Устройство для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленистых соединений Советский патент 1993 года по МПК C07C5/02 G05D27/00 

Изобретение относится к.устройствам автоматического управления технологическими процессами гидрирования и может быть использовано в нефтехимической промышленности при автоматизации установок получения этилена и пропилена.

Целью изобретения является снижение концентрации ацетиленистых соединений в ЭЭФ за счет повышения качества регулирования температурного режима реактора, оптимизации в условиях изменяющейся активности катализатора.

На чертеже представлена схема установки, иллюстрирующая предлагаемый способ.

Устройство содержит трубопроводы 1,3 по которым поступает ЭЭФ и водородная фракция, датчики 2, 4 расхода водородной и этанэтиленовой фракции, регулятор 5 соотношения, регулирующий клапан 6 расхода водорода, теплообменники 7, 8, датчик 9 температуры сырья на входе реактора, регулятор 10 температуры сырья на входе реак тора, регулирующий клапан 11 водяного пара, реактор 12, емкость сепаратор 13, конденсатор-холодильник 14, датчик 15 давления на выходе конденсатора холодильника, регулятор 16 давления, регулирующий клапан 17 подачи охлаждающей воды, датчик 18 температуры контактного газа на выходе реактора, датчик анализатора состава контактного газа 19, регулятор 20 температуры контактного газа, вычислительный блок .21 расчета состава контактного газа, вычислительный блок 22 анализа математической модели, блок 23 формирования задания, блок 24 расчета оптимального режима управления и многоканальное реле переключения 25.

Работа устройства основана на экспериментально наблюдаемой, картине технологического процесса гидрирования ацетиленистых соединений. Анализ состава продукта реакции определяется хроматографом 19, реализуется блоком 21 при широком интервале варьирования

ел

С

XI

О Ю

ico

х|

СА

технологических параметров реактора, скорости подачи состава реакционной смеси.

По данным приведенных кинетических исследований процесса на лабораторном проточном реакторе, определено вероятный механизм гидрирования ацетилена.

С2Н2+Н2-3-С2Н4

0) С2Н4+Н2- С2Нб

Исходя из предложенных механизмов, на основе закона действующих масс составлена кинетическая модель процесса, затем с учетом теплового баланса и гидродинамических обстановок предложена математическая модель промышленного реактора предполагая, что он работает адиабатически в режиме идеального вытеснения, исключая влияние массопередачи, который имеет вид:

dCi

dr d C2

dr

d Сз

dr

-KiCiC4

(KrCi-K2C2)C/

K2C2C4

(2)

-ar4 (KlCl + K2C2)C4

1

4

cPil;1

qiWi

где Cp - средняя теплоемкость qi-тепловрй эффект i-й реакции;

Т - температура контактного газа на выходе реактора;

Ki - константа скорости i-й реакции; Wj - скорость i-й реакции; Cj - концентрация соответственно ацетилена, этилена, водорода, этана; р- плотность.

Проверка адекватности и оценка близости расчетных данных скорости реакции и температуры к промышленным проведены на действующей установке и определены в блоке формирования задания 23. Блок 23 выполняет функцию сравнения заданных (текущих) значений состава контактного газа с результатами вычислительного блока 22 анализа математической модели.

Если результаты совпадают, то решается задача оптимизации в блоке 24 расчета оптимального режима управления, находятся оптимальное задание и через реле переключения 25 поступают к соответствующим локальным контурам регулирования (устав- ки 5, 10, 16 и 20). Если результаты не совпадают, тогда в вычислительном блоке 22 анализа математической модели подстраиваются коэффициенты модели, до полного совпадения.

Затем результаты вновь поступают в блок 24 расчета оптимального режима управления и осуществляется выбор оптимального задания локальных контуров регулирования, Оптимальное задание уставок определяется по уравнениям (2).

Разработанный алгоритм управления представляется следующим образом; при оптимальном управлении нестационарным процессом, обусловленным вследствие изменения свойства катализатора и характеристик сырья во времени, осуществляется периодически корректировка стационарной модели по действительным значениям выходных параметров, получаемых с установки при различных режимах работы с

помощью хроматографического анализа. Если разность сопоставляемых значений выходит за допустимые пределы, то производится подстройка коэффициентов математической модели методом перебора. При

совпадении значений этих параметров с заданной точностью модель считается адекватной процессу, после чего осуществляется определение оптимального режима управления технологическим процессом.

После решения задачи оптимизации методом наискорейшего спуска находятся оптимальные режимы управления для уставки локальным контуром регулирования.

Таким образом, поддерживается оптимальный режим реактора гидрирования в условиях изменяющейся активности катализатора соответствующий минимальной концентрации ацетиленистых соединений в ЭЭФ, что позволяет свести потери этилена

и пропилена к минимуму.

Пример. Проводится оценка эффективности устройства для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленистых соединений.

В промышленный адиабатический реактор подается этанэтиленовая фракция (ЭЭФ) в количестве 12 т/ч и водород в количестве 40 кг/ч.

Стабильные подачи ЭЭФ и водорода,

которые поддерживаются регулятором соотношения, путем изменения расхода водорода и ЭЭФ. Температура на входе реактора стабилизируется регулятором температуры с воздействием подачи водяного

пара, а на выходе реактора поддерживается регулятором температуры, изменением подачи охлаждающей воды с корректирующим заданием от регулятора давления хла- доагента в циркуляционном контуре.

Оптимальные задания вышеуказанных регуляторов получаются от вычислительного блока, что обеспечивают высокое качество регулирования температурного режима реакторного блока.

Расчет оптимальных заданий по вышеуказанным контурам в вычислительном блоке осуществлен на основе адаптивной модели реактора (2), со следующими начальными условиями: температура реактора : на входе 100°С, на выходе 118°С. соотношение водорода к ацетилену на входе в реактор 3:1 моль,

В качестве критерия оптимальности был взят минимум себестоимости товарного этилена:

Snp F(Ss, ST, Sn),

где Snp - себестоимость выпускаемой продукции;

Ss. ST, Sn - затраты на сырье, перемен- ные и постоянные расходы.

При решении задачи оптимизации на режимные параметры были наложены следующие технологические ограничения: по температуре на входе реактора 100 С Tax 105VC,-по температуре на выходе реактора 115 Твых 119°С, расход водорода 40 G 80 кг/час, расход ЭЭФ 12 т/час.

Сравнительная оценка эффективности данного устройства представлена в табл. (1 - известный. 2 - предлагаемый).

Таким образом данное устройство для автоматического управления процессом гидрирования ацетиленисты.х соединений позволяет определить оптимальный температурный режим за счет повышения качества регулирования температуры на входе и выходе реактора, обеспечивает снижение расхода продукта на 14 кг/час и уменьшает себестоимость товарного этилена на 3,5 руб/т, при этом экономический эффект составляет 763 тыс.руб.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управ- ления процессом гидрирования ацетилени- стых соединений, содержащее датчики расхода этанэтиленовой и водородной фракций, регулятор соотношения расходов этанэтиленовой фракции (ЭЭФ) и водород-

ной фракции, клапан расхода водородной фракции, датчик температуры сырья на входе в реактор, регулятор температуры сырья на входе реактора, клапан подачи водяного пара, датчик давления хладагента в циркуляционном контуре, регулятор давления, клапан подачи .охлаждающей воды, датчик анализатора состава контактного газа и оптимизатор, отличающееся тем, что, с целью снижения концентрации ацетилени- стых соединений в ЭЭФ за счет стабилизации температурного режима, оно дополнительно содержит блок расчета состава контактного газа, датчик и регулятор температуры сырья на выходе реактора, блок сравнения, вычислительный блок анализа математической модели, блок расчета оптимального режима управления многоканальное реле переключения, при этом датчик состава контактного газа соединен с входом блока расчета состава контактного газа, выход которого связан с первым входом блока сравнения, второй вход которого связан с вычислительным блоком анализа математической модели, входы которого соединены с датчиками расхода водорода и ЭЭФ, датчиками температуры на входе и выходе реактора и датчиком давления сепаратора, а выход блока сравнения соединен с входом блока расчета оптимального режима управления, шестой вход вычислительного блока анализа математической модели соединен с первым выходом блока расчета оптимального режима управления, второй выход которого связан с входом многоканального реле переключения, а выходы которого соединены с первым входом регулятора соотношения водородной фракции и ЭЭФ и первыми входами регуляторов температур на входе и выходе реактора, выходы регулятора температуры на выходе реактора связаны с регулирующим клапаном расхода охлаждающей воды, а входы соединены с выходом регулятора давления на выходе сепаратора и со своим датчиком.

Использование: в химической и нефтехимической промышленности, в частности при автоматизации процессов гидрирова- ния ацетиленистых соединений. Сущность изобретения: устройство содержит блок расчета состава контактного газа, датчик и регулятор температуры сырья на выходе реактора, блок сравнения, вычислительный блок анализа математической модели, блок расчета оптимального режима управления и многоканальное реле переключения. 1 ил.