Способ управления процессом получения формалина

 

Изобретение относится к управлению химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации установок по производству формалина и позволяет снизить удельный расход метанола. Система управления содержит смеситель 1, датчики (Д) 2 - 4 соответственно расхода метанола, воды и плотности смеси, регулятор (Р) 5 соотношения, спиртоиспаритель 8 с теплообменником 9, Д 10 и Р 11 уровня, смеситель 14, аппарат 16 синтеза формальдегида, абсорберы 17 и 21, промывную колонну 24, Р 28, Д 30 температуры, Р 31 температуры и анализатор 34 состава. 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Ж „„1669911 А1 (Р1)g С 07 С 47/04, G 05 1) 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4473379/26 (22) 11.08 ° 88 (46) 15. 08.91. Бюл. Я 30 (71) Пермский политехнический институт и Губахинский химический завод (72) А, Г. Шумихин, С. Н . Кондрашов и В.В.Майер (53) 66. 012-52 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 804627, кл. С 07 С 47/04, 1979.

Технологический регламент производства формалина. Губаха, 1981. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕ11ИЯ ПРОЦЕССОИ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМАЛИНА (57) Изобретение относится к управ2 пению химико-технологическими процессами, может быть использовано в химической промышленности при автоматизации установок по производству формалина и позволяет снизить удельный расход метанола. Система управления содержит смеситель 1, датчики (Д) 2 — 4 соответственно расхода метанола, воды и плотности смеси, регулятор (Р) 5 соотношения, спиртоиспаритель 8 с теплообменником 9, Д 10 и

P 11 уровня, смеситель 14, аппарат 16 синтеза формальдегида, абсорберы. 17 и 21, промывную колонну 24, P 28, Д 30 температуры, P 31 температуры и анализатор 34 состава, 1 табл., 1 ил.

1669911

Изобретение относится к управлению химико-технологическими процессами и может быть использовано в химической промышленности при автоматиза5 ции установок по производству формалина.

Цель из о бретения — снижение удельного расхода метанола.

На чертеже приведена блок-схема, реализующая предлагаемьп» способ. ьлок-схема содержит смеситель 1, в котором метанол и вода смешиваются в заданном соотношении, поддерживае- 15 мом контуром регулирования соотношения метанол — вода, содержащим датчик 2 расхода метанола, датчик 3 расхода воды, датчик 4 плотности смеси, регулятор 5 соотношения мета- 20 нол — вода с коррекцией по плотности смеси, клапан 6, установленньй на линии подачи воды 7, спиртоиспаритель

8 с теплообменником 9, в которых осуществляется испарение спирто- 25 водной смеси, контур регулирования уровня спирто-водной смеси в спиртоиспарителе, содержащий датчик 10 уровня, регулятор 11 уровня и клапан

12, установленньй на линии 13 подачи метанола, смеситель 14, в котором смешивают спирто-водную смесь и воздух, подаваемьп» по линии 15 и имеющий постоянный расход, аппарат 16 синтеза формальдегида, абсорбер 17, в которьй подаются прореагировавшие газы по линии 18 и слабый формалин по линии 19 и в котором происходит абсорбция прореагировавших газов до крепкого формалина, поступающего по линии 20 на склад, абсорбер 21, в который поступают по линии 22 абгазы и по линии 23 бедньй формалин и в котором происходит абсорбция до слабого формалина, промывную колонну 24, 45 в которой абгазы, поступающие по линии 25, орошаются водой, подаваемой по линии 26, с получением бедного формалина, и из которой остаточные абгаэы подаются на факел по линии 27, регулятор 28 содержания воды в формалине и клапан 29, регулирующие подачу воды на орошение промывной колонны, контур регулирования температуры контактного слоя аппарата син55 теза формальдегида, содержащий дат чик 30 температуры, регулятор 31 температуры, клапан 32, установленный на линии 33 подачи теплоносиrcля (пара) в теплообменник, анализатора

34 состава, Способ .осуществляют следующим образом.

Метанол и вода поступают в смеситель 1, в котором смешиваются в соотношении 70:30, заданное соотношение поддерживается описанным выше контуром регулирования соотношения метанол — вода путем изменения подачи воды с коррекцией по плотности смеси.

В спиртоиспарителе 8 и теплообменнике 9 осуществляется испарение спирто-водной смеси, уровень в спиртоиспарителе 8 регулируется путем изменения подачи метанола по линии 13.

В смесителе 14 спирто-водная смесь смешивается с воздухом, который имеет постоянный расход и полученная таким образом спирто-водно-воздушная смесь поступает в аппарат 16 синтеза формальдегида, в котором на пемзосеребрянном катализаторе при получении формальдегида дегидрированием метанола протекают следующие реакции:

СН ОН СН 0 + Н 2 — 20 кк ал/моль (1 ) Hz+ 0,5 О Н О + 58 ккал/моль (2) СНзОН + 0> 5 Og — КНгО+Н О + 38 ккал/моль 3) СНзОН+1,5 О - СО +2H O+171 ккал/моль(4) СН О СО+Н +1, 3 ккал/моль (5) СН 0+O СО +Н 0+ 124,5 ккал/моль (6)

CHgO+0,5 О ЯНСООН (7) !

После аппарата 16 синтеза прореагировавшие газы подвергаются абсорбции в абсорберах 17 и 21 и промывной колонне 24 с получением крепкого (товарного) формалина и сжиганием остаточных абгазов на факеле. Количество воды в формалине регулируется подачей воды на орошение промывной колонны

24. В точке S1 на линии 20 крепкого формалина после абсорбера 17 измеряются анализатором 34 состава концентрации формальдегида С, метанола С,4 и воды Сп Ои рассчитывается текущее соотношение концентраций формальдегида и метанола в формалине У п =

= С /С . Полученное соотношение У п) используется для расчета корректирующих коэффициентов ао(п) и а1)»») в соответствии с выражениями а (и1 = а,(а-11 а †» -1- (8)

jnl — (и- 11

166 чГп1 -чfn-Q а (и-1 = а п-1 + - -- ---- Т (и-11 (9)

)1 где и — номер такта управления;

T(n-1)- значение температуры контактного слоя, реализованное на

t èn-1) такте управления; у (и-1) — значение соотношения концентраций формальдегида и метанола в формалине, реализованное на (и-1) такте управления.

Обозначение тактов приняты из условия, что такт начинается с измерения соотношения. Скорректированные коэффициенты используются для вычисления нового значения температуры контактного слоя по формуле ч — а оп 1

Т(п) = (10) а1(ng где у — заданное соотношение концентраций формальдегида и метанола в формалине.

Рассчитанное значение температуры

T(n) служит заданием для регулятора

31 температуры контактного слоя. При положительном отклонении текущего соотношения формальдегид — метанол

У(п от заданного У р рассчитанная зa), температура T(nj контактного слоя меньше предмнупеи температуры T(n-1) контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида. Регулятор 31 устанавливает новое (рассчитанное) значение температуры T(nj контактного слоя путем увеличения подачи теплоносителя в теплообменник 9, что вызывает увеличение концентрации метанола в реакционной смеси, усиление реакции дегидрирования (1) и вследствие этого снижение температуры контактного слоя аппарата 16 синтеза. При отрицательном отклонении текущего соотношения У(п) от заданного У р рассчизаЧ танная температура Т K контактного слоя больше предыдущей температуры

Т(п-1J ° Регулятор 31 устанавливает новое значение температуры Т п контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида путем уменьшения подачи теплоносителя в теплообменник 9, что вызывает уменьшение концентрации метанола в реакционной смеси, ослабление реакции дегидрирования (1) и вследствие этого увеличение температуры контактного слоя аппарата 16 синтеза. Далее вновь измеряется соотношение У1п, корректируются коэффи9911 цненты а (и) и а,1п), рассчитывается новое значение температуры Tfn) контактного слоя и устанавливается в аппарате 16 синтеза изменением иода5 чи теплоносителя в теплообменник 9, таким образом регулирование осуществляется до тех пор, пока текущее соотношение У(п) не станет равным заданзац у

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа управления на агрегате по производству формалина

Губахинского химического завода (ГХЗ) в смеситель 1 подавали метанол с производства метанола ГХЗ с расходом Q < = 1786 кг/ч и деминерализованную воду на смешение из цеха химводподготовки ГХЗ с расходом (см=

739 кг/ч, в смесителе 1 производили смешение метанола и воды в соотношении 70:30,это соотношение поддерживалось постоянным в течение всего экспе15

75 римента контуром регулирования соотношения метанол — вода с коррекцией по плотности смеси путем измерения датчиком 2 расхода метанола (1 м =

1786 кг/ч), измерения датчиком 3 расхода в дем. воды на смешение (QM = 739 кг/ч), измерения датчиком

4 плотности спирто-водной смеси (P = 0,880 кг/л), регулирования регулятором 5 соотношения метанол — вода с коррекцией по плотности смеси из35 менением подачи воды на смешение клапаном 6 по линии 7. При положительном отклонении соотношения метанол — вода от заданного соотношения, а

0 = 70/30 подача воды на смешение увеличивалась, при отрицательном отклонении — уменьшалась. 11ри положительном отклонении плотности спирто а 1 водной смеси от заданной

0 880 кг/л подача воды на смешение увеличивалась, при отрицательном отклонении — уменьшалась. В спиртоиспарителе 8 с теплообменником 9 осуществляли испарение спирто-водной

50 сме си уровень в спиртоиспарителе 8 р поддерживали постоянным L = 507 контуром регулирования уровня спиртоводной смеси в спиртоиспарителе путем измерения датчиком 10 уровня в

55 спиртоиспарителе (L = 507), регулирования регулятором 11 уровня спирто-водной смеси в спиртонспарителе изменением подачи метанола клапаном 12 по линии 13.

1669911

При положительном отклонении уровня в спиртоиспярптеле от заданного — 507 расход метанола уменьшался, аЯ при отрицательном отклонении — уве5 личин алея. В смесителе 14 смешивали спирто-водную смесь из спиртоиспарителя и воздух, подаваемый воздуходувкой по линии 15. Расход воздуха н течение эксперимента оставался не- 0 иэменным Ц = 1960 мэ/ч, так как число оборотов воздуходувки не регулировалось. Полученную в смесителе 14 спирто-водно-воздушную смесь подавали в аппарат 16 синтеза формяльдегида, в котором на пемзосеребрянном катализаторе протекали следующие реакции:

Основные.

СН OH -« СН О + Н2 — 20 ккал/моль

3 г

Н>+ 0,5 Oz Н20 + 58 ккал/моль

CH OH + 0,5 О СН О + 38 ккал/моль

Побочные:

СН ОН+1,5 О -«.СО +2Н 0+171 ккал/моль 25

СН20 -СО+Н +1,3 ккал/моль

СН20+О СО2+Н20+124,5 ккал/моль

CH О+0,5 О НСООН

2. 2

11осле аппарата 16 синтеза прореагированшие газы подавали в абсорбер

17 по линии 18. Одновременно в ябсорбер 17 по линии 19 подавали слабый формалин из абсорбера 21. В абсорбе35 ре 17 проводили абсорбцию прореагировавших газов слабым формалином до крепкого (товарного) формалина, отводимого по линии 20 на склад. В абсорбер 21 подавали по линии 22 абгазы 40 из абсорбера 17 и по линии 23 бедныи формалин из промывной колонны 24 и проводили абсорбцию с получением слабого формалина. В промывной колонне

24 абгазы, поступающие по линии 25 из 45 абсорбера 21, орошали деминерализованной водой, подаваемой по линии 26 из цеха химводоподготовки ГХЗ с расходом Q

50 по линии 27 на факел. Количество воды в формалине поддерживали на заданja ном уровне (С = 56%) путем измере4@0 ния содержания воды в формялине

С Н 0= 56, регулирования расхода во55 ды на орошение регулятором 28 изменением подачи воды на орошение промывной колонны 24 клапаном 29 по линии 26. При положительном отклонении содержания воды н формалине от заданного С < = 561 подачя воды на а

7 орошение уменьшалась, при отрицаTp ï.íîì отклонении — увеличивалась.

Одновременно проводили анализ состава формалина анализатором 34 путем измерения концентраций! формальдегида С = 31,8 . и метанола С„= 6,4 . на лишХ 20 крепкого формалина после абсорбции 1/ в точке $1 и рассчитывали начальное текущее соотношение

У = С / С = 5,9, которое приняли за а заданное соотношение У

Температуру контактного слоя аппарата 16 синтеза формальдегида варьировали в пределах, близких к установленным регламентом, 680 — 120 С путем изменения подачи пара в теплообменник 9 спиртоиспарителя 8„ Этот диапазон температур был пронормировян от Тр "и (690 С)= — 1 до

Тмя (/20 СД = +1,, 1

Начальная температура контактного слоя Т = 100ОС была резко уменьшена ня 10 С до ТН = 690 С, т.е. создавалось искусственное возмущающее воздействие по температуре Т = -10 С (после нормировки Т о „= но м

-0,5) с целью проследить процесс стабилизации соотношения концентраций формальдегида и метанола в товарном (крепком) формялине на заданно ном уровне У = Уо. Через, 2 ч снова определяли концентрации формальдегидa C„(0 = 3/,4 и метанола.

С (О) = o,8% в формалине и рассчитывали соотношение У $0$ = C $0) C„(0) =

= 5,5. Коэффициент а (О) бйл рассчитан по формуле (8) где а (г, — 1) а

0 приняли равным У я уЫ - ун а О у +

2+ Т

55 — 59

= 5 9 + - — — - - = 5 122.

2+О, 25

Коэффициент ài 303 6ып определен при возмущающем воздействии Т

Но1 м — -0,5 как коэффициент передачи йо каналу соотношение формальдегид— метанол — температура контактного слоя по выражению:

ЬУ V. — У Г01 а, (0)

6Тяорм Тиорм

5 9-55

= - ††- - = -0 8

-0,5

1669911

Полученные корректирующие коэффициеиты а (U) и а (О) были использованы для расчета нового значения температуры контактного слоя по формуле (10):

У вЂ” ао (01 5 9 — 5 /22

Т

1 (01 а,! 01 -0,8

= -0,25 (695 С) 1О

Регулятор 31 устанавливал новое (рассчитанное) значение температуры

TE0J контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида путем уменьшения расхода пара в теплообменник 9 спиртоиспарителя 8. Это вызывало уменьшение концентрации метанола в реакционной смеси, ослабление реакции дегидрирования (1) CH3OHHCH O+H

-20 ккал/моль и вследствие этого увеличение температуры контактного слоя в аппарате 16 синтеза до расчетной

Т $0$ = 695 С. Через 2 ч снова определяли концентрации Формальдегида

С 1 J = 3/,6Х и метанола C (1) =6,6Х 25 формалине и рассчитывали соотношение

У L13 = С (1)/Су(1) = 5, /.

Коэффициент à !1) бып рассчитан по формуле (8): (б), Ь C) — V (Оа ЗО

5 /-55

5 /22 + -ь----- --- = 5,819

2+0 0625

Коэффициент а» (1) был рассчитан по формуле (9): 35 у И вЂ” у(о) а (1) = a/)= + — — — -- --- Т10)=

2+Т (О )

5 /-5 5 -О 8 + - ---< — (-0,25) = -0,824

2+0,0625

Регулятор 31 устанавливал новое (рассчитанное) значение температуры

T(1) контактного слоя в аппарате 16 синтеза формальдегида путем уменьшения расхода пара в теплообменник 9 спиртоиспарителя 8, Через 2 ч вновь измеряли концентрации формальдегида

C Png и метанола С» п1 в формалине, рассчитывали их соотношение У п), корректировали коэффициенты а о п и

55

40 .Полученные скорректированные коэф фициенты а 11) и a,t11 были использованы для расчета нового значения температуры контактного слоя по формуле (10):

У вЂ” ао (!» 5 9-5 819

ТP)

А А а, (11 -0,824

= -0,1 (698 С) а» t » j по формулам (8) и (9), рассчитывали новое значение температуры

Т $r) контактного слоя по формуле (10) и устанавливали в аппарате 16 синтеза изменением подачи теплоносителя (пара) в теплообменник 9, и таким образом, регулирование осуществляли до тех пор, пока текущее соотношение У п) не стало равным У .

В таблице представлены для описаннс го выше эксперимента 1 измеренHh»p концентра»»»»и формальдегида С и) и метанола С„„Я в формалине, их соотношение У (г 1, скорректированные коэффициенты à 1г (и а, п и соответствующие им рассчитанные управления Т (г1, а также представлены результаты эксперимента 2, который проводился аналогично эксперименту 1, но при других условиях. В таблице представлены для сравнения данные при нормальной эксплуатации агрегата 3 производства Форь»а»»»»»»а согласно технологического регламента (прототип) .

Использование предлагаемого способа управления процессом получения формалина позволяет уменьшить дисперсию соотношения концентраций формальдегида и метанола в Формалине.

3а счет стабильного поддержания соотношения Формальдегид — метанол повышается качество товарного формалина.

При этом технологический процесс можно вести близко к нижней границе допустимого диапазона концентрацией метанола в формалине (например, поддерживать 67 из диапазона 5-113, что пр»»водит к снижению расходной нормы метанола на 4-57).

Формула изобретения

Способ управления процессом получения формалина каталитическим окислением метанола с получением формальдегида и дальнейшей его абсорбцией до формалина, включающий регулирование соотношения расходов метанола и воды в смеситель изменением подачи воды с коррекцией по плотности смеси, регулирование уровня смеси в спиртоиспарителе изменением подачи метанола, температуры контактного слоя аппарата синтеза формальдегида изменением подачи теплоносителя в теплообменник, регулирование содержания воды в формалине изменением подачи воды «а оро"

1669911

Сц (и) У Pn) а, (и) а (n) Такт С (n) управЭксперииент tnj словия эксперимента пения> п

1/86 кг!ч; Q «1960 >//ч

О м«739 кгlч; 17 «581 кг/ч Э = О,ВВО кг)л; СН - 562

У «Ув 5,9; L «502

/00 С Тн 690 С

0 3/,4

1 31,6

6,8 5,5

6,6 5,7

-о,в — О, 864 — 0,25 — О,!

6,5

5,8 — 0> 829 — О, 04 — 0,831 + 0,02 — 0,831 О

0,831 О

6,4

5,9

6,5

5 9

6>4 5,9

1,9 4,1

/,1 4,85

Q 1 /18 кг/ч; Q6«1880 и /ч

Ясц /39 кг/ч; <1 «622 кг/ч Уч 5 ° 0 СН а 55>82 нс« /00 С; Тн 690 С

Р 0,880 кг/л; 1. 502 — 0,6 — 0,22 — 0 616 — 0,09 — 0>623 Π— 0,623 О

3/,5

5,0

1,5

3/,6

5,01

1,5

1,5 S>01

3/>6

-О;623

Q «2481 xr/ч1 Q «2920 и>/ч м е

1405 кг/ч; Q «231 кг/ч

Сн,о- 55 1 - 56I

Р 0> 880 кг/л> I. 50I

36,5

4,9

4,4

1,5

8,4

+ 0>75

+ 0,25

3 1, 2

ЭВ,1

9,0 4,2

+ O,25

+ 0,25

+ 0 5

+ 0,5

8,8 4,3

8>1 4,6

8,0 4,6

31 ° 9

31,0

36,9

Составитель Г.Огаджанов

ТехРед М.Дидык Корректор Т. Малец

Редактор H.Kèøòóëníåö

Заказ 2/13 Тираж 250 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета 11о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

ll и

Производственно-издательский комбинат Патент, г>Ужгород, ул. Гагарина,101 шение промывной колонны, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения удельного расхода метанола, дополнительно измеряют содержание формальдигеда и метанола в формалине, вычисляют соотношение формальдегид— метанол в формалине, по вычисленному значению соотношения формальдегид— метанол в формалине и заданному зна- 1О чению температуры контактного слоя аппарата синтеза формальдегида рассчитывают новое заданное значение тем2 31,6

Э 31,1

4 3/,8

5 31,1

О 31,2

31 ° 3 пературы контактного слоя, сравнивают вычисленное соотноп ение Аормальдегид— метанол в Аормалине с заданным значением и при положительном отклонении вычисленного соотношения от заданного значения уменьшают температуру контактного слоя до нового заданного значения температуры, а при отрицательном отклонении вычисленного соот.ношения от заданного значения увеличивают температуру контактного слоя до нового заданного значения.

5, /22

5, 819

5> 869

5,918

5,918

5>918

4, 867

4,940

5,015

5, 015

5, 015