Способ управления процессом абсорбции
Владельцы патента RU 2393912:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") (RU)
Изобретение относится к способам управления процессом абсорбции углеводородов из газа и может быть использовано в химической промышленности. Способ управления процессом абсорбции осуществляют путем изменения расхода абсорбента с коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента при температуре абсорбции. Согласно изобретению измеряют концентрацию абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер, измеряют расход абсорбента и вычисляют степень насыщения абсорбента φ по определенной формуле с помощью весовых функций без учета времени запаздывания. Вычисленное значение φ сравнивают с заданным значением φзад, определяют разность Δφ=φ-φзад, после чего расход абсорбента корректируют по пропорционально-интегральному закону регулирования, используя в качестве сигнала рассогласования величину Δφ. Изобретение позволяет улучшить качество регулирования процесса абсорбции. 1 ил.
Изобретение относится к способам управления процессом абсорбции углеводородов из газа и может быть использовано в химической промышленности.
Известен способ автоматического управления абсорбцией сероводорода из коксового газа (Патент RU 2023485, опубликован 30.11.1990 г.), включающий стабилизацию заданного соотношения содержания аммиака и сероводорода в очищаемом газе изменением подачи аммиака в коксовый газ, подаваемый в абсорбер, и стабилизацию содержания аммиака в ненасыщенном сероводородом поглотительном растворе изменением подачи аммиака в регенератор, подачу охлаждающей воды в холодильник, отличающийся тем, что с целью повышения качества регулирования дополнительно измеряют расход и температуру коксового газа перед абсорбером и расход и концентрацию аммиака после абсорбера, определяют массовые расходы аммиака в коксовом газе до и после абсорбера, вычисляют их разность и обратно пропорционально ей регулируют подачу аммиака на регенерацию с коррекцией по температуре неочищенного коксового газа, измеряют температуру регенерированного поглотительного раствора и регулируют ее обратно пропорционально температуре неочищенного коксового газа путем изменения подачи охлаждающей воды в холодильник.
Недостатком данного способа является необходимость измерения большого количества параметров, что приводит к усложнению системы регулирования.
Известен также наиболее близкий к предлагаемому изобретению способ управления процессом абсорбции (патент SU №689711, опубликован 05.10.79 г.), выбираемый в качестве прототипа.
Способ управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента с коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента в газе после абсорбции отличается тем, что расход абсорбента корректируют по разности между концентрацией абсорбируемого компонента в газе после абсорбции и концентрацией этого компонента в газовой фазе, равновесной с абсорбентом, при температуре абсорбции, путем сравнения этой разности с заданной величиной.
Однако процесс абсорбции обладает существенной инерционностью, то есть изменение расхода абсорбента приводит к изменению параметров на выходе из абсорбера (к примеру, концентрации абсорбируемого компонента в газе после абсорбции) только через некоторое время - время запаздывания абсорбционной установки. В известном способе отсутствует компенсация инерционности процесса абсорбции, что приводит к ухудшению качества регулирования и, в конечном счете, к перерасходу абсорбента.
Существующие в настоящее время цифровые системы регулирования позволяют применять сложные алгоритмы управления, которые позволяют исключить влияние инерционных свойств объекта управления на качество регулирования.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в улучшении качества регулирования процесса абсорбции.
Это достигается тем, что в известном способе управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента, с коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента, при температуре абсорбции, согласно изобретению измеряют концентрацию абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер, измеряют расход абсорбента, вычисляют степень насыщения абсорбента φ по формуле
где
хвх(t) - концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер;
F(t) - расход абсорбента;
х* - максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции;
hx(i·τ) - весовая функция абсорбера по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания;
hF(i·τ) - весовая функция абсорбера по каналу «расход абсорбента - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания;
τ - период дискретизации;
t=n·τ - текущий момент времени;
вычисленное значение степени насыщения абсорбента φ сравнивают с заданным значением φзад, определяя разность Δφ=φ-φзад, после чего расход абсорбента корректируют по пропорционально-интегральному закону регулирования, используя в качестве сигнала рассогласования величину Δφ.
На чертеже представлен пример устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство содержит датчики для измерения расхода абсорбента 1, концентрации абсорбируемого компонента в абсорбенте 2, установленные на трубопроводе абсорбента на входе в абсорбер 3. Датчики подключены к вычислительному устройству 4, соединенному с устройством сравнения 5, которое подключено к пропорционально-интегрирующему регулятору 6, выход которого соединен с устройством 7 подачи абсорбента в абсорбер.
Регулирование осуществляется следующим образом. Сигналы датчиков 1 (расход абсорбента) и 2 (концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте на выходе из абсорбера) поступают в вычислительное устройство 4, в котором производится вычисление величины φ. Вычисленное значение φ поступает в устройство сравнения 5, где сравнивается с задаваемой величиной φзад. Результат сравнения Δφ подается в качестве сигнала рассогласования в пропорционально-интегрирующий регулятор 6, выходной сигнал которого управляет устройством 8 подачи абсорбента в абсорбер 3.
Максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте может быть взята из режимной карты при регламентных режимах работы абсорбционной установки.
Определение максимально возможной концентрации абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции также может производиться следующим способом: от потока абсорбента, поступающего на абсорбцию, непрерывно отводится некоторая часть (0,5-3,0 л/мин) в контактный аппарат (ячейку), помещенный в термостат и находящийся под давлением, равным давлению в абсорбере. Через абсорбент, находящийся в ячейке, пропускают реакционные газы. Абсорбент насыщается абсорбируемым компонентом до равновесного состояния при температуре в ячейке. Далее абсорбент анализируется на содержание абсорбируемого компонента с помощью хроматографа или другого анализатора. Измеренная величина концентрации абсорбируемого компонента и есть максимально возможная концентрация х*. Температура ячейки поддерживается на уровне температуры средней температуры абсорбции с помощью устройства, работающего по мостовому принципу. В устройстве одно плечо представляет собой термометр сопротивления, измеряющий температуру реакционного газа после абсорбера, а другое - термометр сопротивления, измеряющий температуру в ячейке и связанный с нагревателем термостата. При разбалансе моста в зависимости от положительной или отрицательной разности потенциалов нагревательный элемент будет изменять температуру до достижения нулевой разности потенциалов, поддерживая таким образом в ячейке температуру, равную температуре абсорбции (температуре реакционного газа после абсорбера).
Вычисление весовых функций без учета времени запаздывания производится следующим образом. Известными методами активного или пассивного эксперимента находят передаточные функции абсорбционной установки по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» и по каналу «расход абсорбента - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» в виде
,
где k - коэффициент передачи, Т2 и Т1 - постоянные времени, Тз - время запаздывания.
Далее, принимая Тз=0, на основе полученной передаточной функции W(p) определяют весовую функцию h(t) по соответствующему каналу.
Регулирование расхода абсорбента по величине φ основано на том, что:
а) так как абсорбент используется многократно, то после процесса абсорбции он очищается от абсорбируемого компонента и направляется снова в абсорбер. При этом абсорбент содержит некоторое остаточное количество абсорбируемого компонента, т.к. в процессе очистки последний не может быть полностью удален из абсорбента. Количество поглощенного в абсорбере абсорбируемого компонента зависит от разности его концентраций в абсорбенте на выходе и на входе в абсорбер. При этом чем ближе данная разность к максимально возможной, тем эффективнее протекает процесс абсорбции;
б) процесс абсорбции обладает запаздыванием, то есть реакция на управляющие или возмущающие воздействия (изменение температуры и/или расхода абсорбента, а также концентрации в нем абсорбируемого компонента на входе в абсорбер) проявляется в виде изменения концентрации абсорбируемого компонента в абсорбенте на выходе из абсорбера не сразу, а через некоторое время. Вычисление концентрации на выходе из абсорбера с помощью весовых функций без учета времени запаздывания позволяет получать будущие значения концентраций в текущий момент времени, что позволяет улучшить качество регулирования.
Способ управления процессом абсорбции путем изменения расхода абсорбента с коррекцией по концентрации абсорбируемого компонента при температуре абсорбции, отличающийся тем, что измеряют концентрацию абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер, измеряют расход абсорбента, вычисляют степень насыщения абсорбента φ по формуле:
где xвх(t) - концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте на входе в абсорбер;
F(t) - расход абсорбента;
х* - максимально возможная концентрация абсорбируемого компонента в абсорбенте при температуре абсорбции;
hx(i·τ) - весовая функция абсорбера по каналу «концентрация абсорбируемого компонента на входе в абсорбер - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания;
hF(i·τ) - весовая функция абсорбера по каналу «расход абсорбента - концентрация абсорбируемого компонента на выходе из абсорбера» без учета времени запаздывания;
τ - период дискретизации;
t=n·τ - текущий момент времени;
вычисленное значение степени насыщения абсорбента φ сравнивают с заданным значением φзад, определяя разность Δφ=φ-φзад, после чего расход абсорбента корректируют по пропорционально-интегральному закону регулирования, используя в качестве сигнала рассогласования величину Δφ.
