Способ управления процессом получения кетена Советский патент 1992 года по МПК C07C49/88 C10G9/20 G05D27/00 

Изобретение относится к области автоматизации пиролизных установок и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ управления тепловым режимом пиролизной печи, предусматривающий регулирование температуры продуктов пиролиза на выходе из печи с коррекцией по содержанию ацетилена в продуктах пиролиза и регулирование температуры реакционной смеси на выходе из конвекционной секции пирозмеевика с коррекцией по составу продуктов пиролиза.

Однако при получении кетена не обеспечивается высокий выход целевого продукта и низкие энергозатраты, так как способ не учитывает специфику процесса, влияние

рециркуляции сырья (ацетона) и стадии испарения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом пиролиза в трубчатой печи, реализованный с помощью устройства автоматического управления. Способ предусматривает регулирование температуры пирогаза на выходе из печи воздействием на подачу топливного газа в печь с коррекцией по составу пирогаза. подачи сырья и пара в печь, коррекцию подачи пара в зависимости от состава пирогаза, его температуры и расхода сырья.

Способ не предусматривает выбора режима процесса с учетом испарения сырья и не учитывает возможную его рециркуляцию. В результате при получении кетена не доvito

00

to to о

стигается достаточно высокий выход целевого продукта и достаточно низкие энергозатраты.

Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом получения кетена путем пиролиза ацетона, включающему регулирование температуры пирогаза на выходе печи воздействием на подачу топливного газа в печь с коррекцией по составу пирогаза на выходе печи, регулирование уровня ацетона в сырьевой емкости изменением подачи в нее свежего ацетона, регулирование подачи суммарного ацетона в колонну-испаритель, подачу пара в куб колонны и отбор кубового остатка, дополнительно измеряют давление пирогаза на выходе печи и паров ацетона на выходе колонны-испарителя, температуру, давление и уровень в кубе колонны, регулируют давление в кубе колонны изменением подачи пара в него с коррекцией по перепаду давления на выходах печи и колонны-испарителя, регулируют уровень в кубе колонны изменением подачи суммарного ацетона в колонну-испаритель, регулируют температуру в кубе колонны изменением отбора кубового остатка, а подачу топливного газа в печь дополнительно корректируют в зависимости от давления паров ацетона на выходе колонны-испарителя.

На чертеже изображена принципиальная схема системы управления для осуществления предлагаемого способа.

Процесс получения кетена осуществляют в пиролизной печи 1, куда поступают пары ацетона из колонны-испарителя 2. Основная реакция при пиролизе ацетона идет с образованием кетена и метана

СНз-С-СНз + СН4. (1) U О

Кроме того, идут побочные реакции разложения ацетона и кетена с образованием легких углеводородов, углерода (сажи) и других продуктов. Величина конверсии ацетона не более 20%.

Испарение ацетона осуществляется за счет тепла, подаваемого с паром в куб 3 колонны 2. Пирогаз из печи 1 через сажеот- бойник 4 подается на установку 5 конденсации, где отделяется непрореагировавший ацетон, возвращаемый в виде рецикла через сырьевую емкость 6 на колонну 2.

Система управления процессом включает регулятор 7 уровня в сырьевой емкости 6, регулятор 8 подачи суммарного ацетона в

колонну 2, регулятор 9 давления в кубе 3, датчик - хроматограф 10 состава пирогаза, датчик 11 температуры пирогаза на выходе из печи, датчик 12 температуры в кубе 3,

датчик 13 уровня в кубе, датчики 14 и 15 давления на выходе соответственно из колонны 2 и печи 1, клапан 16 отбора кубового остатка и клапан 17 подачи топливного газа в печь. На схеме показаны также реализованные в микропроцессорном контроллере 18 функциональные блоки 19-23,

Способ осуществляется следующим образом,

С помощью регулятора 7 поддерживают

уровень в емкости б воздействием на подачу свежего ацетона, с помощью регулятора 8 регулируют подачу жидкого ацетона из емкости 6 в колонну 2, а с помощью регулятора 9 - давление в кубе 3 подачей пара в теплообменник.

С помощью функционального регулирующего блока 22, реализованного в контроллере 18, по замеру от датчика 11 регулируют температуру пирогаза воздействием на клапан 17.

С помощью функционального блока 19 корректируют задание регулятору 8, например, по следующему закону:

Go + Ki (Ън - h), если h hH,

Сзад | Go, если hH h h B, (2)

I Go - Ki (h - hB), если h hB,

где Go - номинальное значение расхода аце- тона на колонну 2;

h - текущее значение уровня в кубе 3, измеряемое с помощью датчика 13;

Ьн, Ьв - соответственно нижнее и верхнее задаваемые значения уровня в кубе. С помощью блока 20 регулируют температуру в кубе колонны воздействием на клапан 16, например, по следующему закону:

II J K2 (t| - Хкпред) еСЛИ IK Ткпред, / (О,если tK Хкпред, ( }

где IK - текущее значение температуры в кубе, измеряемое с помощью датчика 12;

.пред - предельное значение темпера- туры в кубе.

Формирование управляющего воздействия (3) осуществляется с учетом того фактора, что температура кипения кубового продукта повышается при накоплениитяже- лого кубового остатка.

С помощью блока 23 корректируют задание регулятору 9, например, по следующему закону:

K3(P2-Pl),(4)

где Pi, Pa - текущее значение давления, измеряемое с помощью соответственно датчиков 14 и 15.

Воздействие (4) учитывает степень са- жеотложений в пиролизных змеевиках и последующей аппаратуре.

С помощью блока 21 корректируют задание регулирующему блоку 22, например, по следующему закону:

Тзад Zi + 22,(5)

где Zi - ПИ-составляющая, определяемая по отклонению фактического значения концентрации кетена от задания Ј Сзад - С (С - концентрация кетена, измеряемая с помощью датчика 10);

7„ |К4 (Pi - Р1пред), еСЛИ PI Рщрад, 10,если Pi Р1Пред,

(6)

где Р1пред - задаваемое предельное значение давления паров ацетона на выходе из колонны 2.

Составляющая 2ч выражения (5) является воздействием по возмущению и учитывает фактор снижения конверсии ацетона при увеличении давления в змеевиках. Составляющая Zi является воздействием по отклонению.

Настроечные коэффициенты Ki - КА подбирают непосредственно на объекте.

Пример. Рассмотрим реакцию системы на одно из основных возмущений - са- жеотложение в пиролизных змеевиках и последующей аппаратуре.

Исходный технологический режим: подача суммарного ацетона 3800 кг/ч; давление в кубе колонны 108 кПа; давление на выходе из колонны 107 кПа; давление на выходе из печи 64 кПа; температура пирога- за на выходе из печи 642°С; концентрация кетена в пиргазе 7,2%.

В результате возмущения (такое возмущение обычно происходит плавно и не вызывает резких колебаний технологического режима) снижается давление на выходе из печи на 12 кПа. Блок 23 по формуле (4) рассчитывает новое значение задания регулятору 9 с учетом значений констант Р0 80, Кз 0,65, т.е. Рзад 116 кПа.

Увеличение давления в кубе и, соответственно, на выходе печи приводит к снижению конверсии и уменьшению концентрации кетена (величина максимального уменьшения в течение переходного процесса составляет 0,5%). Блок 21 корректирует температуру пиролиза, причем составляющая 2.1 определяется с учетом значений констант Рпред 110, К4 0,47, т.е. 2.2 2,8°С. За счет регулирующей составляющей Zi блок 21 доводит окончательно температуру

до такого значения, при котором обеспечивается заданная концентрация кетена в пи- рогазе.

В результате переходного процесса устанавливается следующий технологический режим: подача суммарного ацетона 3800 кг/ч; давление в кубе колонны 116 кПа; давление на выходе из колонны 115 кПа; давление на выходе из печи 69 кПа; температура

0 пирогаза на выходе из печи 646°С; концентрация кетена в пирогазе 7,1 %.

Таким образом, регулирование давления в кубе с коррекцией по перепаду обеспечивает компенсацию отклонений

5 технологического режима ввиду сажеотло- жений. Регулирование температуры в кубе колонны в зависимости от отбора кубового остатка позволяет своевременно удалять тяжелый остаток, предотвращая его накоп0 ление в кубе колонны. Коррекция температурного режима пиролиза по возмущению - давлению паров ацетона на выходе из колонны - позволяет улучшить качество регулирования состава пирогаза.

5В результате использование предлагаемого способа управления позволяет увеличить выход целевого продукта (кетена) и поддерживать энергозатраты на минимальном уровне.

0

Формула и з о б р е т-е н и я Способ управления процессом получения кетена путем пиролиза ацетона, включающий регулирование температуры

5 пирогаза на выходе печи воздействием на подачу топливного газа в печь с коррекцией по составу пирогаза на выходе печи, регулирование уровня ацетона в сырьевой емкости изменением подачи в нее свежего ацетона,

0 регулирование подачи суммарного ацетона в колонну-испаритель, подачи пара в куб колонны и отбора кубового остатка, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта и снижения энер5 гозатрат, дополнительно измеряют давление пирогаза на выходе печи и паров ацетона на выходе колонны-испарителя, температуру, давление и уровень в кубе колонны, регулируют давление в кубе колонны

0 изменением подачи пара в него с коррекцией по перепаду давления на выходах печи и колонны-испарителя, регулируют уровень в кубе колонны изменением подачи суммарного ацетона в колонну-испаритель, регули5 руют температуру в кубе колонны изменением отбора кубового остатка, а подачу топливного газа в печь дополнительно корректируют в зависимости от давления паров ацетона на выходе колонны-испарителя.

Изобретение относится к пиролизным установкам, может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности и позволяет увеличить выход целевого продукта и снизить энергозатраты. Способ осуществляется методом пиролиза ацетона путем регулирования температуры пирога- за на выходе из печи воздействием на подачу топливного газа в печь с коррекцией по составу пирогаза, подачи суммарного ацетона в колонну-испаритель и поддержания уровня в сырьевой емкости воздействием на подачу свежего ацетона. Для решения поставленной задачи дополнительно регулируют давление в кубе колонны подачей пара в теплообменник с коррекцией по перепаду давлений на выходах из колонны-испарителя и печи, регулируют уровень в кубе изме- нением подачи суммарного ацетона, регулируют отбор кубового остатка в зависимости от температуры в кубе и корректируют температуру пирогаза на выходе из печи в зависимости от давления паров ацетона на выходе из колонны-испарителя. 1 ил. (Л С