Способ управления процессом получения элементарной серы

 

Изобретение относится к способу управления процессом получения элементарной серы, может быть использовано в нефтехимической, химической и газовой промьшшенности и позволяет увеличить выход элементарной серы. Способ реализуется системой управлеТоплийный газ t т О }Oi;r,.r.;Tt у - 2г; л/ | ния, содержащей регулятор (Р) 1 соотношения расходов кислого газа и воздуха, связанный с соответствующими датчиками расхода (д) -3,5 клапаном (к) 7 и выходом вычислительного устройства 22. Система также содер- ЗИ1Т Р 2 соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в печьподогреватель первой ступени конверсии , связанный с соответствующими Д 4, 6 расхода К 8 и с выходом оптимизатора 23. Система содержит Р 9 соотношения расходов топливного газа и воздуха, связанный своими входами с соответствующими Д 10, 11 расхода, а выходом - с К 12 топливного газа. На выходе сероуловителя установлены Д 18 и 19 измерения концентрации сероводорода и диоксида серы, связанные с соответствующими им концентратомерами 20 и 21, подключенными к од-. ному из входов вычислительного устройства . 22. 1 ил. S СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5И 4 С 01 В 17/04 G 05 Р 27 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ с

ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ а (57) Изобретение относится к способу Н управления процессом получения эле- Д ментарной серы, может быть использо- р вано в нефтехимической, химической нь и газовой промышленности и позволяет увеличить выход элементарной серы. н

Способ реализуется системой управле- р

Тоалибный

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4061981/23-26 (22) 25.04.86 (46) 07.01.88. Бюл. № 1 (72) Н.И.Дудкин, А.В.Егоров, В.В.Радкевич, В.Я.Климов, Б.П.Бородин и В.М.Думинов (53) 66.012.52(088,8) .(56) Патент Франции ¹ 3489361, кл. С 01 В 17/02, 1976.

Faddart G., Be careful of feed-

worward for claus Control. — Hydrocarbon Processing, 1981, 60, ¹ 3, р. 155-157. ния, содержащей регулятор (Р) 1 соотношения расходов кислого газа и воздуха, связанный с соответствующими датчиками расхода (Д) 3,5 клапаном (К) 7 и выходом вычислительного устройства 22. Система также содержит P 2 соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в печьподогреватель первой ступени конверсии, связанный с соответствующими Д

4, 6 расхода К 8 и с выходом оптимизатора 23. Система содержит P 9 соотношения расходов топливного газа и воздуха, связанный своими входами с оответствующими Д 10, 11 расхода, выходом — с К 12 топливного газа. а выходе сероуловителя установлены

18 и 19 измерения концентрации сеоводорода и диоксида серы, связан(е с соответствующими им концентраомерами 20 и 21, подключенными к одому из входов вычислительного устойства,22. 1 ил.

64605 2 измеряющих температуру кислого газа

T и воздуха Т, датчиков 15 и 16 давления, измеряющих давление кисло5

ro газа и воздуха Рк„ и Р,поступают на вычислительное устройство 22, которое производит по измеренным значениям расчет расходов кислого газа и воздуха, поступающих в реактор"генератор, приведенных к нормальным условиям. Туда же поступают сигналы с датчиков 4, 6, 10 и 11 расходов. Расчет расходов производит- ся в соответствии с выражением

Q,=Ê Q. (4) Ь кг — настроечный

1 13

Изобретение относится к способам управления химическим процессом получения элементарной серы из концентрированных сероводородсодержащих газов двухконверторным каталитическим окислением и может быть использовано в нефтехимической, химической и газовой промышленности.

Цель изобретения — увеличение выхода элементарной серы.

На чертеже представлена структурная схема реализации предлагаемого способа управления.

Система управления содержит регуляторы 1 и 2 соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени конверсии, датчики 3-6 соответственно расходов кислого газа и воздуха, установленные на линиях подачи реагентов в реакторгенератор и печь-подогреватель газов первой ступени конверсии, исполнительные механизмы (регулирующие клапа на) 7 и 8, установленные на линиях подачи воздуха в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени конверсии, регулятор 9 соотношения расходов топливного газа и воздуха, .подаваемых в печь -подогреватель второй ступени конверсии, датчики 10 и

l1 расходов топливного. газа и воздуха, установленные на линиях подачи реагентов в печь-подогреватель второй ступени конверсии, исполнительный механизм (клапан) 12, установленный на линии подачи топливного газа, датчики 13 и 14 температуры кислого газа и воздуха, датчики 15 и 16 давлений кислого газа и воздуха, датчик

17 измерения состава кислого газа, измеряющего концентрацию сероводорода и горючих углеводородов, датчики

18 и 19 измерения состава (концентрации сероводорода и диоксида серы) отходящих газах перед печью дожига и соответствующие им концентратомеры 20 и 21 сероводорода и диоксида серы, вычислительное устройство 22 и регулятор — оптимизатор 23.

Способ управления осуществляется следующим образом.

Сигналы с датчиков 3 и 5 измере1 ния расходов кислого газа „, и воздуха Qb, датчика 17 измерения состава кислого газа измеряющего конценВх трацию сероводорода — С„ и горючих

? углеводородов в пересчете на метан

Вх

Ссн, датчиков 13 и 14 температуры, где К. — поправочный коэффициент

i-го расходного датчика;

20 Ц вЂ” измеряемый расход i-ro дат1 чика;

Р— давление потока, кгс/см

Т вЂ” температура потока, С.

По измеренным датчиком 17 концентрациям сероводорода С и углевоЬх н,s дородов С„„ и вычисленному расходу н кг кислого газа Q рассчитывается количество сероводорода G зи углеводонгз родов в кислом газе в соответствии с выражениями н

Он Сн з Як г (2) сн сн4

По полученным значениям рассчитывается необходимое количество воздуха, необходимое для сжигания сероводорода и углеводородов по выражению н Gí +9,52 Ссн {3) где — коэффициент, устанавливающий соотношение между количеством сероводорода и количеством воздуха, необходимого для сжигания сероводорода, со45 держащегося в кислом газе.

Из (1)-(3) следует, что

50 где g ={У С„ +9,52 СН,) ° ь ь к.г коэффициент регулятора соотношения измеренных расходов воздуха и кислого газа.

Вычислительное устройство 22 при изменении входных параметров Сн, з 13 с соответствующих датчиков производит вычисление настроечного коэффициента ф регулятора 1 расхода соотношения

1 согласно выражению (4) при заданном значении коэффициента у, Вычисленное значение коэффициента

У поступает в виде задания íà pery1 лятор 1 соотношения, который посредством регулирующего клапана 7 устанавливает расход воздуха Q, поступающего в реактор-генератор в соответствии с равенством (4).

Коэффициент в выражении (3) на . промьппленных установках может варьироваться в диапазоне от 1,9 до

2,74 ед., что соответствует диапазону изменения коэффициента „ от 1,76 до 2,55, задаваемому регулятором 1 соотношения расходов воздуха и кислого газа в реактор-генератор.

Конкретное значение соотношений расходов )! регулятора 1 соотношения ! обычно устанавливается таким, что соотношение концентраций сероводорода С„ и диоксида серы Спы" в отхоВых дящих газах перед печью дожига равно заданному значению, В известном способе управления это значение соотношения Сты /С Вых равно 2. Для этого в вычислительное устройство 22 поступают сигналы с датчиков 18 и 19 измерения состава и соответствующих концентратомеров 20 и 21 сероводорода и диоксида серы, которые вычисляют соотношение концентраций:

CЮх

H2S

Ъ

R=

С ь|х (5)

SO2

В известном способе управления формируется сигнал отклонения соотно-! н шения R= — — — от заданного значения

СВ тх

SO2 с, s R=R-R (6) о

Вь!х вь!х

С., С„, С, +С

2 г (( бх и

Сн, v, т (7)

Вь!х тты

C„„+С

1—

100

20 где Q — суммарный расход воздуха на установку, равный сумме расходов И, Р, Я, постуь ь лающих на реактор-генератор, печи-подогревателя газов I и II ступени, приведенные к

15 нормальным условиям, суммарный расход кислого газа на установку, равный г сумме расходов Я и Q ! тГ K T9 поступающих на реактор-генератор и печь — подогреватель газов I ступени, приведенные к нормальным условиям; расход топливного газа в печь-подогреватель II сту25 пени, приведенной к нормальным условиям.

Дпя исключения влияния случайных помех при измерении вычислительное устройство производит расчет среднего значения степени конверсии установки за заданный период времени усреднения 0,5-1,5 ч. Выходной сигнал с вычислительного устройства 22, несущий. информацию о вычисленных значениях соотношения .концентраций сероЗ5 водорода и диоксида серы в отходящих газах R и средней степени конверсии поступает на регулятор-оптимизатор 23.

Для эффективного ведения процесса

40 получения серы на установках Клауса необходимо установить коэффициекты соотношекия y, g регуляторов 1 и 2

2 соотношений расходов на оптимальном уровне, которые обычно определяют

45 экспериментально. а также производится установка такого коэффициента g регулятора соотношения, которое обеспечивает нулевое отклонение R от заданного значения

R, т,е. DR=0.

В отличие от известного способа по предлагаемому способу вычислительное устройство 22 по сигналам от датчиков 3-6, 9, 10, 13-17 и концентратомеров 20 и 21 производит расчет степени конверсии установки получения серы в соответствии со следующей функциональной зависимостью:

Вследствие кинетических ограничений реакций процесса Клауса старения катализаторов эти коэффициенты не мо50 гут быть однозначно определены расчетным путем.

Задачу нахождения оптимальных коэффициентов соотношения у, g для ! каждого момента времени решает pe=y55 лятор-оптимизатор 23, который работает следующим образом.

Оптимизация процесса регуляторомоптимизатором 23 осуществляется на двух уровнях, 64605

6 средней степени конверсии в соответствии с выражением (7 ) за заданный период времени.

Использование способа управления

5 позволяет увеличить выход серы с установок Клауса до 2-5Х, уменьшить выбросы до диоксида серы в атмосферу и повысить точность регулирования рас10 хода воздуха для оптимального ведения процесса на 10-15Х. идет непрерывно в течение всего времени

5 13

1 тга первом уровне управления, как и в известном способе, алгоритм оптимизации заключается в установлении на выходе оптимизатора такого значения г и в соответствии с выражением .(4) значения 1,, которое обеспечивает равенство соотношения R заданному значению R при постоянном значении

На втором уровне оптимизации регулятор-оптимизатор 23 работает по следующему алгоритму. Он воспринимает от вычислительного устройства 22 среднее значение степени конверсии эа прошедший период времени усреднения и значение соотношения R.

Регулятор-оптимизатор запоминает изменяет заданное соотношение R, 1 после чего передает управление на первый уровень оптимизации.

В соответствии с алгоритмом первого уровня производится поиск нового значения 7, а следовательно у, кото1 рое обеспечивает равенство соотношения измененному заданному значению R, Вычислительное устройство 22 вычисляет новое значение .

Оптимизатор последовательно сравнивает новое значение 1 с ранее запомненным на предыдущем шаге и в соответствии с выбранным методом оптимизации отыскивает такое значение

R, а значит и значение выхода оптиg7 мизатора, связанное с коэффициентом соотношения регулятора выра1 жением (4 ), которое обесйечивает максимальное значение расчетной степени конверсии, т.е. производит поиск локального максимума по, а следовательно по у, при постоянном значении у

2.

После этого оптимизатор аналогичным образом начинает изменения и по, иск значения, обеспечивающего макг. симальное значение при постоянном значении, после чего переходит к поиску нового оптимального значения

R а следовательно у и, и так о l до нахождения глобального максимума достигаемой степени конверсии .

Поиск оптимальных значений и работы установки получения серы. Хаким образом, последовательность операций оптимизатора состоит в пошаговом изменении и поиске таких значений g и ., а значит и коэффициентов настроек регуляторов 1 и 2 соотношений, которые обеспечивают максимальное значение расчетной величины

Формула изобретения

Способ управления процессом получения элементарной серы в установке с двухконверторным каталитическим окислением сероводородсодержащих газов путем регулирования соотношения расходов воздуха и топливного газа, подаваемых в печь-подогреватель второй ступени, изменения расхода топливного газа, измерения расходов, температур и давлений кислого газа и

25 воздуха, подаваемых в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени, измерения концентраций сероводорода и углеводородов в кислом газе, и сероводорода и диоксида серы в хвостовых газах и расчета соотношения концентраций сероводорода к диоксиду серы, регулирования соотношения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени, З5 изменением расхода воздуха, с коррекцией по концентрациям сероводорода и углеводородов в кислом газе и рассчитанному соотношению концентраций сероводорода к диоксиду серы, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения выхода элементарной серы, рассчитывают суммарные значения расходов кислого газа и воздуха, подаваемых на установку, по измеренным значениям расхода топливного газа, концентраций сероводорода и диоксида серы в хвостовых газах и сероводорода в кислом газе и рассчитанным суммарным значением расходов кислого

" гъ " газа и воздуха вычисляют степень конверсии сероводорода в серу тг в соответствии с выражением вь!х вь1х нг + БОг

q +Цт (1+ г т 1

55 С„" к.Г нz l вь!х вых

Сн s+0so

1100

1364605 гце Ц, и,—

Н. вычислительного значения степени конверсии сероводорода в серу: от ее максимального значения цостигаемого при коррекциях.

С Ьь!а С як н ь

Составитель Т.Голеншина

Редактор Н.Бобкова Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 6526/18

Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 суммарные значения расходов воздуха и кислого газа на установку; расход топливного газа, подаваемого в печь-подогреватель второй ступени; концентрации сероводорода.и диоксида серы в хвостовых газах, и дополнительно корректируют расходы воздуха, подаваемого в реактор-генератор и печь-подогреватель первой ступени пропорционально отклонению