Способ управления процессом конверсии окиси углерода

 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства аммиака и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности. Целью изобретения является поддержание минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода. Способ предусматривает регулирование глубины конверсии путем определения оптимальной температуры на входе в конвертор окиси углерода в зависимости от нагрузки и состава реакционной смеси с использованием величин равновесной и текущей концентраций окиси углерода на выходе из конвертора. 1 ил.

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4319435/26 (22) 22.10.87 (46) 07.01.93. Бюл, ¹ 1 (71) Университет Дружбы народов им. Патриса Лумумбы (72) В.И.Шимулис, А.В.Вернов, А,НЗ,Сальников и Т,П.Калинина (56) Авторское свидетельство СССР

N 952727, кл, С 01 В 3/16, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1105463, кл. С 01 В 3/16, 1983, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КОНВЕРСИИ ОКИСИ УГЛЕРОДА (57) Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов проИзобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства аммиака и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности, Целью изобретения является поддержание минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода.

На чертеже приведена блок-схема реализации данного способа управления.

Блок-схема содержит котел-утилизатор

1, снабженный байпасом 2, расходомер 3, определяющий общий поток технологического газа (Ч2), термопару 4, измеряющую температуру на входе в конвертор (Т ), газоанализатор 5, определяющий состав технологического газа ХР по следующим компонентам (в долях единицы):

Xl — доля Н20

Х2 доля СО2

Х3 доля СО

„5U,, 1785998 А1

<я)я С 01 В 3/16, 6 05 0 27/00 изводства аммиака и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности. Целью изобретения является поддержание минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора, окиси углерода. Способ предусматривает регулирование глубины конверсии путем определения оптимальной температуры на входе в конвертор окиси углерода в зависимости от нагрузки и состава реакционной смеси с использованием величин равновесной и текущей концентраций окиси углерода на выходе из конвертора. 1 ил, Х4 даля Н2 хБ{ — доля Сн4

Xo " — доля Np

Зная величины Х и Чу, можно найти поток ® каждого из компонентов на входе в конвертор: (1) / Xр) (1) ЮМ

Далее на схеме конвертор 6 окиси углерода

6, газоанализатор 7, измеряющий количество окиси углерода на выходе из конвертора, О регулятор температуры 8, блоки 9 и 10 опре- О© деления соответственно равновесной и прогнозируемой концентраций окиси углерода, блок 11 сравнения, блок 12 определения ® . отклонения текущей концентрации СО от ее равновесного значения, блок 13 определения коэффициентов модели и блок 14 расчета оптимальной температуры.

Способ управления отделением конверсии окиси углерода основан на том, что величину Р, являющуюся отклонением доли

СО на выходе из конвертора от ее термоди1785998

Ь Н P1) (Xco " — Xcgo }

Кр(Т2, р) Vco (} — Мса

Хсо(равн) ч

Ь Н(Т1) = Н (О)+ К2 T1 — 2КзТ1() К4 = К5Т1 + 2 К6 Т1 + 3 Ky T1

Kp(Tz, р) =exp{ (Н (О) K1 Т2,р К2 T2,р lAT2,р Кз T2,ð К4 К5 Т2, р

К6 Т2,р К7 Т2,р 1/RT}, (5) 4 О, где Cp) — теплоемкости компонентов парс- ной смеси на выходе из конвертора опредегаэовой реакционной смеси,  — универ- ляют(с помощью соотношений(5) равновессальная газоваяпостоянная, H (0),К1, Кз, Кз ную концентрацию окиси углерода на

К4, Кв, Ка, K7 — известные теРмоДинамиче- вЫходе из кОнвЕРтоРа Хсо(равн.), соответствУские константы (3). 45; ющую данному состоянию конвертора (блок

ОпРеделЯЯ величины Хсо, Хсо(равн.) и T1 . 9). (2) в процессе работы конвертора, можно най- ти величины А и 8, входящие в выражение:, По величине равновесной концентра(2). Зная параметры Аи В и используя соот- ции окиси углерода на выходе из конвертоношение (2), можно предсказатьдолюоки- 50 ра и измеренному значению температуры си углерода на выходе из конвертора: на входе в конвертор прогнозируют (с пол мощью соотношения (6) концентрацию окиХсо )=Хсо(равн.)+A+ BT1 (6) Си УглеРода на выходе конвеРтоРа окиси (2) углерода Хсо() (блок 10), Способ реализуется следующим обра- 55 Измеряют концентрацию окиси углерозом. да на выходе из конвертора окиси углерода

Измеряют значение расхода. темпера- и определяют абсолютное значение разнотуры и состав реакционной смеси на входе сти прогнозного и измеренного значений и конвертор. По измеренным значениям концентрации окиси углерода на выходе расхода, температуры и составу реакцион- конвертора. намически возможного значения.. в кинетической области, т,е. когда это отклонение значимо больше нуля, можно представить в виде линейной функции от температуры Т1, на вход в конвертор окиси углерода Т1. То есть

8Хсо Хсо(раен) = А+ B T1 . (2) где А и  — коэффициенты, значения которых определяются текущим состоянием конвертора (т,е.активностью катализатора, нагрузкой, составам койвертируемой реакционной смеси, давлением и т.д.).

Основной причиной, вызывающей систематическое изменение состояния конвертора окиси углерода, является дезактивация катализатора. По мере дезактивации оптимальная температура на входе в конвертор окиси углерода увеличивается, и текущая температура на входе в конвертор отвечает кинетической области протекания оеакции конверсии окиси углерода, где Х«больше

Хсо(равн.), В предлагаемом способе коэффициента А и В соотношения 92) корректиру1 ются в процессе управления с учетом этого обстоятельства.

Минимально возможная при заданных значениях нагрузки и состава реакционной

5 смеси концентрация окиси углерода на выходе из концентратора б )дет достигнута тогда, когда величина Хсо станет равной (Хсо(равн.). То есть условие оптимальности работы ко1 вертора можно записать так:

10 Хсо Хсо(равн.) О (2 или

g = О. (3)

Сопоставляя выражения (2) и (3), получаем, что температура Т1, соответствующая

15 оптимальному проведению конверсии, может ыть найдена из соотношения

Т1 = — А/8. (4)

Для того, чтобы найти величины A и В необходимо определить величину X«(p»>.), 20 что можно сделать на основе термодинами- . ческих данных, а также показаний датчиков

3, 4, 5 путем решения следующей системы уравнений:.

1 r 85998

Проверяют соответствие величин А и В, входящих в соотношение (2), текущему состоянию конвертора окиси углерода, для чего сравнивают абсолютное значение разности прогнозного и измеренного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора с заданным значением (блок

11). л (2)

Если величины прогнозной Х«и измеренной Хсо(2) концентраций окиси углерода на выходе иэ конвертора различаются мало, то величины А и В не требуют корректировки и оптимальная температура Т1 уже реализована на входе в конвертор окиси углерода. В этом случае сохраняют текущее значение этой температуры Т1 = А/В (блок

140.

Если вели)чины прогнозной Хсо и изме„л (2) ренной Хсо ) концентраций различаются значимо, то модель процесса конверсии окиси углерода 92) требует адаптации, которая заключается в определении новых значений величин А и В. Для этого определяют разность измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора (блок 12).

По величине разности измеренного и равновесного значений концентрации на выходе конвертора окиси углерода и измеренному значению температуры реакционной смеси на входе в конвертор корректируют величины А и В, характеризующие отклонение от равновесия процессов конверсии окиси углерода, Скорректированные значения величин А и В находят с помощью метода наименьших квадратов на основе накопленной в процессе работы способа последней информации о парах величин разности измеренного и равновесного значений концентрации на выходе конвертора окиси углерода g и температуры на входы в конвертор Т1(блок 13).

Корректируют оптимальное значение температуры на входе в конвертор окиси углерода с помощью соотношения (4) (блок

14).

Оптимальное значение температуры на входе в конвертор окиси углерода сравнивают с измеренной температурой на входе в конвертор окиси углерода. Если измеренная температура отличается от оптимальной, то с помощью регулятора 8 подают управляющее воздействие на байпас 2 котла-утилизатора 1. Изменяют степень открытия байпаса котла-утилизатора так, чтобы температура на входе в конвертор окиси углерода приняла оптимальное значение.

Контроль осуществляется с помощью датчика 4.

Пример. Предлагаемый способ управления технологическим процессом конверсии окиси углерода был использован для определения оптимального значения тем5 пературы на входе в среднетемпературный конвертор окиси углерода агрегата синтеза аммиака "производительностью 1360 т/сут.

В процессе работы среднетемпературного конвертора окиси углерода были определе10 ны значения величин А и В для этого конвертора:

А = 0,3062

В =-0,3 10

В соответствии с соотношением (4). опти15 мальная температура на входе в конвертор . окиси углерода оказалась равной 329 С и это значение поддерживалось с помощью регулятора 8 путем поддержания определенного расхода реакционной смеси по бай20 пасу 2 котла-утилиэатора.

В процессе работы конвертора окиси углерода изменились условия его работы.

Для определения новой оптимальной температуры на вход в конвертор измерили:

25 расход реакционной смеси Ч - 332 тыс нм /ч, температуру на входе в конвертор T>=329 С, состав реакционной смеси на входе в

30 конвертор: доля Н20 Х1() = 0,42 доля СО2 Х2(1) = 5,3 10 доля СО Х () = 0,094 доля Н2 Х4 - 0,35

35 . доля СН4 Х5 = 2,7 10 з доля М2 Хв() - 0,12 концентрацию окиси углерода на выходе из конвертора окиси углерода, которая оказаласьравньй 5,8 f,ò,е. X« ") -0,058.

40 По измеренным значениям расхода, температуры и составу реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода рассчитали равновесную концентрацию окиСи углерода иа выходе иэ конвертора:

45 Xco(paean) = 0,0218.

По значениям Хсо(р н.) и Т> определили прогнозное значение концентрации окиси .. углерода на выходе конвертора окиси углерода:

50 Хсо() = 0 0218+03062 9 3 10 329

- 0,0220

По измеренному значению концентрации окиси углерода на выходе конвертора и прогнозному значению окиси углерода on55 ределяли абсолютное значение разности

tkсо» ) — Хсо» )) -0,022 -. 0,058 = 0.036. было принято, что величина е равна 0,005.

Сопоставление абсолютного значения раз- . ности прогнозного и измеренного значений

1785998 концентрации окиси углерода с заданным значением показывает, что величины к о и

Я (2)

Хсо разливаются значимо. т.к. (г)

0,036 > 0.005.

В связи с этим определяли разность измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на. выходе конвертора ф = Хсо Хсо(равн.) 0,058 — 0,02 78 =

-0,0362

По величине разности измеренного и равновесного значений концентраций на выходе из конвертора 0,0362 и измеренной температуры реакционной смеси на входе в конвертор 329 С, а также пяти пар других значений этих величин, полученных в предыдущих измерениях скорректировали величины А и В с помощью метода наименьших квадратов, Скорректированные значения оказались равными:

А = 0,366

В =-9,1 10

По скорректированным значениям А и В нашли оптимальное значение температуры на входе в конвертор окиси углерода

Т1 =- — = =369 С.

А 0,336 о

91 ° 10 4

Вновь найденная оптимальная температура на входе в конвертор окиси углерода отличается от текущей, поэтому регулятор 8 изменяет расход реакционной смеси к байпасу 2 котла-утилиэатора, так чтобы температуры на входе в конвертор стала равной

369 С. После установления нового стационарного состояния оказалось, что концентрация окиси углерода на выходе конвертора стала равна 2,79;, что.существенно ниже первоначально наблюдаемой концентрации

58og °

Использование данного способа управления позволяет при изменении возмущающих воздействий поддерживать максимальную степень превращения окиси

40 значению разности измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода и измеренному значению температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода.

35 углерода и тем самым увеличить производител ьность и роцесса.

Формула изобретения

Способ управления процессом конверсии окиси углерода, включающий определение оптимальной температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода в зависимости от расхода и состава реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода и концентрации окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, регулирование оптимальной температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью поддержания минимального содержания окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, по измеренным значениям расхода, температуры и состава реакционной смеси на входе

s конвертор окиси углерода определяют равновесную концентрацию окиси углерода на выходе из конвертора окиси углерода, по ее величине и измеренному значению температуры на входе в конвертор окиси углерода прогнозируют концентрацию окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, вычисляют разность прогнозного и измеренного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода, сравнивают вычисленное значение этой разности с заданным значением и при превышении абсолютного значения этой разности заданного значения, вычисляют разность измеренного и равновесного значений концентраций окиси углерода на выходе конвертора окиси углерода и определяют оптимальное значение температуры реакционной смеси на входе в конвертор окиси углерода по вычисленному

1785998

Составитель Г,Огаджанов

Редактор А.Никольская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С,Юско

Заказ 224 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35„Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101