Способ управления процессом гидроформилирования пропилена Советский патент 1992 года по МПК C07C47/02 G05D27/00 

Известен способ автоматического управления каталитическим процессом путем изменения соотношения расходов сырьевых компонентов корректируя их по расходам конечных продуктов.

Недостатком указанного способа является то, что корректировка соотношения исходных компонентов по расходу конечного продукта не может обеспечить учет всех возмущений, вносимых в систему и, тем самым, обеспечить полноту использования исходных компонентов (пропилена) и заданное соотношение изомеров масляных альдегидов.

Известен также способ автоматического управления процессом путем регулирования температуры в зоне реакции изменением расхода каталитического комплекса при стабилизации съема тепла хладагентом через рубашку реактора, причем при изменении температуры в зоне реакции соответственно изменяют соотношение реагентов в подаваемой в эту зону реакционной смеси.

Недостатком указанного способа является то, что при регулировании температурного режима в зоне реакции изменением расхода каталитического комплекса заданная степень превращения сырья (пропилена) может быть не выдержана. А изменение соотношения компонентов сырья приведет к изменению соотношения изомеров получаемых масляных альдегидов.

Наиболее близким техническим решением поставленной задачи является способ автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена, осуществляемый путем стабилизации температуры в зоне реакции, состоящей из двух последовательно соединенных реакторов, снабженных выносными холодильниками для охлаждения хладагента и циркуляционными насосами обеспечивающими подачу хладагента в реакторы. Темперятура в реакторах,измеряемая датчиками pcrv;uiруется регуляторами воздействием на клапаны подачи хладагента на выносные теплообменники и клапаны открытия байпасныхлиний;

Недостатком указанного способа является 10, что стабилизацию температуры в зоне реакции осуществляют изменением расхода хладагента через байпас и выносной холодильник корректируя их по величине отклонения температуры в зоне реакции от заданной.

Такая схема регулирования температуры несовершенна, так как наличие в ней значительных объемов составных частей (трубопроводы от выносных холодильников, приемные камеры реакторов, трубки Фильда) приводит к существенному транспортному запаздыванию по каналу регулирования температуры хладагента через выносной холодильник, в результате чего, температура в зоне реакции, стабилизированная за счет изменения расхода хладагента через байпас (нет запаздывания), вновь дестабилизируется, но уже за счет подошедшей, с опозданием, коррекции температуры через выносной холодильник.

Кроме того, указанная схема регулирования теплосъема не учитывает возмущения, вносимые в систему пропиленсодержащим сырьевым потоком за счет измен ения содержания основного компонента - пропилена э этом потоке.

Указанные недостатки приводят к значительной нелинейности процесса регулирования температуры в зоне реакции, нарушению тепловой устойчивости реакторов и, как следствие, снижение селективности по масляному альдегиду и уменьшению соотношения изомеров н- и изо-масляных альдегидов, повышенному расходу сырьевых компонентов.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности регулирования температуры в зоне реакции гидроформилироваиия первого по ходу реактора из каскада двух реакторов за счет-снижения инерционности (запаздывания) системы и учета возмущений, вносимых в систему сырьевым потоком, содержащим пропилен.

Поставленная цель достигается тем, что автоматическое управление процессом гидроформилирования пропилена в первом по ходу реактора каскада из двух реакторов, осуществляют путем измерения расходов пропилена, синтез-газа и катализатора на входе в реактор, концентрации катализатора, вычисление концентрации катализатора в реакционной смеси пропилена и катализатора на входе реактора, регулирование вычисленной концентрации катализатора

изменением подачи катализатора, стабилизации температуры в зоне реакции изменением расхода хладагента по байпасу, регулирование соотношения расходов пропилена и синтез-газа на входе реактора изменением подачи синтез-газа, а отличительной особенностью способа является измерение концентрации пропилена в пропиленовом потоке, регулирование соотношения расходов пропиленового потока и синтез-газа на входе в реактор с коррекцией по концентрации пропилена в потоке и регулирует температуру хладагента, подаваемого на охлаждение в реактор, изменением подачи хладагента в выносной теплообменник в зависимости от концентрации пропилена в пропиленовом потоке.

Данный способ автоматического управления позволяет поддерживать превращение пропилена, выход альдегида нормального строения, соотношение альдегидов нормального и изомерного строения за счет коррекции соотношения расходов пропилена и синтез-газа и стабилизации температуры в зоне реакции за счет изменения расхода и температуры хладагента в зависимости от концентрации пропилена в сырьевом пропиленовом потоке.

Технологическая схема для осуществления способа автоматического управления процессом гидроформилирования пропилена в первом по ходу реакторе каскада двух реакторов изображена на чертеже.

Реакционный узел включает два последовательно соединенных реактора 1 и 2 гидроформилирования пропилена с теплосъемом, выносной теплообменник 3 для охлаждения хладагента и циркуляционный насос 4, обеспечивающий подачу хладагента в реактор 1. Стабилизацию температурного режима в реакторе 1, измеряемого термопарой 5, осуществляют регулятором 6 путем изменения общего расхода хладагента измеряемого датчиком 7, через байпас изменением степени открытия регулирующего вентиля 8 и регулятором 9 путем изменения температуры хладагента, измеряемого термопарой 10, подаваемого в выносной холодильник 3,изменением степени открытия регулирующего вентиля 11.

Расход пропилена.катализатора и синтез-газа измеряется датчиками 12, 13 и 14.

Состав пропиленового потока и раствора катализатора измеряются датчиками 15 и 16, соответственно.

Система управления содержит также блок 17 расчета концентрации катализатора на входе в реактор 1, регулятор 18 и клапан 19 для поддержания заданных значений концентрации катализгэтора : потоке, блок

20 регулирования соотношения расходов пропилена и синтез-газа, подаваемого через клапан 21, и блок расчета 22, корректирующего сигнала регулятора 9.

Способ управления осуществляют следующим образом.

Сигналы с датчиков расхода пропилена 12, раствора катализатора 13 и концентрации катализатора 15 поступает в блок 17, в котором рассчитывается текущее значение концентрации катализатора на входе в реактор 1, заданное значение которой поддерживается регулятором 18 путем изменения расхода раствора катализатора в реактор клапаном 19,

Вычисление текущего значения концентрации в блоке 17 проводится по следующему алгоритму:

г - QKT Со Окт+Оп

где Ст - текущее значение концентрации катализатора на входе в реактор 1, мас.%,

Со- концентрация катализатора в катализаторном растворе,мас.%:

QKT, Qn расходы катализаторного раствора и пропиленового сырья, соответственно, кг/час.

Сигналы сдатчиков расхода пропиленового сырья 12, концентрации пропилена в сырьевом потоке 16 и расхода синтез-газа 14 поступают на вход блока 20 регулирования соотношения исходных компонентов, который воздействует на клапан 21 подачи синтез-газа, поддерживая соотношение прог1илен:синтез-газ на заданном уровне.

Стабилизацию температурного режима в реакторе 1, измеряемого датчиком 5, осуществляют регулятором б путем изменения общего расхода хладагента, подаваемого в зону реакции, регулирующим клапаном 8, изменяющим степень открытия байпаса и измеряемого датчиком 7 с коррекцией по заданной температуре в зоне реакции.

При этом температура хладагента, поступающего п зону реакции реактора 1, измеряемая датчиком 10, застабилизирована регулятором 9 путем изменения расхода части хладагента регулирующим клапаном 11 через выносной теплообменник 3 с коррекцией заданной температуры общего потока хладагента по отклонению концентрации пропилена Б пропиленовом потоке от заданного значения концентрации пропилена в потоке, вычисляемой блоком 22. Сигнал с датчика состава пропиленового потока 16 поступает в блок 22. который рассчитывает величину корректирующего сигнала Q задания регулятора 9. определяющего температуру общего потока хладагента, к кляпану 11 по следующему алгоритму

Q K(l-x) Ю

где Q - величина корректирующего сигнал, задания регулятора 9 регулирующему орга ну клапану 11;

К - коэффициент пропорциональности, характеризующий чувствительность систе мы, определяется опытным путем;

X - текущая концентрация пропилена в

прог1иленовом потоке, мольная доля;

п - показатель степени, характеризующий чувствительность системы, определяется опытным путем, мм.

Работу схемы термостатирования удобно проследить на примере.

Корректировка температуры хладагента регулятором 9 путем изменения расхода хладагента через клапан 11 произойдет с

момента поступления корректирующего сигнала от блока 22, обусловленного изменением концентрации пропилена в сырьевом потоке от заданного значения.

Одновременно с этим регулятор 6,

удерживая температуру в зоне реакции на заданном уровне, изменит подачу хладагента через байпас 8. В результате к моменту поступления пропиленового сырья измененного состава в оеактор 1 система термостатирования реактора будет готова к быстрому и более эффективному регулированию температуры. Например, при уменьшении концентрации пропилена в потоке с 1 до 0,9 мольных долей за счет разбавления

его инертным пропаном (исходное сырье пропан-пропиленовая фракция) в реакторе 1 уменьшится скорость реакции и, соответственно, упадет температура. Корректирующий сигнал из блока 22 поступает в

регулятор 9, в результате чего регулирующий клапан 11 уменьшает расход хладагента через теплообменник 3. тем самым увеличивая общую температуру хладагента в контуре. Поскольку запаздывание охлаждающего контура соизмеримо с запаздыванием поступления пропиленового потока в реактор 1, то окончание изменения температуры хладагента в контуре (увеличение от заданного значения) и снижение скорости

реакции в реакторе за счет падения концентрации пропилена будет протекать практически одновременно, в результате чего регулятор 6 более плавно и мягко будет коррек ировать температуру в зоне реакции,

поддерживая ее на заданном уровне, т. к. для охлаждения будет использован хладагент с более высокой температурой, а это позволяет устранить затухание реакции изза быстрого теплоотвода (известно, что эффектмвность процессов теплообмена пропорциональна градиенту температуры).

Таким образом, введение всхемууправления процессом коррекции температуры хладагента путем подачи корректирующего сигнала, зависящего от концентрации пропилена, на регулятор 9 является обоснованием и позволяет обеспечить более плавное регулирование температуры в зоне реакции, при условии внесения возмущений в систему изменяющимся составом пропилено вого потока.

Использование предлагаемого способа регулирования процесса гидроформилирования пропилена позволяет дополнительно получить следующие преимущества:

- увеличить степень превращения пропилена в целевой н-масляный альдегид за счет более точного и плавного регулирования температуры в зоне реакции.

Предложенная схема регулирования позволяет использовать отрицательный эффект транспортного запаздывания как положительный, поскольку величины транспортного запаздывания Изменения температуры хладагента и транспортного запаздывания поЬтупления пропилена в зону реакции одного порядка, это позволяет, в результате, иметь более стабильный режим регулирования температуры в зоне реакции гидроформилирования и тем самым увеличить тепловую устойчивость реактора. Формула изобретения Способ управления процессом гидроформилирования пропилена.включающий измерение расходов пропилена и катализатора на входе реактора, концентрации катализатора, вычисление концентрации катализатора в реакционной смеси пропилена и катализатора на входе реактора, регулирование вычисленной концентрации катализатора изменением подачи катализатора, стабилизацию температуры в зоне реакции изменением расхода хладаг,энта по байпасу,

регулирование соотношения расходов пропилена и синтез-газа на входе реактора изменением подачи синтез-газа, отличающийся тем, что, с целью снижения удельного расхода пропилена и увеличения производительности процесса по н-масляному альдегиду, дополнительно измеряют концентрацию пропилена и температуру хладагента на входе реактора, регулируют соотношение расходов пропилена и синтезгаза на входе реактора с коррекцией по концентрации пропилена и регулируют температуру хладагента на входе реактора изменением подачи хладагента в выносной теплообменник в зависимости от коицентрации пропилена.

Использование: нефтехимическая промышленность. Сущность изобретения: измеряют концентрацию пропилена и температуру хладагента на входе реактора, регулируют соотношение расходов пропилена и синтез-газа на входе реактора с корреляцией по концентрации пропилена и регулируют температуру хладагента на входе реактора изменением подачи хладагента в выносной теплообменник в зависимости от концентрации пропилена. 1 ил.