Способ управления процессом синтеза аммиака

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

<щ874622 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 200380 (21) 2900684/23-26 с присоединением заявим Йо (23) Приоритет

Опубликовано 23,1081.Бюллетень Й9 39

Дата опубликования описания 23. 10. 81 (51)М. Кл.

С 01 С 1/04

G 05 D 27/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (5Ç) УДК 66.012-52(088,8} (Е.А.Талицкая и Б.Н.Мельников

1

Государственный всесоюзный центральный орде а Трудового, Красного Знамени научно-исследовательский н, ститут,;:-,. комплексной автоматизации 1

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54} СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА АММИАКА

Изобретение относится к автоматиза ции производственных процессов и мо-. жет быть использовано в химической промышленности, например в производстве аммиака, когда сжатие свежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа осуществляется одним центробежным компрессором.

Известен способ автоматическогО регулирования процесса синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода воздуха и азота в конвертор в зависимости от составов свежего и циркуляционного газов, расходов сконденсированного жидкого аммиака, свежего и 35 продувочных газов, температуры и давления конденсации аммиака, приводящий к увеличению точности поддержания заданного соотношения водорода и азота (1) . 20

Недостатком данного способа регулирования процесса синтеза аммиака является его приспособленность к воздействию лишь на один параметр (соотношение водорода и азота} процесса 25 синтеза аммиака, приводящему к .увели-. чению его производительности. Данный способ не учитывает влияния других переменных на увеличение производительности процесса синтеза аммиака. З0

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ автоматического управления процессом синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации аммиака в зависимости от температуры циркуляционного газа в аппаратах первичной конденсации аммиака, концентрации инертных газов в свежей азотоводородной смеси, давлений гаэообраэного аммиака в испарителях жидкого аммиака, давления свежей азотоводородной смеси и концентраций аммиака и инертов в газе на входе в колонну синтеза (2).

Однако данный способ имеет низкую точность определения существующего состояния технологического процесса и, как следствие этого, управление им из-за отсутствия точного определения мощности компрессора при текущих условиях его работы затруднено, что приводит к снижению производительности процесса.

Цель изобретения — повышение производительности процесса синтеза аммиака .

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления процессом

874622

Синтеза аммиака расход продувочных газов корректируют в зависимости от температур азотоводородной смеси на всасывании всех ступеней компрессора ,кроме последней, температур циркуляционного газа на всасывании послелней ступени компрессора и азотоводородной смеси на входе в колонну вторичной конденсации, концентрации водорода в свежей азотоводородной смеси и числа оборотов вала компрессора.

Ка чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления, реализующая предлагаемый способ.

Процесс синтеза газообразного аммиака из азота и водорода осуществляется в колонне 1 синтеза, в которую подается циркуляционный газ, содержащий компоненты реакции и Инертные примеси.

После колонны 1 синтеза иэ циркуляционного газа конденсируется аммиак в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака и после сжатия циркуляционного газа пятой ступенью компрессора

3 — в аппаратах вторичной конденсации аммиака, состоящих иэ колонны 4 вторичной конденсации и двух испарителей 5 жидкого аммиака. Циркуляционный газ иэ колонны 4 вторичной конденсации, смешавшись в ней со свежей аэотоводородной смесью, сжатой первой, второй, третьей и четвертой ступенями компрессора 3, поступает в колонну 1 синтеза.

Система управления процессом синтеза аммиака состоит иэ датчика б концентрации водорода, датчика 7 концентрации метана и датчика 8 давления на всасывании первой ступени компрессора, датчиков 9-12 температур азотоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четвертой ступеней сжатия компрессора 3, соответственно, а также датчиков 13-15, соответственно, температур циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессора 3, свежей азотоводородной смеси на входе в колонну 4 вто: ричной конденсации и циркуляционного газа на выходе из аппаратов 2 первичной конденсации, датчика 16 числа оборотов вала компрессора 3, датчиков

17 и 18 давлений газообразного аммиака на выходе иэ испарителей Ь жидкого аммиака, датчиков 19. и 20 концентраций метана и аммиака, соответственно, в циркуляционном газе на колонну 1 синтеза, воздействующих на клапан 21 на линии расхода продувочных газов из аппаратов 2 первичной конденсации через вычислительное устройство 22.

Способ управления процессом синтеза аммиака осуществляется следующим образом.

По сигналам с датчиков 9-12 температур аэотоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четd0 вертой ступеней компрессора 3, соответственно, с датчика В давления на всасывании первой ступени компрессора

3, датчика 16 числа оборотов вала, датчиков б и 7 концентраций водорода и метана в свежей аэотоводородной смеси, датчика 14 температуры азотоводородной смеси на входе в колонну 4 вторичной конденсации, датчиков 13 и

15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессора и в аппаратах первичной конденсации аммиака, соответственно, датчи" ков 19 и 20 концентраций метана и аммиака в циркуляционном газе на входе в колонну 1 синтеза, датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, а также по заданному расходу свежей азотоводородной смеси иэ уравнений (1-4) материального и теплового балансов

20 процесса синтеза аммиака и кинетическому уравнению реакции синтеза аммиака и уравнений (5-9), описывающ-х обобщенные х;рактеристики процесса сжатия газа в ступенях компрессора 3

25 определяются производительность процесса синтеза аммиака GN >, мощность компрессора 3 N = N>z< и соответствующее значение расхода продувочных газов иэ аппаратов первичной конденсации аммиака Чя (регулирующее воздействие)

U,l = > 1 I > н> l>l> lv >>- Рд.>>»г>Ащ.,МАвс> двс>

Ф МСН4 МННЪ о р Ч 1 Ч)

>l 1к Цг ™Цг >Р1И> 2н АИС

35 (МСН4 МЮ\Ъ (>АН М 4 Щ цГ а цГ > цг АвС Asc),. днт СН4 р г нн >в(>сг иг >ддвс >вдвс Внвн (g)

40 вр 9>(>дг "двс д>двс ин,"двс>, >

Н СН4. ч с 6 в(1>>нс1 двс мдвс двс ) (>

/в

КЧ 6 Р > V ×II,ÌÖl > NÍ "llew> » )> (б)

50 Ч = 81 1, ), >>> >> нЯ ЧАф,М рс>ф Авс,(ю)> ()

>9)

1 где V,t4„P — расход и состав циркуляционного газа. Hik иа выходе в колонну

1 синтеза, соответственно)

N1(i=1 ° ...1V) - мощности ступеней. компрессора 3;

P,P - - давления на всасыва>I 4. нии пятой и нагнетании четвертой ступеней компрессора 3, 65 соответственно;

874622

"t ° "я ° t „

t ч < v Ав < к — температуры азотоводородной смеси на всасынании первой, второй, третьей,четвертой и пятой ступеней компрессора 3 и на входе в колонну 4 вторичной конденсации, а также циркуляционного газа н аппаратах 2 первичной конденсации аммиака, соответ"ственно; ) — число оборотов вала компрессора 3; 15

NOSNAp:

М ",М „4 — величины концентраций водорода и метана н азотоводородной смеси, аммиака и метана н циркуляционном эО газе на входе в колонну 1 синтеза, соответственно;

Чдвс расход азотонодородной смеси на нходе в компрессор 3.

Задаваясь другим значением концентрации метана н циркуляционном газе на входе в колонну 1 синтеза М с .цг по уравнению (2) определяется состав

М циркуляционного газа на входе в колонну 1 синтеза, а по уравнению ЗО (1) — его расход vu,ð.

По уравнениям (3) и (4), сооТветственно, определяется производи- тельйость процесса синтеза аммиака

ОМАМ, которая поддерживается соответствующим расходом продувочных газов иэ аппаратов первичной конденсации аммиака V p.

По уравнениям {5-9) определяется суммарная мощность И кЬмпрессора 3, 4р . которая сравнивается с первоначально определенной мощностью компрессора 3

N Если ИЭ,и N не совпадают с эаданйой точностью и если Ny yN saдается новое большее значение числа оборотов вала компрессорами . Если

09п z Н, задается новое меньшее значение числа оборотов вала N компрессора 3. И так до совпадения .И.и Ия,э с заданной точностью. Определенное по уравнению (3) значение проиэводйтельности процесса синтеза аммиака, G ыи сравнивается с его первоначальным значением СМй . Если значение

ОИН больше Сын, соответствуннций ему расход продувочных газов Ч запоминается. и

Далее снова адаемся новым значением концентрации метана в циркуля" ционном газе на входе в колонну 1 синтеза, и снова производим предыдущие расчеты и сравнения.

В результате всех Этих сравнений корректируется расход продувочных газон из аппаратов 2 первичной конденсации аммиака через клапан 21, устананлиная то значение расхода продуночных газов ЧяР иэ аппаратов 2 первичной конденсации аммиака, которому соответствует большая производительность процесса синтеза аммиака.

Производительность процесса синтеза аммиака н результате внедрения указанного способа управления увеличи.— вается на 0 5-1,0 %.

Формула изобретения

Способ управления процессом синтеза аммиака путем изменения расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации аммиака в зависимости от температуры циркуляционного газа н аппаратах первичной конденсации аммиака, концентрации инертных газов н свежей азотоводородной смеси, давления газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, давления свежей азотоводородной смеси, концентраций аммиака и инертов в газе на входе в колонну синтеза, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повыаения производительности процесса, расход продувочных газов корректируют в зависимости от температур азотоводородной смеси на всасывании всех ступеней компрессора кроме последней, температур циркуляционного газа на всасывании последней ступени компрессора и азотоводородной смеси на входе в колонну вторичной конденсации, концентрации водорода в свежей аэотоводородной смеси и числа оборотов вала компрессора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

9 318546i кй. С 01 С 1/04, 1968.

2. Константинова E- С. и др. Моделирование и оптимизация каталических процессов. М., Наука, 1965, с. 109-128.

874622

4 зооюдодоредяая свеса

Составитель Г. Огаджанов

Техред Т.Маточка

Корректор М. Демчик

Редактор A. Шишкина.

Заказ 9237/36 филиал ППП Патент, r, ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 508 Подписное вНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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