Способ управления процессом конверсии окиси углерода

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНВЕРСИИ ОКИСИ УГЛЕРОДА по авт.свид. № 952727, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы низкотемпературного катализатора путем уменьшения степени его износа , расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени дополнительно корректируют в зависимости от расходов питательной воды в котлы-утилизаторы и топлива во вспомогательный котел, температур газовой смеси на входе котла-утилизатора второй ступени и конвертора окиси углерода второй ступени и остаточного содержания окиси углерода на выходе конверторов окиси углерода первой и второй ступеней . СО 5 «. ел 4 Oti :о.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН (19) (I1) (б1) С 01 В 3!16; G 05 0 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

FlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1,,.„, "... д.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ @Б ЕО ТИА (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КОНВЕРСИИ ОКИСИ УГЛЕРОДА по авт.свид.

Змий (61) 952727 (21) 3578011/23-26 (22) 10.03.83 (46) 30.07.84. Бюл. У 28 (72) Л.P.Ùåãëîâà, Б.Н.Мельников, В.В.Кафаров, В.Л.Перов, Б.А.Лубис и К.-А.П.Гайжаускас (71) Государственный всесоюзный центральный ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (53) 66.012.52(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 952727, кл. С 01 В 3/16, 1980.

Ф 952727, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью увеличения срока службы низкотемпературного катализатора путем уменьшения степени его износа, расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени дополнительно корректируют в зависимости от расходов питательной воды в котлы-утилизаторы и топлива во вспомогательный котел, температур газовой смеси на входе котла-утилизатора второй ступени и конвертора окиси углерода второй ступени и остаточного содержания окиси углерода на выходе конверторов окиси углерода первой и второй стуФ пеней.

1105463

Изобретение относится. к области автоматизации производства аммиака и метанола при получении газа, содержащего водород, путем конверсии смеси углеводородов, когда тепло технологического газа используется в котлах-утилизаторах.

По основному авт. св. tt- 952727 известен способ управления процессом конверсии окиси углерода путем регу- 10 лирования температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода первой ступени изменением расхода реакционной смеси по байпасирующему трубопрОводу котла-утилиэатора вто-1 рой ступени в зависимости от расхода и состава газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени, температуры реакционных газов на входе в котлы-утилизаторы первой ступени, 2р темпетаруры питательной воды и давле,ния пара в котлах-утилизаторах. г

Недостаток известного способа заключается в высокой себестоимости вырабатываемого аммиака вследствие быстрого износа низкотемпературного катализатора в конверторе окиси углерода второй ступени.

Целью изобретения является увели30 че ние срока службы низ котемпер атурного катализатора путем уменьшения сте" пени era износа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом конверсии окиси углерода расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора второй ступени дополнительно корректируют в зависимости от расходов питательной воды в котлы-утилизаторы и топлива во вспомогательный котел, температур газовой смеси на входе котла-утилиэатора второй ступени и конвертора окиси углерода второй ступени и остаточного содержания окиси 45 углерода на выходе конверторов окиси углерода первой и второй ступеней.

На чертеже представлена схема реализации способа.

Природный гаэ по трубопроводу 1 подают в трубчатую печь 2, в которую по трубопроводу 3 подают водяной пар.

Полученную в трубчатой печи 2 газовую смесь подают в шахтный конвертор 4, в который по трубопроводам 5 и 6 подают ггар и воздух. Полученная в шахтном конверторе 4 реакционная смесь по трубопроводам 7 и 8 поступает на охлаждение в котлы-утилнзаторы 9 и 10 первой ступени, а затем в котел-утилизатор tt второй ступени.Часть реакционной смеси по байпа сирующему трубопроводу 12 подается мимо котла-утилиэатора 11, смешивается с охпажденной в котле-утилиэаторе 11 частью ее и по трубопроводу 13 подается в конвертор 14 окиси угле— рода первой ступени. Полученную в конверторе 14 газовую смесь охлаждают сначала в котле-утилизаторе 15, а затем в теплообменнике 16 аэотоводородной смесью. Иэ теплообменника 16 газовую смесь по трубопроводам 17 и 18 подают в конвертор 19 окиси углерода второй ступени, заполненный ниэкотемпературным катализатором.

Иэ конвертора 19 газовая смесь отводится по трубопроводу 20. В котлахутилиэаторах 9,10,11 и 15 иэ питательной воды, подаваемой по трубо,проводу 21, получают пар, который отводят по трубопроводу 22, куда по трубопроводу 23 поступает пар полученный во вспомогательном котле 24 путем сжигания топлива, подаваемого по .трубопроводу 25.

Система управления процессом конверсии окиси углерода состоит иэ датчика 26 расхода газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени, датчиков 27 — 30 состава газа на входе в конвертор окиси углерода первой ступени, датчиков 31 и 32 температуры реакционных газов на входе в котлы-утилиэаторы первой ступени, датчика 33 температуры и датчика 34 расхода питательной воды, датчика 35 давления пара, получаемого в котлах-утилиэаторах 9, t0, 11 и 15, датчика 36 температуры газовой смеси на входе котла-утилиэатора второй ступени, датчика 37 расхода топлива во вспомогательный котел, датчика 38 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 первой ступени, датчика 39 температуры реакционной смеси на входе конвертора 19 окиси углерода, датчика 40 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 19 окиси углерода, датчика 41 температуры реакционной смеси на входе конвертора 14 окиси углерода, воздействующего на клапан расхода реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу котла-утилизатора tt второй ступени через вычисли1 105463 тельное устройство 4?. Для измерения расхода реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода первой ступени вместо датчика 26 можно использовать датчики 43 и 44 расходов природного газа и пара ссответственно в трубчатую печь 2 и датчики 45 и 46 расходов пара и воздуха в шахтный конвертор 4 ° Расход реакционной смеси по байпасируюшему трубопроводу 12 регулируется клапаном 47.

Способ управления процессом конверсии окиси углерода осуществляется следующим образом.

При отсутствии датчика 26 расхода по сигналам от датчиков 43 — 46 соответственно расхода природного в газа С „ е расхода пара в трубчатую и печь С „, расхода пара в шахтный конвертор G„„, расхода воздуха

20 в в шахтный конвертор G „. датчиков 27 — 30 состава газа на входе конвертора окиси углерода первой ступени Z, и заданного состава при родного газа определяют расход газа из котлов-утилизаторов 9 и 10 ееГ Il в 6 о(Grg Gwxs G«Zg) (1)

По сигналам от датчиков 26 и 39 расхода и температуры 1, составу 30 газовой смеси на входе конвертора 19 Z< и сигналу от датчика 40 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 19 Z в момент времени То (То=1-2 мес) от начала эксплуатации низкотемпературного катализатора в конверторе окиси углерода второй ступени при заданной величине объема упомянутого катализатора однократно определяют величину 40 начальной активности ниэкотемпературного катализатора ао и запоминают ее.

По сигналу от датчика 38 остаточного содержания окиси углерода в га- 15 зовой смеси на выходе конвертоСО ра 14 Z и сигналу от датчика 26 расхода газа циклически через интервал времени ц (7q — — 1 — 4 ч) в течение периода „ (i„ =t — 3 мес) (величина периои

50 да с выбирается в зависимости от качества катализатора) определяют величину суммарной нагрузки по окиси углерода на ниэкотейпературный катализатор и =8 +2 С„, сЧ. (2) где 6 y — запомненное значение суммарной нагрузки в предыдущем цикле, и запоминают эту величину вместо предыдущеи. По сигналам от датчиков 27 — 30 состава газа на входе и датчика 38 содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 определяют состав. Zg газа на входе конвертора 19. По составу газовой смеси на входе конвертора 19, сигналам от датчиков 26 расхода и 39 температуры газа на входе конвертора 19 t u

5 сигналу от датчика 40 остаточного содержания окиси углерода ча выходе со конвертора 19 Z > периодически (период с ее определяют текущую величину активности катализатора в конверторе второй ступени а.

Определение состава газа 2 на входе. конвертора 19 проводится по сигналам, от датчиков 27 — 30 состава газа на входе и датчика 38 остаточного содержания окиси углерода на выходе конвертора 14 Z по соотношесо

2 нию

Z, =Z +(, -Z z), (3) ее ее где знак + для продуктов реакции

СО 2, Н и знак "- " для Н 7 0 .

Определение активности катализатора проводится по соотношению

a=f > (Z< ° Z „" Скг V<) (4)

Определяют скорость старения катализатора в конверторе второй ступени

0L

Вв(a/ оо) (5)

По величине скорости старения катализатора tt известным величинам наименьшей допустимой активности катализатора Q ;> и паспортного срока его службы Т„, времени от начала эксплуатации ниэкотемпературного катализатора Т для заданного времени увеличения срока службы низкотемпературного катализатора Т (Т е=1-3 года) опреде- ляют величину допустимой нагрузки по окиси углерода на конвертор второй ступени

Од000 =„- — (T — —,â€”вЂ” — T)-.

Сп(а «(а) (6)

По сигналам от датчиков 26 и 40 и величине 64, циклически начиная со второго периода определяют наибольшее допустимое значение содержания окиси углерода в газовой смеси на выходе конвертора 14 первой ступе400 2 *оп / kr ) (7)

По сигналу от датчика 26 расхода ° датчиков 3 1 и 32 температуры газовой

1105463

50 со P (21)

4 = 4(кг, с.",, 4 ) .

По величинам расходов пара иэ кот. лов-утилизаторов 9,10,11 и 15 и сигналу от датчика 34 расхода питатель55 ной воды определяют новое значение расхода топлива во вспомогательный котел т пВ е ) (22) смеси на входе в котлЬ1-утилизаторы 9 и 10 (ti, t ), датчика 33 температуры питателвной воды tz котлов-утилизаторов, датчика 35 давления пара (Р ) в котлах-утилизаторах 9,10,11 5 и 15 и датчика 36 температуры газовой смеси (t ) на входе котла-утилизатоЧ ра второй ступени для заданного значения параметра степени открытия клапана 47 (P) определяют величину температуры газовой смеси (tg) и расход пара (С ) из котлов-утилиэаторов 9,10 и 11:

-(t -t ) 1-ехр(— - — ц (8)

Ки F<Л

3 «« 6 .CÖ9 1 кс «г Ср 111 z- 21 4 1 ()

"n пв

z„=a (p„) э (10)

4„= tç,(t „å,)э, (1 1) 2 ср = f (ti), (12) к 5 (рп), (13) где К1, Ги — коэффициент теплопередачи и поверхность теплообмена котла"утилизато- д5 ра 11;

3 — энтальпия пара, получаемого в котлах-утилизато-. рах;

2пц — энтальпия питательной воды котлов-утилизаторов; температура питательной воды котлов-утилизаторов;

С вЂ” теплоемкость газовой

Г смеси; — температура кипения питательной воды.

По сигналам от датчика 26 расхода, 40 датчиков 27 — 30 состава газа и величине температуры газовой смеси на входе конвертора 14 (с,1) определяют со содержание СО (Z „) и температуру конверторного газа на выходе конвер45 тора 14:

Е =Гь (Е1, 0 м, о, 17<) (14) (15) где V — объем катализатора н конвер1 торе 14;

6Н вЂ” величина теплового эффекта реакции. со 20И, Величины Z и Z2 сравнивают и, со 4р5 р если 7. Z < выбирают другое зна 2 р чение р и повторяют расчеты по соCO акоп отношениям (8)-(15). Если Z,р

-(t - к ) 1-ехр(— — — --)), (16) K1f -Fig 1.5 р 0 «

1 Кс р(-f 6) .т = ) п ПЬ

Ср= 1,(, (is) !

Где К„, Fi>. — коэффициент теплопередачи и поверхность теплообмена в котле-утилизаторе 15.

По сигналам от датчиков 26 . — 30, величине температуры конвертированного газа на входе котла-утилизатора 15 и заданной величине температуры азотоводородной смеси на выходе теплообменного аппарата 16 определяют величину температуры конвертированного газа на входе в конвертор 19 окиси углерода т= 6(кг,4,4,,1По величине содержания окиси угле рода на выходе конвертора 14 и сигналам от датчиков 27 — 30 состава газа определяют состав газа на входе конвертора второй ступени Z по со- . отношению (3).

По сигналу от датчика 26, температуре конвертированного газа на входе конвертора 19 и составу конвертированного газа на входе конвертора 19 определяют содеражние окиси углерода в конвертированном газе на выходе конвертора 19 где V — объем катализатора в кон2 верторе 19, и состав конвертированного газа по, соотношению (3).

По сигналам от датчиков 26 и 40 и составу конвертированного газа Z

P определяют величину расчетной производительности агрегата по целевому продукту (аммиаку) 1105463

Составитель Г.Огаджанов

Редактор Л.Веселовская Техред А.Кикемезей Корректор И.Эрдейи

Заказ 5533/17 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 где — расход топлива на получение единицы расхода пара.

По сигналу от датчика 37 расхода топлива во вспомогательный котел (0) и величине нового значения расхода топлива во вспомогательный кое тел (Gq) определяют величину изменения стоимости топлива, сжигаемого для получения пара, С = (Ст- т). (23)

По величинам изменения стоимости топлива и расчетный производительности агрегата по целевому продукту определяют величину себестоимости продукта по топливу

С = C /t,, (24) (величины себестоимости продукта и температуры конвертированного газа на входе конвертора 14 окиси углерода запоминаются).

Затем выбирают другое значение Р, повторяют расчеты по зависимостям (9)-(24) для этого значения P и запоминают полученные значения С и t . Таким образом проводят расчеты для всех заданных значений параметра P . Иэ всех запомненных значений

5 величины себестоимости С выбирают наименьшее ее -значение и соответствуюцее этой величине значение температуры конвертированного газа на входе в конвертор 14 окиси углеро10 да ty, Яайденное значение температуры конвертированного газа на входе в конвертор 14 окиси углерода сравнивают с сигналом от датчика 36 и в эави15 симости от величины разности воздействием на клапан 47 изменяют расход реакционной смеси по байпасирующему трубопроводу 12.

Использование данного способа поз20 воляет снизить себестоимость аммиака путем уменьшения износа низкотемпературного катализатора и увеличения срока его службы.