Способ управления каталитическим реактором в процессе получения элементарной серы

 

Изобретение относится к автоматизации технологического процесса производства элементарной серы в каталитическом реакторе, может быть использовано в химичебкой промышленности и позволяет повысить степень конверсии серы путем исключения конденсации ее паров на катализаторе. Способ управления обеспечивает ста - билизацию разности температур газа на выходе реактора и точки ро.сы паров серы путем регулирования температуры газа на входе реактора, воздействием на подачу топлива в подогреватель реактора. 1 нл. (Л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4209923/23-26 (22), 16.03,87 (46) 30.10.88. Бюл. У 40. (72) Н.В.Будзиевский, Н.И. Дудкин, Д.Л. Зеликсон, В.И. Лазарев, М.С. Немировский, В.М. Плинер и P.М. Щурин (53) 66.012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 1364605, 25.04.86.

Н. Fisher, Sulfur cast s very .impraves Sulfur recovery. Hydrocar Ъоп Processing, 1979, ч. 58, !! 3, р. 125-129.

„„SU„„1433891 А 1 (5g)сц С 01 В 17/04, G 05 D 27/00 (54 ) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИМ

РЕАКТОРОМ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ (57) Изобретение относится к автоматизации технологического процесса производства элементарной серы в каталитическом реакторе,. может быть использовано в химической промънпленности и позволяет повысить степень конверсии серы путем исключения конденсации ее паров на катализаторе, Способ управления обеспечивает стабилизацию разности температур газа на выходе реактора и точки росы паров .серы путем регулирования темпеФ % ратуры газа на входе реактора, воз- @ действием на подачу топлива в подогреватель реактора. 1 ил.

1433891

Изобретение относится к автоматизации технологического процесса производства элементарной серы в каталитическом реакторе и может быть использовано в химической промышленности: в производстве серы из концентрированных сероводородсодержащих газов каталитическим окислением в конверторах, например, по методу

Клауса.

Цель изобретения — повышение степени конверсии серы путем исключения конденсации ее паров на катали заторе. !5

На чертеже представлена схема устройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ управления каталитическим реактором.

Устройство содержит подогреватель 2р

1 кислого газа с регулятором 2 расходов топливных компонентов. Подогреватель 1 установлен на входе газа в каталитический реактор 3 после конденсатора предыдущей ступени 25 технологического процесса получения элементарной серы по методу Клауса.

Два термометра 4 и 5 установлены в газовом потоке соответственно на входе и выходе реактора 3 и соединены 3р с входами управляющего микропроцессора 6, выполненного, например, на базе однокристальной микроЭВМ типа

КМ1813Е1 серийного производства. На выходе реактора 3 также установлен измеритель 7 точки росы паров серы, который представляет собой зеркало точки росы, омываемое исследуемым газом непосредственно в потоке или с помощью пробоотбора с подогревом 4р и снабженное фотоэлетрическим блоком фиксации момента появления росы на зеркале в результате периодического охлаждения последнего с помощью регулятора 8, снабженного коммутатором для соединения термометра, вмонтированного в зеркало, с входом микропроцессора 6 в .момент появления росы.

Способ осуществляют следующим 5< образом.

Кислый газ поступает от предыдущей ступени в подогреватель !. Температура газа Т,, измеряемая термометром 4 на входе в реактор 3, устанавливается в подогревателе 1 подбором расходов топливных компонентов регулятором 2. В реакторе 3 осуществляют каталитическое окисление газа с образованием паров элементарной серы и дополнительным выделением тепла. На выходе реактора 3 измеряют температуры Т газа термометром

5 и точки росы Т из. ерителем 7. Для этого регулятором 8 включают охлаждение зеркала измерителя 7. Температура поверхности зеркала в момент появления на его поверхности росы, которая фиксируется фотоэлектрическим блоком, соответствует температуре Т точки росы паров серы, как фазы конденсирующейся при наиболее высокой температуре. Измеренные в стационарном режиме реактора 3, после

его разогрева, температуры Т>, Т и Т газа на входе и выходе, а также точки росы, поступают в микропроцессор 6, который после этого вырабатывает команду регулятору 2 на ступенчатое изменение расходов топливных компонентов в подогревателе

1. Сигналом для подачи команды служит поступление сигнала с коммутатора регулятора 8 от термометра с измерителя 7, а сигнал для включения коммутатора вырабатывает фотоэлектрический блок в момент появления росы после включения охлаждения зеркала регулятором 8.

Подогреватель 1 устанавливает на входе в реактор 3 измененную температуру

Т = Т + 10Ф (1) где Ф вЂ” абсолютная погрешность измерения температуры Т газа

Ф на выходе реактора 3.

Изменение температуры газа на входе в реактор 3 предпочтительно в сторону уменьшения, так как это ведет к дополнительному повышению степени конверсии серы в период переходного режима управления, однако уменьшение температуры возможно только в случае, если

Т вЂ” 10Ф вЂ” Т ) О, (2) иначе произойдет конденсация паров серы на катализаторе, что вызовет снижение степени конверсии. Если расчетное условие (2) не выполняется, то микропроцессор 6 подает команду на повышение температуры согласно (1).. Величина скачка температуры

T обусловлена необходимой точностью последующих измерений температур газа Т на выходе и инерцион. l! 433891 ности реактбра 3, что обуславливает наименьшее значение скачка температуры 10Ф. Повышение скачка является нежелательным, так как нарушается условие (2),хотя при этом и повысится точность последующих измерений.

После изменения температуры на входе скачком реактор 3, аппроксимируемый в виде простого инерционного звена системы управления, начинает изменять температуру газа на выходе по экспоненте во времени, поэтому он может быть охарактеризован постоянной времени термической инерции, вычисляемой микропроцессором 6 по формуле.

= at, 3.п(т,. /т„) (3) где Т,, Т вЂ” два последовательно изме2L ренных термометром 5 значения температуры газа на выходе, разделенные также измеренным интервалом времени ДС в нестационарном температурном режиме реактора 3.

По истечении времени, равного 3 ь, выходной сигнал инерционного звена составляет 95Х от скачка входного сигнала, поэтому по истечении времени более 3 наступает новый стационарный режим реактора 3. Микропроцессором 6 подают команду регулятору 8 на ввод повторных стационарных значений температур Т >, Т, Tp . Парные значения этих температур с учетом первоначальных стационарных измерений Т1, Т, Т, находящихся в памяти микропроцессора 6, используют для нахождения четырех постоянных А, В, p — - линейной системы уравнений

Т = A+atT

/

Тр= В -Рт, - <4)

Эти уравнения получены при аппроксимации результатов серии расчетов проведенных на ЭВМ с применением математической модели каталитического реактора для газов различного состава и различных температур на входе °

Из системы (4) микропроцессор 6 вычисляет значение температуры Т„ газа на входе Т,- Т,, соответствующее заданной разности температур

8= Tz — Тр 0 (5) газа и точки росы на выходе реактора

3 и подает команду регулятору 2 на

55 дополнительное изменение расходов топливных компонентов подогревателя

1 и стабилизацию температуры газа на входе на уровне Т... соответствующей допускаемому минимуму разности температур (5). Эта разность температур должна превосходить возможные случайные флуктуации температуры газа на выходе и во всех случаях. исключает конденсацию паров серы на катализаторе реактора 3. При уменьшении разности (5) возникает опасность конденсации с понижением степени конверсии за счет снижения эффективности катализатора, частично покрытого жидкой серой, а при повышении разности (5) также снижается степень конверсии, которая тем выше, чем ниже температура газа на выходе реактора.

Таким образом, выводят реактор на температурный режим, соответствующий наибольшей возможной степени конверсии путем стабилизации температуры газа на входе на уровне, исключающем конденсацию паров серы на катализаторе.

В процессе эксплуатации реактора возможно падение активности катализатора, например, вследствие зауглероживания при проскоке углеводородов в кислый газ,также может измениться состав исходного газа, поступающего в реактор, — все это приводит к изменениям температур точки росы и газа на выходе с нарушением услоУия (5). В этом случае микропроцессор 6 повторяет процедуру минимизации (5) по всем one рациям, вплоть до стабилизации температуры газа на входе на новом уровне.

Как следует из (1) и (2) одно и то же приращение температуры 10Ф приписывается как температуре Т,, так и Т>. Это возможно благодаря тому, что по расчету в уравнении ° (4) коэффициент о(1, поэтому для гарантии выполнения условия (2) принято е(= 1.

Пример 1. Газ состава 107

HgS, 57. SO, 20K Н О и остальное N характерного для первой каталитической ступени процесса получения серы по методу Клауса, поступает на вход реактора 3 при температуре 543 К, которую обеспечивает подогреватель

1 после конденсатора термической

1433891

Таким образом, управление реакто- ром согласно предлагаемому способу позволяет повысить степень конверсии на 21,0%.

П р им е р 2. Газ состава 6%

Н S, 3% SO, 203 Н О и остальное N характерного для второй каталитиче- ской ступени процесса. Клауса, поступает на вход реактора при температуре 543 К. Температура газа на выходе — 590 К 1 температура точки росы503 К (Т - Тр = 87 К) 8), степень конверсии 71,4%. При стабилизации температуры газа на входе при значении

421 К, температура газа на выходе—

531 К, а точки росы — 521 (Т - Т р = — 10 К = ), и степень конверсии составит 84,4%. Таким образом достигнуто повышение степени конверсии на 13%.

Заданная разность температур указанная в (5) обычно составляет 1035

45

55 ступени процесса. Температура газа на выходе, согласно расчету математической модели, выполненного 3ВМ составит 630 К, а температура точки росы — 523 К (Т -Т< = 107 Кw@). Ус5 ловия, далекие от оптимального соотношения (5), но близкие к реализуемым в процессе эксплуатации каталитических реакторов. По расчету общая степень извлечения серы по каталитическому реактору равна 65,6%. Пусть абсолютная погрешность измерения температуры термометром 5 равна 5 К, тогда можно установить температуру газа на входе 543-50 = 493 К, так как

630-50-523) О, и определить постоянную времени термической инерции (3), которая обычно составляет десятки минут, и по истечении интервала времени, более трех постоянных времени, 1 т,е. нескольких (2-3) часов, измерить Снова стационарные значения всех температур. Найти постоянные системы уравнений (4) и новый уровень стаби- 25 лизации температуры газа на входе, . составляющей 443 К. При этом температура газа на выходе снижается до

549 К, а .точки росы повышаются до

537 К (Т -Тр = 12 К =8), что соот- 30 ветствует оптимальному значению заданной разности (5), поэтому общая степень конверсии серы по реактору повышается до 86,6%.

15 К, что исключает конденсацию паров серы на катализаторе.

Использование данного способа управления позволяет повысить степень конверсии серы на 15-20%.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ управления каталитическим реактором в процессе получения элементарной серы, включающий регулирование подачи топлива в подогреватель

Г реактора, измерение температуры газа на входе и выходе реактора, и температуры точки росы паров серы на выходе реактора и вычисление разности темf ператур газа на выходе реактора и точкиросыпаров серы, о т л и ч а ю fa, ийс я тем, что, с целью повышения степени конверсии серы путем исключения конденсации ее паров на катализаторе, сравнивают вычисленное значение разности температур с заданным значением этой разности, при вычисленном значении разности температур, большем заданного значения, ступенчато уменьшают подачу топлива в подогреватель на заданную величину, а при вычисленном значении разности температур, меньшем заданного значения, ступенчато увеличивают подачу топлива в подогреBатель на заданную величину, измеряют температуру газа на выходе реактора с заданным интервалом времени, по значениям которых определяют постоянную времени реактора, через интервал времени боль1 ше утроенного значения постоянной времени реактора измеряют температуры точки росы и газа на выходе реактора, по измеренным значениям температуры точки росы и газа на входе и выходе реактора определяют зависимость температуры газа на выходе реактора и температуры точки росы от температуры газа на входе реактора, вычисляют по этим зависи мостям требуемое значение температуры газа на входе реактора, при котором разность температур газа на выходе реактора и точки росы равна заданному значению, и стабилизируют вычисленное значение температуры газа на входе реактора изменением подачи топлива в подогреватель.

1433891

Корректор 3. Лончакова

Подписное

Тираж 446

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор И. Сегляник

Заказ 5509/24.

Составитель Г. Огаджанов

Техред М.Дидык