчиком 2 расхода метанола (Q 1786 кг/ч), измерения датчиком 3 расхода в дем. воды на смешение (QM 739 кг/ч), измерения датчиком 4 плотности спирто-водной смеси (0 0,880 кг/л), регулирования регулятором 5 соотношения метанол - вода с коррекцией по плотности смеси изменением подачи воды на смешение клапаном 6 по линии 7. При положительном отклонении соотношения метанол - вода от заданного соотношения G « 70/30 подача воды на смешение увеличивалась, при отрицательном отклонении - уменьшалась. При положительном отклонении плотности спирто„ Л водной смеси от заданной 0 °

0,880 кг/л подача воды на смешение увеличивалась, при отрицательном отклонении - уменьшалась. В спиртоис- Парителе 8 с теплообменником 9 осуществляли испарение спирто-водной смеси, уровень в спнртоиспарителе 8 поддерживали постоянным L 50% контуром регулирования уровня спирто- водной смеси в спиртоиспарителе путем измерения датчиком 10 уровня в спиртоиспарителе (L 50%), регулирования регулятором 11 уровня спирто-водной смеси в спиртоиспарителе изменением подачи метанола клапаном 12 по линии 13.

При положительном отклонении уровня в спиртоиспарнтеле от заданного 50% расход метанола уменьшался, при отрицательном отклонении - увеличив алея. В смесителе 14 смешивали спирто-водную смесь из спиртоиспари- теля и воздух, подаваемый воздуходувкой по липни 15. Расход воздуха в течение эксперимента оставался не- изменным Q6 1960 м3/ч, так как число оборотов воздуходувки не регулировалось. Полученную в смесителе 14 спирто-водно-иоздушную смесь подавали в аппарат 16 синтеза формальдеги- да, в котором на пемзосеребрянном катализаторе протекали следующие реакции: Основные:

СН3ОН + Нг - 20 ккал/моль

Н2 + 0,5 + 58 ккал/моль

СН3ОН +0,5 + 38 ккал/мол Побочные: ,5 02- -СОЈ+2Н20+171 ккал/моль

СН20- -СО+Н +1,3 ккал/моль СНгО+02- СОг+Н20+124,5 ккал/моль СН,0+0,5 0„- НСООН

2- г

После аппарата 16 синтеза прореагировавшие газы подавали в абсорбер 17 по линии 18. Одновременно в абсорбер 17 по линии 19 подавали слабый формалин из абсорбера 21. В абсорбере 17 проводили абсорбцию прореагировавших газов слабым формалином до крепкого (товарного) формалина, отводимого по линии 20 на склад. В абсорбер 21 подавали по линии 22 абгазы из абсорбера 17 и по линии 23 бедный формалин из промывной колонны 24 и проводили абсорбцию с получением слабого формалина. В промывной колонне 24 абгазы, поступающие по линии 25 из абсорбера 21, орошали деминерализованной водой, подаваемой по линии 26 из цеха химводоподготовки ГХЗ с расходом Q Ор 581 кг/ч, с получением бедного формалина. Из промывной колонны 24 остаточные абгазы подавали по линии 27 на факел. Количество воды в формалине поддерживали на заданном уровне (Сц°1у 56%) путем измере

ния содержания воды в формалине С ц Q 56%, регулирования расхода во дьГ на орошение регулятором 28 изменением подачи воды на орошение промывной колонны 24 клапаном 29 по

5

(Q j5

20

ь 25

зо

Q35

50

55

линии 26. При положительном отклонении содержания воды п формалине от заданного Сц 56% подача воды на орошение уменьшалась, при отрицательном отклонении - увеличивалась Одновременно проводили анализ состава формалина анализатором 34 путем измерения концентраций формальдегида С,;р 3/,8% и метанола См 6,4% на линии 20 крепкого формалина после абсорбции 1/ в точке S1 и рассчитывали начальное текущее соотношение У.. Сф/ Сц 5,9, которое приняли за заданное соотношение Уэ &0

Температуру контактного слоя аппарата 16 синтеза формальдегида варьировали в пределах, близких к установленным регламентом, 680 - /20°С путем изменения подачи пара в теплообменник 9 спиртоиспарителя 8, Этот диапазон температур был пронормирован от TMl.w Гб90°с -1 До TMQM C/20°CJ +1, I

Начальная температура контактного

слоя Т Ц0 /00°С была резко уменьшена на 10°С до Тц 690°С, Т0е„ создавалось искусственное возмущающее воздействие по температуре &Т -10°С (после нормировки 6ТНОрМ -0,5) с целью проследить процесс стабилизации соотношения концентраций формальдегида и метанола в товарном (крепком) формалине на заданном уровне У « Уц. Через: 2 ч снова определяли концентрации формальдегида- 3/,4% и метанола

6,8% в формалине и рассчитывали соотношение У ЈсГ| /См Г()1 5,5. Коэффициент был рассчитан по формуле (8), где а Гг - 1 |

чг ач ° u приняли равным У «:

-.М- 5 - 55-59М

с: Q + . - Q /00

D y 2+0,253,/ZZ.

Коэффициент a, был определен при возмущающем воздействии Д Т -0,5 как коэффициент передачи по каналу соотношение формальдегид - метанол - температура контактного слоя по выражению:

АУУм - У Col

-,И

I

-0:,5

АТНОр ДТИОрМ

-0,8

j

Полученные корректирующие коэффициенты и были использованы для расчета нового значения температуры контактного слоя по форму- ле (10):

У10 - аоСоД 5А9 -0,8

: аТЕоТ (695°С)

5г/22

Чо

-0,25

Регулятор 31 устанавливал новое (рассчитанное) значение температуры контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида путем уменьшения расхода пара в теплообменник 9 спиртоиспарителя 8, Это вызывало уменьшение концентрации метанола в реакционной смеси, ослабление реакции дегидрирования (1) С1ЦОН- СН20+Н -20 ккал/моль и вследствие этого увеличение температуры контактного слоя в аппарате 16 синтеза до расчетной Т Ј0 695°Со Через 2 ч снова определяли концентрации формальдегида СФСО 3/,6% и метанола СМП1 6,6% формалине и рассчитывали соотношение

у D1 SM/CMtQ 5,/о

Коэффициент был рассчитан

по формуле (8):

..и - ..м -Ј&$&

5. 2г 575б15 --5-819

Коэффициент a,J3 был рассчитан по формуле (9):

а,и.,,м..тМ.

(-0,25) -0,824

0 8 + . U ° 2+0,0625

16

.Полученные скорректированные коэф фициенты a ) и a v ЈЛ были использованы для расчета нового значения температуры контактного слоя по формуле (10):

- аоЭД. .§19 а, Т 07824

-0,1 (698°С)

Регулятор 31 устанавливал новое (рассчитанное) значение температуры контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида путем уменьшения расхода пара в теплообменник 9 спиртоиспарителя 8f Через 2 ч вновь измеряли концентрации формальдегида СФСП1 и метанола в формалине, рассчитывали их соотношение У L11 корректировали коэффициенты aoЈiT и

.

Нг-е%е

Ш

15

20

25

ф

и

669911Н)

а Формулам (8) и (9), рассчитывали новое значение температуры Т ЈгП контактного слоя по формуле (10) и устанавливали в аппарате 16 синтеза изменением подачи теплоносителя (пара) в теплообменник 9, и таким образом, регулирование осуществляли до тех пор, пока текущее соотношение У VI не стало равным „

В таблице представлены для описанного выше эксперимента 1 измеренные концентрации формальдегида и метанола в формалине, их соотношение УГГ 1 скорректированные коэффициенты ао (VJ и a, (VJ и соответствующие им рассчитанные управления Т ЈгГ}, а также представлены результаты эксперимента 2, который проводился аналогично эксперименту 1, но при других условиях о В таблице представлены для сравнения данные при нормальной эксплуатации агрегата 3 производства формалина согласно технологического регламента (прототип) о

Использование предлагаемого способа управления процессом получения формалина позволяет уменьшить дисперсию соотношения концентраций формальдегида и метанола в формалине За счет стабильного поддержания соотношения формальдегид - метанол повышается качество товарного формалина. При этом технологический процесс можно вести близко к нижней границе допустимого диапазона концентрацией метанола в формалине (например, поддерживать 6% из диапазона 5-11%, что приводит к снижению расходной нормы метанола на 4-5%)„

Формула изобретения

Способ управления процессом получения формалина каталитическим окислением метанола с получением формальдегида и дальнейшей его абсорбцией до формалина, включающий регулирование соотношения расходов метанола и воды в смеситель изменением подачи воды с коррекцией по плотности смеси, регулирование уровня смеси в спирто- испарителе изменением подачи метанола, температуры контактного слоя аппарата синтеза формальдегида изменением подачи теплоносителя в теплообменник, регулирование содержания воды в формалине изменением подачи воды на оро30

35

40

45

50

55

гаение промывной колонны, отличающийся тем, что, с целью снижения удельного расхода метанола, дополнительно измеряют содержание формальдигеда и метанола в формалине, вычисляют соотношение формальдегид - метанол в формалине, по вычисленному значению соотношения формальдегид - метанол в формалине и заданному значению температуры контактного слоя аппарата синтеза формальдегида рассчитывают новое заданное значение тем

пературы контактного слоя,сравнивают вычисленное соотношение формальдегид - метанол в формалине с заданным значением и при положительном отклонении вычисленного соотношения от заданного значения уменьшают температуру контактного слоя до нового заданного значения температуры, а при отрицательном отклонении вычисленного соот- .ношения от заданного значения увеличивают температуру контактного слоя до нового заданного значения

Изобретение относится к управлению химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации установок по производству формалина и позволяет снизить удельный расход метанола. Система управления содержит смеситель 1, датчики (Д) 2 - 4 соответственно расхода метанола, воды и плотности смеси, регулятор (Р) 5 соотношения, спиртоиспаритель 8 с теплообменником 9, Д 10 и Р 11 уровня, смеситель 14, аппарат 16 синтеза формальдегида, абсорберы 17 и 21, промывную колонну 24, Р 28, Д 30 температуры, Р 31 температуры и анализатор 34 состава. 1 табл., 1 ил.