Способ управления процессом каталитической очистки нитрозных газов в производстве неконцентрированной азотной кислоты Советский патент 1991 года по МПК C01B21/38 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации, в частности к процессам управления сложными химико-технологическими процессами, и может быть использовано в химической промышленности в производстве неконцентрированной азотной кислоты для управления процессом каталитической очистки.

Целью изобретения является сокращение расхода природного газа и выброса монооксида углерода.

На чертеже представлена блок-схема системы управления, реализующая предлагаемый способ.

Блок-схема содержит первичный преобразователь (датчик) 1 температуры, чувствительный элемент которого установлен в верхнем слое катализатора, находящегося в реакторе 2 каталитической очистки. Выход преобразователя 1 подключен к первому входу сумматора 3. В нижнем слое катализатора установлен первичный преобразователь (датчик) 4 температуры, выход которого подключен к инверсному входу сумматора 3. Выходной сигнал сумматора 3 подключен к регулятору 5, выход которого соединен с корректирующим входом задатчика 6, выход последнего подключен к программному входу задания регулятора 7 соотношения. При этом его первый вход соединен с выходом датчика 8 измерения расхода газа, чувствительный элемент которого установлен

о

00 О Os

ю

на линии подачи природного газа в реактор 2. Предусмотрен датчик 9 концентрации кислорода, установленный вблизи камеры 10 сгорания на линии подачи неочищенных нитрозных газов(ННГ), выход которого подключен к первому входу блока 11 умножения. К его второму входу подключен выход с датчика 12 расхода, установленного на линии подачи ННГ. Выходной сигнал с датчика 12 расхода подключен к первому входу регулятора 13 соотношения. Выходной сигнал с блока 11 умножения поступает на второй вход регулятора 7 соотношения, выход которого управляет регулирующим органом 14, установленным на линии подачи природного газа на восстановление. В схеме предусмотрена установка на линии подачи природного газа в камеру 10 сгорания датчика 15 расхода, выход которого подключен к первому входу регулятора 16 соотношения. При этом сигнал с датчика 17 расхода, установленного, на линии подачи воздуха в камеру 10 сгорания, поступает на второй вход регуляторов 13 и 16 соотношения, выходной сигнал последнего управляет регулирующим органом 18, установленным на линии подачи природного газа в камеру 10 сгорания. Кроме того, схема содержит датчик 19 температуры, чувствительный элемент которого установлен в камере 20 смешения, подключенный к входу регулятора 21. Выходной сигнал регулятора 21 соединен с корректирующим входом задатчика 22, выходной сигнал которого подключен к программному входу задания регулятора 13 соотношения, формирующего управляющие сигналы, поступающие на регулирующий орган 23, установленный на линии подачи воздуха в камеру 10 сгорания.

Способ осуществляют следующим образом.

Ввиду того, что химические реакции, протекающие на первом и втором слое катализатора, являются сильно экзотермическими, в указанных слоях установлены датчики 1 и 4 температуры соответственно. Требования технологии предусматривают поддержание восстановительной среды для первого слоя катализатора (при этом происходит активное восстановление окислов азота до молекулярного азота), напротив, реакции, протекающие на втором слое катализатора, требуют окислительной среды ( в этом случае монооксид углерода эффективно окисляется кислородом с образованием практически безвредного углекислого газа). Поскольку требования по очистки противоположны, необходимо поддержание в реакторе восстановительной среды (окислы азота представляют большую опасность для

здоровья) при наиболее полном сгорании природного газа в камере сгорания. В этом случае процесс очистки характеризуется незначительным перепадом температур между первым и вторым слоями катализатора. Так, увеличение разности температур между слоями катализатора указывает на переход процесса в реакторе к окислительному режиму, наоборот, уменьшение разности

0 температур до нуля свидетельствует об образовании сильно восстановительной среды и перерасходе природного газа. Сигналы с датчиков 1 4 температуры поступают на входы блока 3 суммирования, где складыва5 ются с противоположным знаком. На входе сумматора 3 формируется сигнал, численно равный разнице температур между первым и вторым слоями катализатора, который затем поступает на вход регулятора 5. Сигнал

0 с регулятора 5 поступает на вход задатчика 6, где сравнивается со значением уставки и вызывает ее изменение (до 15% от величины уставки). Сигнал с задатчика 6, численно равный величине измененной уставки, по5 ступает на программный вход задания регулятора 7 соотношения. Сигнал от регулятора 7,пропорциональный разнице между сформированной задатчиком 6 установкой и измеренным соотношением расхо0 дов природного газа и кислорода (поступающим с потоком нитрозных газов). поступает на регулирующий орган 14, установленный на линии подачи природного газа в реактор на восстановление. Величина рас5 хода кислорода определяется в результате перемножения в блоке 11 сигналов датчика 12 измерения расхода ННГ на значение объемной концентрации кислорода в потоке ННГ, измеренной датчиком 9, выходной сиг0 нал которого подключен к входу блока 11 умножения. Для создания необходимой температуры в реакторе сигнал, численно равный температуре газа в камере смешения, измеренный датчиком 19, подключен к

5 регулятору 21. где сравнивается со значением уставки. Выходной сигнал регулятора 21, пропорциональный величине рассогласования, поступает на вход задатчика 22 и вызывает изменение уставки (по 20% от установленной величины). Сигнал с задатчи0 ка 22, численно равный величине измененной уставки, поступает на программный вход задания регулятора 13 соотношения, управляющего регулирующим органом 23, установленным на линии подачи воздуха в

5 камеру сгорания.

Таким образом, введение регулирования температуры в реакторе по промежуточной температуре, измеряемой в камере смешения, позволяет построить более стабильную систему управления процессом сжигания ПГ в отличие от прототипа, так как исключает влияние термических процессов химического взаимодействия газовой смеси в реакторе на катализаторе. Задатчики 6 и 22 уменьшают влияние транспортного запаздывания в обратных связях системы управления, что ведет к технико-экономическим преимуществам и снижению расхода природного газа, сокращению выброса монооксида углерода, достигаемого в результате более полного сжигания ПГ в камере сгорания.

Формула изобретения

Способ управления процессом каталитической очистки нитрозных газов в производстве неконцентрированной азотной кислоты, включающий регулирование соотношения расходов воздуха и природного газа в камеру сгорания на входе реактора

каталитической очистки изменением расхода природного газа на сжигание, регулирование расхода природного газа на восстановление на входе реактора в зависимости от расхода неочищенных нитрозных газов в камеру сгорания реактора и содержания кислорода в них, регулирование подачи воздуха в камеру сгорания и измерение разности температур между верхним и нижним слоями катализатора в реакторе, о т - личающийся тем, что, с целью сокращения расхода природного газа и выброса монооксида углерода, дополнительно измеряют температуру газовой смеси в камере

смешения, регулируют подачу воздуха в камеру сгорания в зависимости от расхода неочищенных нитрозных газов с коррекцией по температуре газовой смеси в камере смешения, а подачу природного газа на

восстановление корректируют в зависимости от разности температур между верхним и нижним слоями катализатора в реакторе.

Изобретение относится к автоматизации сложных химико-технологических процессов, может быть использовано в химической промышленности при управлении процессом каталитической очистки нитрозных газов в производстве неконцентрированной азотной кислоты и позволяет сократить расход природного газа и выброс монооксида углерода. С этой целью подача воздуха в камеру сгорания осуществляется в зависимости от соотношения расходов неочищенных нитрозных газов и воздуха в камеру сгорания с коррекцией этого соотношения по температуре газовой смеси в камере смешения, при этом процесс сжигания производится при заданном соотношении расходов воздуха и природного газа на сжигание, процесс восстановления регулируют в зависимости от соотношения массового расхода кислорода, поступающего с потоком неочищенных нитрозных газов и расхода природного газа в реактор подачей последнего с коррекцией задания соотношения в зависимости от разности температур между верхним и нижним слоями катализатора. 1 ил. СО