Способ автоматического управления процессом пиролиза в трубчатой печи

 

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 213. 2 79 (21) 285 7441/23-26 (51) М. КЛ °

С 10 G 9/20

G 05 D 27/00 с присоединением заявки t49— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 3008я1. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 300881 (53) УДК 66. 012. .52(088.8) (72) Авторы изобретения

П.В. Костогрыз и А.Н. Сердюк

Институт газа AH Украинской CCP (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ПИРОЛИЗА В ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к управлению технологическими процессами и предназначено для автоматического управления процессом пиролиза углеводородов.

Известен способ автоматического управления процессом пиролиза путем регулирования температурного профиля змеевика изменением расхода топливного газа (1).

Известен также способ автоматического управления процессом пиролиэа в трубчатой печи путем стабилизации расходов сырья и пара и оптимального поиска температуры на выходе печи изменением расхода топливного газа в зависимости от соотношения противоположно изменяющихся в зоне управления значений концентраций продуктов в пирогазе (2).

Недостатком известных способов является то, что они не обеспечивают высокого ныхода целевых продуктов при переменных характеристиках пиролизных установок.

Цель изобретения — повышение выхода целевых продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что оптимальный поиск температуры пирогаза ог:ушестнляют в зависимости от соотношения концентрации этилена и суммы концентраций пропилена и пропана в пирогазе.

На фиг. 1 приведена зависимость

5 соответственно про, го (ПКС) и сложного (СКС) критерия соотношения от температуры пиролиза (То„р) при различных составах сырья (Яо) и постоянной нагрузке по сырью (G©) f на фиг ° 2 — функциональная схема системы локального автоматического управления печью пиролиза.

При управлении по изнестному способу поддержинают на заданном опти" мальном уровне соотношение концентраций этилена и пропилена в пирогазе, которое можно назвать простым критерием соотношения (ПКС)

20 П<С = С4

С2 где С вЂ” концентрация этилена в пирогазе, об.Ъ:

С вЂ” концентрация пропилена з пирогаэе, o6.%.

Колебания расхода сырья и пара, температуры пирогаза, изменение характеристик пиролизного агрегата к другие возмущения вызывают противо30 положно напранленное изменение кок859423 т/ч

6 = б т/ч

С = 7

8 т/ч

Удельный вес сырья,.() кг/м

С,об. Ъ С,об.Ъ С,об. Ъ С,об. Ъ

С4,об. Ъ Ст,об. Ъ

31,6

30,0

28,0

9,7

30,1

29,7

2,6

10,6

28,3 12,0

28,9 10,4

28,7 10,2

9,8

9,8

2,24

1,88

28, 7

11,2

10,3

Из табл. 1 видно, что при температуре пиролиза 82СР С, нагрузках 6 3О и 7 т/ч, с уменьшением удельного веса сырья концентрация этилена н пирогазе уменьшается. При нагрузке

8 т/ч концентрация этилена сначала унеличинается, а затем падает. Причем с увеличением нагрузки интервал изменения концентрации этилена при изменении coc àâà сырья во всем диапазоне уменьшается.

Такой характер изменения концентраций этилена и пропилена в пирогазе приводит к тому, что кривые зависимости ПКС от температуры Т„„ и качества сырья с с увеличенйем нагрузки Со начинают пересекаться (фиг. 1).

В этом случае поддержание постоянст- фЯ на соотношения концентраций этилена и пропилена не позволяет вести процесс н оптимальном режиме. Так, например, при нагрузке 8 т/ч и температурах пиролиза 815-830нС система $0 автоматического управления по ПКС при увеличении доли пропана н сырье (уменьшении удельного веса сырья) приводит к уменьшению температуры пиролиза, а не к увеличению, как того требует оптимальный режим пиролиза более легких углеводородов..

При управлении процессом .пиролиза по предлагаемому способу поддерживается на заданном оптимальном уровне величина сложного критерия соотноше- ®© ния CKC) На фиг, 1 принедены графики зави- симости СКС (К = 1) от температуры

65 Т„„р и качества сырья 3"с для различС1

СКС =

2 ) С 3 центраций этилена и пропиле на в пирогазе, что приводит к отклоне нию текущей величины ПКС от его оптималь— ного заданного значения. При этом н системе управления вырабатывается сигнал на изменение расход топливного газа и температура пирогаза на выходе из трубной печи пиролиза изме— няется до тех пор, пока текущее значение ПКС не становится равным заданному. При равенстве текущего значения

ПКС заданному процесс пиролиза угле- 1О водородов происходит в оптимальных условиях.

Однако в промышленных условиях пиролизу часто подвергается сырье переменного состава. Так, например, содержание пропана в пиролизируемсй пропан-бутановой смеси изменяется от 8,5 до 80Ъ, бутана от 9 до 89Ъ, что соответствует изменению удельЭ ного веса сырья от 1, 88 до 2, б кг /м

Характер изменения концентраций этилена и пропилена (целеных продуктов) в пирогазе при пиролизе сырья переменного состава для различных нагрузок по сырью различный.

В табл ° 1 приведены концентрации этилена С„и пропилена С в пирогазе для различных нагрузок Go и составов сырья с при температуре пиролиза

Т пир — †8 С = Const ° где С вЂ” концентрация этилена в пирогазе, об.Ъ;

С вЂ” концентрация пропилена в пирогазе, об,Ъ;

С вЂ” концентрация пропана в пиЭ рогазе, об, Ъ;

К вЂ” коэффицие нт пропорциональ— ности, Показатели, из которых формируется СКС, интегрально и наиболее полно характеризуют условия протекания процесса пиролиза. Любые изменения параметрон на входе ° или изменения внутренних характеристик процесса вызывают изменение целеных противоположно изменяющихся в зоне управления показателей процесса — концентраций этилена и ропилена в пирогазе. Изменение третьего показателя СКС, т,е ° концентрации пропана в пирогазе при пиролизе сырья постоянного состава аналогично изменению концентрации пропилена н пирогазе. При изменении же состава сырья тенденции изменения концентраций пропана и пропилена н пирогазе противоположны. Так, при унеличении доли пропана в исходном сырье концентрация пропана в пирогазе увеличивается, а концентрация пропилена уменьшается. Таким образом, появление противоположных тенденций в характере изменения концентраций пропана и пропилена н пирогазе свидетельствует об изменении состава пиролизируемого сырья.

859423 ных нагрузе:. 4 . Из графика видно, чт з введение значения концентрации пропана в критерий соотношения приводит к спрямлению кривых зависимости

CKC от основного управляющего параметра (температуры) и ликвидации их пересечения, а следовательно,при этом устраняются недостатки известной системы управления процессом пиролиза по ПКС.

Увеличение (уменьшение) доли пропана в исходном сырье приводит к увеличению (уменьшению) концентрации пропана в пирогазе, что уменьшает .(увеличивает) текущее значение CKC и приводит к увеличению (уменьшению) температуры пиролиза. Таким образом, поддержание постоянного значения CKC обеспечивает выбор оптимальной температуры пиролиза для каждого данного расхода и состава сырья ° Например, при увеличении доли пропана в сырье температура увеличивается до величины, при которой выход этилена из сырья данного качества находится .вблизи экстремума. Причем степень приближения к последнему на каждом из режимов пиролиза при полном диапазоне изменения расхода и состава сырья зависит от задания величины

СКС и ширины зоны поиска оптимальной температуры пиролиза, Ширина зоны поиска оптимальной температуры пиролиза для данного диапазона изменения состава сырья устанавливается с помощью коэффициента пропорциональности К. Увеличение

его позволяет расширить зону поиска оптимальной температуры для данного расхода сырья и всего диапазона изменения его. По экспериментальным данным и полученной на их основе математической модели .процесса пиролиза пропан-бутанового сырья исследована зависимость ширины зоны поиска температуры от величины коэффициента пропорциональности K в условиях изменения состава сырья от пропана до бутана. На основе анализа полученных зависимостей выбраны пределы изменения коэффициента пропорциональности

К от 0,5 до 3 которые позволяют изменять ширину зоны поиска температуры от 0 до 40 С.Ïðè К 0,5 ширина зоны поиска температуры на минимальной нагрузке (б т/ч) составляет 18- 20ОС, а при максимальной (8 т/ч) снижается практически до О, т.е. при изменении состава сырья во всем диапазоне при максимальной нагрузке печи пиролиэа температура пиролиза остается без изменения. При увеличении К ширина эоны поиска оптимальной температуры увеличивается для данного диапазона изменения состава сырья с существенным преобладанием скорости роста на больших нагрузках и при К 3 для всего диапазона изменения нагрузки печи превышает 40 С, т.е. перекрыо вает необходимый диапазон дЛя раЗ вЂ .дельного пиролиза пропана и бутана.

Изменение величины CKC позволяет сместить зону поиска температуры в сторону пропиленового или этиленового режимов, т.е. ближе или дальше от экстремума выхода этилена. B промышленных условиях пиролиза ширина зоны поиска оптимальной температуры практически зависит от диапазона изменения состава сырья и верхнего температурного ограничения„ определяемого конструктивными характеристиками печи пиролиза. Температурные ограничения при пиролизе сырья с предельной долей в нем пропана на действующих печах не позволяют цостигнуть максимально возможного выхода этилена из. сырья и добиться полной эффективности использования сырья °

В целом выбор оптимального значения

2() CKC зависит or потребности производства в этилене, пропилене и других продуктах пиролиза, условия оптимальной работы последующих стадий многоступенчатого производства этилена, 25 стОимОсти cblpbRр тОВарных прОдуктОв и других показателей.

По математической модели процесса пиролиза пропан-бутановой смеси переменного состава, полученной на основе экспериментальных данных, "исследована зависимость выхода целевых продуктов (этилена, пропилена и их суммы) от величины CKC. Ниже приведены суммарные выходы целевых про35 дуктов (цэт+ gap) для различных величин CKC (коэффйциент пропорциональ.ности К = 1) при условии,что пиролизуют сырье, удельный вес которого равномерно меняется or 1,88 до

2,6 кг/м и на нагрузках 6,7; 7,5;

40 8 т/ч печь работает одинаковое время.

Величина СКС g + g„p, вес.%

2,0 48,7

2,1 48;9

2,2 49,4

4$ 2,25 49,9

2,3 49, 7

2,4 49,5

2,5 49,4

Как видно из приведенных данных, оптимальное значение C

Стабилизация расхода .сырья и пара (фиг. 2) Осуществляется с помощью контура 1 регулирования расхода .сырья и контура 2 регулирования расхода пара.

Регулирование температурного режима процесса пиролиза осуществляет40 ся контурсм регулирования температуры. Температура пирогаза на выходе иэ лечи пиролиза измеряется термопарой. 3. Величина термо-ЭДС термопары с помощью преобразователей 4

Я преобразуется в стандартный пневма859423 тический сигнал 0,2-1,0 кгс/см и поступает на регулятор 5 температуры, где сравнивается с заданным от оптимизатора 6 значением температуры.

Выходной сигнал регулятора 5 температуры поступает на исполнительный механизм 7, который изменяет подачу топливного газа на горелки.

Пирогаз после закалочно-испарительного аппарата (ЗИА) проходит через пробоотборное устройство Ц, где происходит его закалка (охлаждение) и очистка от жидких продуктов.

После удаления влаги и осушки пирогаз направляется. в хооматогоаф-9, который периодически (через 1015 мин) выдает пневматические сигна- 15 лы, пропорциональные объемной концентрации компонентов в пирогазе.

Пневматические сигналы, пропорциональные концентрации этилена пропилена и пропана в пирогазе, запоми- Щ наются в пневматической приставке хроматографа 10. Сигнал концентрации пропана поступает на реле 11 соотношения, где он умножается на коэффициент К и вместе с сигналом концентра- щ ции пропилена поступает на вход прибора 12 алгебраического суммирования, на выходе которого формируется пневматический сигнал Р

Р =C +KСЭ, где С вЂ” пневматический сигнал конЯ. центрации пропилена в пирогазе;

С вЂ” пневматический сигнал конЭ центрации пропана в пирогазе;

К вЂ” коэффициент пропорциональности (К = 0,5-3,0).

Пневматический сигнал Р и пневматический сигнал концентрации этилена в пирогазе Р поступает на вход 40 оптимизатора 6, где определяется значение текущей величины сложного критерия соотношения (СКС ) и проист ходит сравнение ее с заданным значением СКСЭ. Выход Р, оптимизатора служит заданием для регулятора температуры пирогаза.

Если режим пиролиза соответствует заданному (оптимальному), то текущее значение CKC равно его заданному значению СКС и температура пирогаза на выходе из печи поддерживается постоянной. Отклонение режима пиролиза от оптимальных условий вызывает изменение состава пирогаза и соответственно изменяется величина СКС .

В этом случае выход Р> ойтимизатора 6 изменяется, что приводит к изменению температурного режима, а следовательно, и к изменению текущего значения СКС . Увеличение или уменьше— ние температуры пиролиза происходит до тех пор, пока текущее значение

СКС не становится равным заданному (оптимальному) значению СКС .

Использование предлагаемого способа управления позволяет увеличить выход целевых продуктов для одной печи производительностью 7 т/ч на 0,04 7 т/ч или 330 т/год.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом пиролиза в трубчатой печи путем стабилизации расходов сырья и пара и оптимального поиска температуры пирогаэа на выходе печи изменением расхода топливного газа в зависимости от .концентраций продуктов в пирогаэе, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения выхода целевых продуктов, оптимальный поиск температуры пирогаза осуществляют в зависимости от соотношения концентрации этилена и суммы концентраций пропилена и пропана в пирогазе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 338245, кл. С 10 G 9/20, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 474256, кл. C 10 G 9/20, 19 70.

859423 акс икцр C ваа вю

Пиросоэ

Жвс 1

1Х

Юд

Фиг. 1

ВНИИПИ Эакаэ 7469/42

Тираж 548 Лоднисное

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4