Способ управления процессом конверсии окиси углерода Советский патент 1982 года по МПК C01B3/16 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано в химической промышленности в производствах аммиака и метанола при « получении газа, содержащего водород, путем конверсии смеси углеводородов, когда тепло технологического газа используется в котлах-утилизаторах.

Известен способ управления процессом крнверсии окиси углерода, заключающийся в изменении расхода конденсата в увлажнитель в зависимости от температур газа на входе в реакторы первой и второй ступени конверсии с учетом активности катализатора и нагрузки по исходному продукту l.

Недостатком данного способа является увеличение затрат на конденсат, а также на устройство для впрыска конденсата.

Известен также способ управления процессом конверсии окиси углерода путем регулирования температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода первой ступени изменением расхода реакционной сме.си пО байпассирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени в

зависимости от расхода,и состава конвертированного газа на входе в конвертор окиси углерода первой сту-. пени C2J.

Недостаток известного способа заключается в высокой себестоимости аммиака вследствие низкого качества получаемого синтез-газа и большего расхода топлива.

10

Целью изобретения является снижение себестоимости вырабатываемого аммиака за счет повышения качества получаемого синтез-газа и снижения расхода топлива на получение пара.

15

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу расход реакционной смеси по байпассирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени дополнительно корректируют

20 в зависимости от температуры реакционных газов на входе в кот.пы-утилизаторы первой ступени, температуры питательной воды и давления пара в котлах-утилизаторах.

25

На чертеже представлена схема реализации способа.

Природный газ по трубопроводу 1 подают в трубчатую печь 2, в которую по трубопроводу 3 подают водя30ной пар. Полученную в трубчатой печи 2 реакционную смесь подают в шахтный конвертор 4, в который по трубопроводам 5 и б подают пар и ВОЗДУХ. Полученная в шахтном конвер торе 4 реакционная смесь по трубопроводам 7 и 8 поступает на охлажде ние в котлы-утилизаторы 9 и 10 первой ступени, а затем в котел-ууи{лизатор 11 второй ступени.. Часть реакционной смеси по байпассирующему трубопроводу 12 подается мимо котла-утилизатора 11, смешивается с охлажденной в котле-утилизаторе 1 частью ее и по трубопроводу 13 подается в конвертор 14 окиси углерода первой ступени. Полученную в конверторе 14 реакционную смесь .охлаждают сначала в котле-утилизаторе 15, а затем в теплообменнике 16 азотоводородной смесью. В котлахутилизаторах 9-11 и 15 из питательной воды, подаваемой по трубопроводу 17, получают пар, который отводят по трубопроводу 18. Из теплообменника 16 реакционную смесь по трубопроводам 19 и 20 подают.в конвертор 21 окиси углерода второй сту пени. Система управления процессом кон версии окиси углерода состоит из датчика 22 расхода газа на входе в конвертор окиси углерода первой сту пени, датчиков 23-26 состава газа н входе в конвертор окиси углерода первой ступени, датчиков 27 и 28 температуры реакционной смеси на входе в котлы-утилизаторы первой ступени, датчика 29 температуры питательной воды и датчика 30 давления пара, получаемого в котлах-утилизаторах 9-11 и 15, датчика 31 тем ратуры реакционной смеси на входе конвертора первой ступени, воздействующего на клапан расхода реакционной смеси по байпассирующему трубопроводу мимо котла-утилизатора 11 второй ступени через вычислительное устройство 32. Для измерения расхода реакционной смеси на выходе из шахтного конвертора 4 вместо датчика 22 можно использовать датчи ки 33 и 34 расходов Природного газа и пара соответственно в трубчатую печь 2 и датчики 35 и 36 расходов пара и воздуха в шахтный конвертор 4. Расход реакционной смеси по байпассирующему трубопроводу 12 регулируется клапаном 37. Способ управления процессом конверсии окиси углерода осуществляют следующим образом. При отсутствии датчика 22 расхода по сигналам от датчиков 33-36, соответственно расхода природного газа (), расхода пара в трубчатую печь ()I расхода пара в шахт ный конвертор (Сшт) , оасхода воздуха в шахтный конвертор () датчиков 23-26 состава газа на входе конвертора окиси углерода первой ступени (Zg) и заданном составе природного газа определяют расход газа из котлов-утилизаторов 9 и 10 , G fo (G , ,Gyj,,z) . (1) По сигналу от датчика 22 или. упомянутой величине расхода конвертированного газа после смешенц потоков газа из котлов-утилизаторов 9 и 10, сигналам от датчиков 27 и 28 (температуры реакционной смеси на входе в котлы-утИлизаторы первой ступени (tex ) / Датчи ;а 29 температуры питательной воды (tjig) котловутилизаторов и датчика 30 давления пара (РП), получаемого в котлахутилизаторах 9-11 и 15, определяют величины температур газа (гьыу расхода пара () на выходах котлов-утилизаторов 9 и 10. По упомянутым значениям температур газа на выходах котлов-утилизаторов 9 и 10 определяют величину температуры конвертированного газа на входе в котёл-утилизатор 11 как среднеарифметическое этих величин. По сигналу рт датчика 22 расхода (G ) f упомянутой величине температуры конвертированного газа на входе Котла-утилизатора 11 для заданного значения параметра степени открытия клапана 37 {f) определяют величину температуры конвертированного газа и расход пара на выходе котла-утилизатора 11, Определение температур и расходов пара на выходах котлов-утилизаторов 9-11 и 15 производится по соотношениям - - Ьь,.-(Чх-Ч5Г1-ехр((кГс;-); (2) G Co(tRx-tK. 1пг 1„б (4,); In fi РП); f (tne ) );.(7) где К, F - коэффициент теплопередачи и поверхность теплообменника котла-утилизатора; 1„ - энтальпия пара, получаемого в котлах-утилизато- энтальпия питательной воды котлов-утилизаторов; - теплоемкость конвертированного газа; t, - температура кипения питательной воды котлов-утилизаторов. . По сигналам от датчиков 22-26 и значению температуры конвертированно-. го газа на входе конвертора 14 окиси углерода первой ступени определяют состав и температуру конвертированного газа на входе конвертора 14 окиси углерода iS. .f (Z , ) (8 ti3b(t fft (z , z , ), (9 где , - температура конвертирован Horo газа на входе конвертора 14 окиси углерода По сигналу от датчика 22 и величине температуры конвертированного газа на выходе конвертора 14 окиси углерода определяют величину температуры конвертированного газа . и расход пара..на выходе котла-утилизатора15 по соотношениям (2)-{7) По сигналам от датчиков 22-26, температуры конвертированного газа на выходе кртла-утилизатора 15 и заданной величине температуры азотоводородной смеси на выходе теплообменника 16 определяют величину температуры конвертированного газа на входе в конвертор 21 окиси углерода , - 7 ВЬГ) f 2 ) . По сигналу от датчика 22 и величинам температуры конвертированного газа на входе конвертора 21 окиси углерода и состава конвертированного газа на выходе кйнвертора 14 окиси углерода определяют состав конвертированного газа на выходе конвертора 21 окиси углерода , z fgfG , tp4 , z,,), (1 По сигналу от датчика 22 к составу конвертированного газа определяют величину производительности агрегата по целевому продукту (аммиаку) G % ( , Zj ).(1 По величинам расходов пара из ко лов-утилизаторов 9-11 и 15 определяю их сумму G. По величине суммы расходов пара из котлов-утилизаторов 9-11 и 15 и заданной величине расхода пара, noBaBagMoro на турбину компрессора азотоводородной смеси, определяют величину стоимости природного газа, сжигаемого для получения количества пара, соответствующего разности этих величин .., С f,o (G ) .. . По величинам стоимости природного газа и производительности агрегата по целевому продукту определяют величину составляющей себестоимости продукта по природному газу на ежигание для выработки пара С С f /G . Полученная величина себестоимости продукта и величин температуры конвертированного газа на входе конвертора 14 окиси углерода запсминаются. Затем выбирают другое значение и повторяют расчеты по зависимости , (2)-(14), Пля этого используют значения р и запоминают получение значения С и tg , И так до тех пор, пока не будут проведены расчеты для всех заданных значений параметра fi. Из всех запомненных значений величины составляющей себестоимости С выбирают наименьшее ее значение и соответствующее этой величине значение температуры конвертированного газа на входе в конвертор 14 окиси углерода. Найденное значение температуры конвертированного газа на входе в конвертор 14 окиси углерода сравнивают с сигналом от датчика 31 и в |3ависимости от величины их разнодти воздействием на клапан 37 изменяют расход реакционной смеси по байпассирующему трубопроводу 12. Использование данного способа позволяет снизить себестоимость амми.ака за счет улучшения качества синтезгаза и снижения затрат топлива на получение пара. Формула Изобретения Способ управления процессом конверсии окиси углерода путем регулирования температУЕИ реакционной бмеси на входе в Конвертор окиси углерода первой ступени изменением расхода реакционной сгмеси по байпассирующему трубопроводу котлаутилизатора второй ступени в зависимости от расхода и состава газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени,- отличающийся тем, что, с целью сн.ижения себестоимости вырабатываемого аммиака, за счет повышения качества получаемого синтез-газа и снижения расхода топлива на получение пара, расход реакционной смеси по байпассирующему трубопроводу котла- .. утилизатора второй ступени дополнительно корректируют в зависимости от температуры реакционных газов на входе в котлы-утилизаторы первой ступени, температуЕ питательной : воды и давления пара в котлахутилизаторах. Источники информации, принятые во вншлание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 498262, кл. С 01 В 31/18, 1974. 2.Schwimann Н. Peoze/irechner in der chemishen und artverwand Industrie EPectron Datenve rarb. 1964, 16, 6, p. 279-284.

. /лиг 17