Способ автоматического управления температурным режимом в колонне синтеза метанола и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК C07C31/04 G05D27/00 

ройство,. регулирующее данный способ, дополнительно содержит два нелинейных звена, блок предварения и дополнительный сумматор, первый вход которого через первое нелинейное звено и блок предварения подключен к датчи температуры, второй вход дополнитель ного сумматора через второе нелинейное звено соединен со вторым выходом основного регулятора, а выход дополнительного сумматора связан со входом регулятора расхода циркуляционного газа. Реализация данного способа управления и устройства для его осуществления основывается на следующей взаи :мосвязи- параметров процесса. Увеличение расхода охлаждающей воды приводит к уменьшению температуры в колонне синтеза метанола и наоборот. Змеевики-системы охлаждения имеют малую инерционность, и уровень воды в сосуде высокого давления быстрее реагирует на изменение температурного режима, чем сигнал с тер мопары, измеряющей температуру в колонне синтеза. Но при этом следует отметить, что абсолютное значение уровня воды ничего не говорит об абсолютном значении температуры, поэто му в качестве корректирующего сигнала необходимо использовать не значение уровня воды, а скорость изменения уровня. По условиям работы оборудования, в частности мощного турбоциркуляционно го компрессора, нежелательно постоян но изменять расход циркуляционного газа, так как при этом постоянно меняются режимы работы, нагрузки на оборудование, что приводит к быстрому износу оборудования, частым ремон там и остановкам. Для обеспечения наибольшей производительности колонны синтеза метано необходимо держать расход циркуляцио ного газа на максимальном уровне,так как чем выше циркуляция,тем больше о разуется ме.танола в единицу времени. Вследствие того, что температура циркуляционного газа на входе в коло ну довольно низкая () по сравнению с температурой в зоне реакции (370с), увеличение расхода циркуляционного газа приводит к уменьшению температуры в колонне и наоборотi Поэтому при увеличении расхода циркуляционного газа, чтобы температура в колонне оставалась постоянной, надо уменьшать расход охлазкдающей воды до определенного минимального , предела после чего снижение температуры из-за увеличения расхода циркуляционного газа будет нечем компенсировать. Из этого условия и o9ipeделяется максимальное значение расхода циркуляционного газа для данного режима работы агрегата. На чертеже приведена принципиальная схема устройства, реализующего данный способ управления. Устройство состоит из объектов регулирования, где свежий синтез-газ через смеситель 1 подают в колонну 2 синтеза, зона реакции которой состоит из четырех катализаторных корзин, разделенных змеевиками 3/ 4 и 5 охлажден и я. Система охлаждения состоит из котла-утилизатора б,сосуда 7 йысокого давления и циркуляционного насоса 8,Прореагировавший газ из колонны синтеза проходит затем через конденсатор 9,сепаратор 10 и резервуар И готового продукта,Оставшаяся часть газа всасывается турбоциркуляционным компрессором 12 и через клапан 13 и смеситель 1 рециркулируется в колонну синтеза. Для предотвращения значительного накопления в системе инертнь1х примесей часть циркуляционного газа отводится в виде продувочных газов. Сигнал от датчика 14 температуры поступает на первый сумматор 15, куда поступает также сигнал с дифференциатора 16, снизанного с датчиком 17 уровня воды в сосуде высокого давления. Выход сумматора соединен с вспомогательным регулятором 18 и основным регулятором 19, воздействующими на клапаны 20-23 подачи воды в систему и змеевики охлаждения. Сигнал с выхода основного регулятора 19 поступает на вход второго нелинейного звена 24, выход которого соединен со вторым входом дополнительного сумматора 25; с первым входом дополни- тельного сумматора соединяется выход первого нелинейного звена 26, вход которого подключен к выходу блока 27 предварения. На вход блока 27 предварения поступает сигнал от -датчика 14 температуры. Выход сумматора 25 подключен ко входу регулятора 28 расхода циркуляционного газа, выход которого воздействует на клапан 13 подачи циркуляционного газа в колону. Нелинейные звенья 24,26 имеют характеристики типа настраиваемой зоны нечувствительности. Так, при изменениях выходного сигнала регулятора 19 вне допустимых верхнего и нижнего пределов на выходе нелинейного звена 24 появляется отличный от нуля сигнал. Аналогично .при выходе сигнала с блока 27 предварения за задранные пределы изменения отличный от нуля сигнал появляется на выходе нелинейного звена 26. Способ с прмощью устройства осуществляется следующим образом. Небольшие изменения температурного режима компенсируются с помощью регулятора 19, Если контролируемые параметры, т.е. выходы основного регулятора и блока предварения, находятся

в установленных пределах, то выход регулятора 28, а значит и расход циркуляционного газа остаются постоянными, зафиксированными на значениях, достигнутых к данному моменту времени.

При наличии больших возмущающих воздействий на колонну синтеза (например, резкие изменения расхода све-жего синтез-газа, когда величина выходного сигнала основного регулятора изменяется за допустимыми пределами, т.е. в сущности, когда канал управления основного регулятора размкается или расход циркуляционного га для нового режима работы колонны син за не равен максимальному значению, а больше или меньше его на выходе нелинейного звена 24 появляется ненулевой сигнал. Этот сигнал поступает затем на вход рег лятора 28, который в свою очередь, воздействуя на клапан 13, изменяет Be- личину расхода циркуляционного газа до тех rtop, пока выход основного регулятора не возвратится в установленные пределы. Аналогичная .картина наблюдается при изменениях выходного сигнала блока 27 предварения за заданными пределами. Эта ситуация возможна в случае выхода из строя или неудовлетворительной работы основного регулятора, когда значения температуры и скорости ее изменения выходят за заданные пределы. В этом случае регулятор 28, воздействуя на канал расхода циркуляционного газа обеспечивает дальнейшее регулирование температурного режима, что значительно повышает надежность всей системы управления.

За счет установки заданных (допустимьах пределов значений температуры и скорости ее изменения, выходнрго сигнала основного регулятора канал регулирования по расходу циркуляционного газа подключается в работу только при выходе контролируемых параметров за установленные пределы изменения, что также повышает надежность системы управления и качество регулирования (повышается устойчивость системы регулирования, так как расход циркуляционного газа остается постоянным при изменениях контролируемых параметров в установленных пределах).

С повышением качества регулирования температуры и надежности системы управления повышается производительность колонны синтеза метанола, увеличивается срок службы катализатора, змеевиков системы охлаждения и другого оборудования.

Формула изобретения

1.Способ автоматического управления температурным режимом в колонне синтеза метанола путем регулирования температуры в - горячей точке колонны синтеза изменением расхода охлаждающей воды из сосуда высокого давления в систему охлаждения с коррекцией по скорости изменения уровня в сосуде высокого дав0ления и регулирования расхода циркуляционного газа, отличающийс я тем, что, с целью увеличения производительности колонны за счет повьЕиения качества и надежности ре5гулирования температуры, регулирование расхода циркуляционного газа осуществляют в зависимости от расхода охлаждающей воды, температуры и скорости ее изменения.

0

2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее датчик температуры горячей точки колонны синтеза, подключенный к первому вхо5ду сумматора, второй вход которого связан через дифференциатор с датчиком уровня воды в сосуде высокого давления, основной и вспомогательный регуляторы, входы которых параллельно подключены к выходу сумматора, первый

0 выход основного регулятора соединен

с клапаном подачи воды в систему охлаждения, выход вспомогательного регулятора подключен к клапанам подачи воды в змеевики охлаждениг и регуля5тор расхода циркуляционного газа, выход которого связйн со своим клапаном, отличающееся тем,что оно дополнительно содержит два нелинейных звена, блок предварения и допол0нительный сумматор, первый вход которого через первое нелинейное звено и блок предварения подключен к датчику температуры,- второй вход дополнительного сумматора через второе

5 нелинейное соединен со вторым выходом основного регулятора, а выход дополнительного сумматора связан со входом регулятора расхода циркуляционного газа.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Комбинированная установка для производства аммиака и метанола. Окончательный проект. Отдел ус5тановка синтеза метанола,т. 1. Общее описание, с.30,46.

2. Авторское, свидетельство СССР В 532598, кл. С 07 С 31/06, 04.11.74 (прототип).