Способ управления процессом синтеза аммиака Советский патент 1981 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматика ции производственных процессов и может быть использовано в химической промышленности, например в произволстве аммиака, когда сжатие свежей азо товодородной смеси и циркуляционного газа осуществляется одним центробежным компрессором.. Известен способ автоматического регулирования процесса синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода воздуха и азота в конвертор в зависимости от составов свежего и циркуляционного газов, расходов сконденсированного жидкого аммиака, свежего и продувочных газов, температуры и давления конденсации аммиака, приводящий к увеличению точности поддержания заданного соотношения водорода и аэот.а Недостатком данного способа регулирования процесса синтеза аммиака является его приспособленность к воздействию лишь на один параметр (соотнсяиение водорода и азота) процесса синтеза аммиака, приводящему к увеличению ецо производительности. Данный способ не учитывает влияния других переменных на увеличение производительности процесса синтеза аммиака. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ автоматического управления процессом синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода продувочных газов из аппара.тов первичной конденсации амииака в зависимости от температуры циркуляционного газа в аппаратах первичной конденсации аммиака, концентрации инертных газов в свежей азотовЬдородной смеси, давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого акмиака, давления свежей азотоводородной смеси и концентраций аммиака и инертов в газе на входе в колонну синтеза (2. Однако данный способ имеет низкую точность определения существующего состояния технологического процесса и, как следствие этого, управление им из-за отсутствия точного определения мощности компрессора при текущих условиях его работы затруднено, что приводит к снижению производительности процесса. Цель изобретения - повышение производительности процесса синтеза аммиака. Поставленная цель достигается тем, что в способе управления процессом Синтеза аммиака расход продувочных газов корректируют в зависимости от температур азотоводородной смеси на всасывании всех ступеней компрессора .кроме последней, температур циркуляц онного газа на всасывании последней ступени компрессора и азотоводородной смеси на входе в колонну вторичной конденсации, концентрации водоро да в свежей азотоводородной смеси и числа оборотов валакомпрессора. На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управлени реализующая предлагаемый способ. Процесс синтеза газообразного аммиака из азота и водорода осуществля ется в колочне 1 синтеза, в которую подается циркуляционный газ, содержащий компоненты реакции и Инертные примеси. После колонны 1 синтеза из циркуляционного газа конденсируется аммиа в апп аратах 2 первичной конденсации аммиака и после сжатия циркуляционно го газа пятой ступенью компрессора 3 - в аппаратах вторичной конденсации а(миака, состоящих из колонны 4 вторичной конденсации и двух испарителей 5 жидкого аммиака. Циркуляцион ный газ из колонны 4 вторичной конде сации, смешавшись в ней со свежей азотоводородной смесью, сжатой первой, второй, третьей и четвертой сту пенями Koivmpeccopa 3, поступает в ко лонну 1 синтеза. Система управления процессом синтеза аммиака состоит из датчика 6 концентрации водорода, датчика 7 кон центрации метана и датчика 8 давлени на всасывании первой ступени компрес сора, датчиков 9-12 температур азото водородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четвертой сту пеней сжатия компрессора 3, соответственно, а также датчиков 13-15, соответственно, температур циркуляционного газа .на всасывании пятой ступени компрессора 3, свежей азотоводородной смеси на входе в колонну 4 вто;ричной конденсации и циркуляционного газа на выходе из аппаратов 2 первич ной конденсации, датчика 16 числа оборотов вала компрессора 3, датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака на выходе из испарителей 5 жидкого аммиака, датчиков 19 и 20 концентраций метана и аммиака, соответствен но, в циркуляционном газе на колонну 1 синтеза, воздействующих на клапан 21 на линии расхода продувочных газов из аппаратов 2 первичной конденсации через вычислительное устройство 22. Способ управления процессом синтеза аммиака осуществляется следующим образом. По сигналам с датчиков 9-12 темпе ратур азотоводородной смеси на всасы вании первой, второй, третьей и четвертой ступеней компрессора 3, соответственно, с датчика в давления на всасывании первой ступени компрессора 3, датчика 16 числа оборотов вала, датчиков 6 и 7 концентраций водорода и метана в свежей азотоводородной смеси, датчика 14 температуры азотоводородной смеси на входе в колонну 4 вторичной конденсации, датчиков 13 и 15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессора и в аппаратах первичной конденсации аммиака, соответственно, датчиков 19 и 20 концентраций метана и аммиака в циркуляционном газе на входе в колонну 1 синтеза, датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, а также по заданному расходу свежей азотоводородной смеси из уравнений (1-4) материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и кинетическому уравнению реакции синтеза аммиака и уравнений (5-9), описывающ Х обобщенные хграктеристики процесса сжатия газа в ступенях компрессора 3 определяются производительность процесса синтеза аммиака f мощность компрессора 3 N N и соответствующее значение расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации а 1иака (регулирующее воздействие) ..СН4 . )) Wi -1 BC ABC ABCi ,V.™.t. t,,t,,,P,p,,.y,,) c) .)/ QNH,(.Sc.t|.4. ti,,Av.. (..МН,Лвс), W (%tpti...) i ,..;,w (PlЧ., (pt,Vu,r.), 7) о 6lP..-b,,t,.,-b,,,.t,,,Vft,MJf,,U.), 1«) .; (9) где U.- ,M - расход и состав цирПРкуляционного газа на на выходе в колонну 1 синтеза, соответственно; (,... f IV) - мощности ступеней. кo шpeccopa 3; - давления на всасывании пятой и нагнетании четвертой ступеней компрессора 3, соответственно; t, , t,,, t|n, температуры азбтоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей,чет i . вертой и пятой c.jyпеней компрессора 3 и на входе в колонну 4 вторичной конденсации, а также циркуляционного газ в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака, соответственно;ЧУ - число оборотов вала комHZ СН4 прессора 3; - величины концентраций водорода и метана в азотово дородной смеси, аммиака и метана в циркуляционном газе на входе в колон1€У 1 синтеза, соответственно; Лвс расход азотоводородной смеси.на входе в компрессор 3. Задаваясь другим значением концен трации метана в циркуляцион ом газе на входов в колонну 1 синтеза M,j по уравнению () определяется состав Мц|-циркуляционного газа на входе в колонну 1 синтеза, а по уравнению (1) - его расход Vu,r . По уравнениям (3) и (4), соответственно, определяется производительйость процесса синтеза е1ммиака GNUJ которая поддерживается соответствующим расходом продувочных газов из аппаратов первичной конденсации аммиака Vpp. По уравнениям (5-9) определяется суммарная мощность N кЬмпрессора 3, . которая сравнивается с первоначально определенной мсадностью компрессора 3 Njjjj.. Если N не совпадают с заданной точностью и если N задается новое большее значение числа оборотов вала компрессора UJ. Вели зол задае тся новое меньшее зна чение числа оборотов вала W компрессора 3. И так до совпадения .М и NgQA с заданной точностыь. Определенное по уравнению (3) значение производртельности процесса синтеза аммиака ЫИа сравнивается с его первоначаль {шм значением . Если значение ИНг соответствувдций ем расход продувочных газов У„ запоминается . Далее снова задаемся новым зйачёнием концентрации метана в циркуляционном газе на входе в колонну 1 синтеза, и снова производим предыдущие расчеты и сравнения. В результате всех зтих сравнений корректируется расход продувочных газов из аппаратов 2 первичной конденсации аммиака через клапан 21, устанавливая то значение расхода продувочных газов Vt,p из аппаратов 2 первичной конденсации аммиака, которому соответствует большая производительность процесса синтеза аммиака. Производительность процесса синтеза аммиака в результате внедрения указанного способа управления увеличивается на 0,5-1,0 %. Формула изобретения Способ управления процессом синтеза аммиака путем изменения расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации аммиака в зависимости от температур циркуляционного газа в аппаратах первичной конденсации аммиака, концентрации инертных газов в свежей азотоводородной смеси, давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, давления свежей азотоводородной смеси, концентраций аммиака и инертов в газе на входе в колонну синтеза, о т л ичающийся тем, что, с целью повыиения производительности процесса, расход продувочных газов корректируют в зависимости от температур азотоводородной смеси на всасывании всех ступеней компрессора кроме последней, температур циркуляционного газа на всасывании последней ступени компрессора и азотоводородной смеси на входе в колонну вторичной конденсации, концентрации водорода в свежей азотоводородной смеси и числа оборотов вала компрессора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 318546, кй. С 01 С 1/04, 1968. 2.Константинова Е, С. и др. Моделирование и оптимизация каталических процессов. М., Наука, 1965, с. 109-126.

зотоводородиоя смесь

16 д Продувочный газы