Способ автоматического управления процессом алкилирования и устройство для его осуществления

 

(ii>954373

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04 ° 01 ° 80 (21). 2863367/23-26 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51) М. Кд.з

С 07 В 27/00

G 05 D 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30,08. 82,Бкзллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 30. 08.82 (53) УДК 66.012-52 (088.8) (72) Авторы изобретения

B.Ê. Бицута, П.Е. Судаков и Ю.М. Дунаев

Грозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной институт им. акад. М.Д.Миллионщикова (71 ) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

АЛКИЛИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами алкилирования и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ автоматического регулирования процесса каталитического алкилирования, например, изобутана бутиленами в присутствии серной кислоты путем стабилизации расходов кислоты и изобутана, причем регулирование температуры в зоне реакции осуществляют изменением расхода бутиленов при стабилизации максимально возможной подачи хладоагента и устройство для его реализа— ции, содержащее контуры регулирования расходов изобутана, кислоты и хладоагента, измеритель расхода бутилена, регулятор расхода, регулирующий орган на линии подачи бутилена в реактор и измеритель температуры в зоне реакции. Причем выход измерителя температуры подается в камеру задания регулятора расхода бутилена, вторым входом связанного с измерителем расхода бутилена P1) .

Однако данный способ не обеспечивает требуемую точность регулирования температуры в зоне реакции из-эа высокой динамичности процесса алкилирования. Кроме того, регулирование температуры в зоне реакции

5 стабилизацией максимально возможное

ro расхода хладоагента не является достаточно работоспособным и устойчивым. Имеют место неоднократные случаи залива всей системы охлади;ения реактора жидким хладоагентом, при этом КПД системы охлаждения резко падает и жидкая фаза хладоагента может попасть на вход компрессоров.

Все это приводит к снижению выхода и качества алкилата.

Известен также способ атоматического регулирования процесса каталитического алкилирования путем регулирования раходов кислоты, иэобутана, бутилена в реактор и отбор паров хладоагента из реактора, регулирования температуры реакции и подачи хладоагента в реактор и устройство для его осуществления, содержащее контуры регулирования

25 расходов кислоты, изобутана, бутиле» на в реактор, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика расхода, регулятора и ре. гулирующего клапана датчик темпера -.

30 туры реакции, связайный со своим

9. ) 4378 регулятором, датчики и регулирующие клан» н., 1)всхода хладоагента и паров хладоагента (2) .

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают высокой точности поддержания температуры в зоне реакции, что приводит к снижению выхода алкилата и его качества.

Цель изобретения — увеличение выхода алкилата и повышение его качества за счет повышения точности поддержания температуры в зоне реакции.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулируют соотношение расходов хладоагента, подаваемого в реактор, и паров хладоагента, отбираемых из реактора„ изменением расхода паров хладоагента с коррекцией по температурам реакции и паров хладоагента, а температуру реакции регулируют изменением подачи хладоагента в реактор, а известное устройство дополнительно содержит первый и второй функциональные преобразователи, датчик и регулятор температуры паров хладоагента, сумматор и регулятор соотношения расходов, при этом датчик температуры реакции подключен через свой регулятор к регулирующему клапану расхода хладоагента, выход регулятора температуры реакции параллельно подключен через первый функциональный преобразоВатель к первому входу сумматора, датчик температуры паров хладоагента соединен через свой регулятор и второй функциональный преобразователь со вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу регулятора соотношения расходов, второй вход которого соединен с датчиком расхода хладоагента, третий вход — с датчиком расхода паров хладоагента, а выход подключен к регулирующему клапану расхода паров хладоагента.

В реактор вертикального типа подают серную кислоту, иэобутан, бутилен, расходы которых в соответствии с требуемыми значениями стабилизируют. Реакция алкилирования сопровождается выделением тепла. Для нормального протекания процесса алки лирования температура в зоне реакции должна поддерживаться с определенной точностью +1-5 С, так как отклонение температурного режима

DT заданного значительно влияет на выход алкилата и его качества. Отбор тепла иэ реактора осуществляют подачей хладоагента в систему охлаждения, вмончированную в реактор.

Хладоагент поступает на верхнюю решетку, обьелиияющую внутренние трубы, через которые жидкий хладоагент поступае1 н l. »и,целое пространство

55 бО

Температура паров хладоагента на выходе из паровой камеры понизится, КПД системы охлаждения реактора уменьшится, так как отбор тепла будет происходить в основном за счет теплообмена между жидким хладоагентом и реакционной массой. Тепловое равновесие в реакторе при прежнем расходе жидкого хладоагента устанг вится при температуре ниже первоначальной. В этом случае требуемую температуру в зоне реакции можно наружных тРУб, где испаряется, отh)Hðàÿ тепло от реагирующих веществ, и поднимается по нему на нижнюю решетку паровой камеры реактора, откуда в виде паров хладоагента на прием компрессора.

Точность поддержания температуры в зоне Реакции при стабилизированных

Расходах бутилена, иэобутана и кислоты зависит в основном:от поддер10 жания стаоильности высокого КПД системы охлаждения реактора, достижение которого осуществляют подачей хладоагента и отбором его паров с требуемым соотношением их весовых расходов.

Очевидно, что при такой конструкции системы охлаждения реактора наибольший КПД будет иметь место в случае, когда испарение жидкого хладоагента будет происходить в кольцевом пространстве труб, а уровень жидкого хладоагента будет находиться у нижнего торца внутренних труб.

При резком увеличении количества тепла, выделяемого реагирующими веществами, повышается интенсивность испарения хладоагента который полнос) тью превращается в пар. При прежнем расходе подаваемого жидкого хладозо агента тепловое равновесие в реакторе установится при температуре выше первоначальной. Процесс отбора тепла идет в верхней части реактора за счет испарения жидкого хладоагента, в нижней части и по выЗ» соте реактора за счет нагрева паров хладоагента. Температура паров хладоагента на выходе из паровой камеры повысится. В этом случае требуемую температуру в зоне реакции мож40 но восстановить увеличением ðàñõîда жидкого хладоагента.

При резком уменьшении количества тепла, выделяемого реагирующими веществдми, интенсивность испа45 рения жидкого хладоагента падает.

При прежнем расходе жидкого хладоагента его уровень в кольцевом пространстве наружных труб будет повышаться и может достигнуть верхнего предельного положения, т.е. попасть в паровую камеру и далее на прием компрессоров, а это может привести к аварии.

984 378 восстановить путем уменьшения расхода жидкого хладоагента.

Если система охлаждения реактора будет "залита" жидким хладоагентом, т.е. Уровень жидкого хладоагента в кольцевом пространстве будет занимать крайнее верхнее положение или ближайшее к нему значение,возникает возмущение — резкое увеличение количества тепла, выде ляемого реагирующими веществами.

При этом обычная одноконтурная система регулирования в зоне реакции не сможет скомпенсировать данное возмущение, так как принцип действия по.отклонению, закладываемый в таких системах, предписывает регулятору сформировать управляющее воздействие на повышение расхода жидкого хладоагента для увеличения съема тепла в реакторе. Однако это приводит к тому, что отбор тепла происходит уже только за счет теплообмена. между жидким хладоагентом и реакционной массой, и ввиду ограниченности верхнего предела расхода жидкого хладоагента теряется устойчивость регулирования температуры.

В это же время жидкий хладоагент может попасть на прием компрессоров.

Анализ основных закономерностей протекания процесса выявил необходимость контроля положения уровня жидкого хладоагента в кольцевом пространстве труб, что очень трудно осуществимо. Однако непрерывный контроль температуры паров хладоагента на выходе позволяет косвенно судить о положении уровня, а следовательно,и о КПД системы охлаждения. Если отбор тепла от реагирующих веществ происходит за счет испарения жидкого хладоагента при постоянной температуре его насущенных паров, то температура паров на выходе из реактора будет тем выше, чем ниже уровень . жидкого хладоагента в наружных трубах, вследствие нагрева паров при их дальнейшем движении вверх по кольцевому пространству.

Таким образом, по температуре паров хладоагента регулирующим органом, установленным на линии отвода паров хладоагента из реактора управляют интенсивностью испарения жидкого хладоагента.

На чертеже представлено устройство для реализации предлагаемого способа автоматического управления процессом алкилирования.

Устройство содержит реактор 1 вертикального типа, с встроенной системой охлаждения в виде паровой камеры 2, размещенной в полости между верхней решеткой 3, объединяющей внутренние трубы 4 и нижней решеткой 5, объединяющей наружные трубы б, датчики 7-11 расхода соответ40 темы. Выходной сигнал функционального преобразователя 22 через сумматор 23 в качестве корректирующего

45 nopaeTca a камеру задания Регулято ра 18 соотношения расходов. Темпера50

5

1О !

35. ственно бутилена, кислоты, изобутана, хладоагента и паров хладоагента, регуляторы 12-14 расходов соответственно кислоты, изобутана, бутилена со своими регулирующими клапанами 15-17 и регулятором 18.соотношения, датчик 19 температуры реакции, регулятор 20 температуры с регулирующими клапаном 21, первый функциональный преобразователь 22, сумматор 23, второй функциональный преобразователь 24, регулятор 25 и цатчик 26 температуры паров хладоагента на выходе из реактора, регулирующий. клапан 27, установленный на линии отбора паров хладоагента из системы охлаждения реактора.

Устройство работает следующим образом.

Датчиками 10 и 11 расхода жидкого хладоагента и паров хладоагента измеряются расходы, сигналы с которых поступают на входы регулятора

18 соотношения, который в установившемся режиме поддерживает постоянное соотношение весовых расходов, равное 1:1, причем независимой переменной является весовой расход жидкого хладоагента, зависимой "- весовой расход паров хладоагента.

Температура в зоне реакции конт— ролируется датчиком 19, сигнал с которого поступает на вход регулятора 20 температуры. На выходе регулятора формируется управляющий сигнал., который подается на регулирующий клапан 21, установленный на линии подачи в реактор жидкого хладоагента, на вход первого функционального преобразователя 22, где он умножается на постоянный коэффициент, устанавливаемый при настройке сис тура паров хладоагента контролируется датчиком 26, сигнал от которого поступает на вход регулятора 25 температуры. С выхода регулятора 25 сигнал рассогласования поступает на вход второго функционального преобразователя 24, в котором он умножается на постоянный коэффициент, также подбираемый при настройке системы. Выходной сигнал от преобразователя 24 через сумматор 23 поступает в качестве корректирующего в ту же камеру задания регулятора

18 соотношения расходов °

Пусть в результате возмущений температура в зоне реакции повысилась. Тогда регулятор 20 температуры отработает Управляющий сигнал на увеличение расхода жидкого хладоагента с помощью регулирующего кла954378

Формула и з об ре те н ия пана 21. Одновременно с этим, чтобы не допустить повышения уровня жидко- го хладоагента в кольцевом пространстве, осуществляется автоматическая корректировка заданного значения соотношения весовых расходов. А именно оно увеличивается и становится больше 1, регулятор 18 соотношения расходов воздействует на регулирующий клапан 27, установленный на линии отбора паров хладоагента из реактора 1, и он приоткрывается, увеличивая тем самым интенсивность испарения хладоагента. Однако по разным причинам (например, в виду инерционности и погрешностей приборов) уровень жид- I5 кого хладоагента в кольцевом пространстве может изменяться.

Это в свою очередь вызовет изменение температуры паров хладоагента на выходе из реактора. В этом случае 2р вступит в действие корректирующий регулятор 25 температуры, который автоматически скорректирует задание регулятору 18 соотношения расходов в требуемом направлении и уровень жидкого хладоагента в кольцевом пространстве будет восстановлен.

В установившемся темнературном режиме работы реактора температура в зоне реакции, соотношение весовых расходов, уровень жидкого хладоагента в кольцевом пространстве и температура паров хладоагента будут посто. янны и иметь заданные значения.

Технико-экономические преимуществ ва предлагаемого способа автоматического управления процессом алкилирования обусловлены тем, что он гарантирует высокую точность и стабильность поддержания требуемой температуры в зоне реакции как в ди- 40 намике, т.е. в переходных процессах> так и в статике, т.е. в уста.— новившемся равновесном режиме. В первом случае это достигается формированием упреждающего воздействия 45 на коррекцию соотношения расходов и обеспечивается высоким быстродействием систем регулирования расходов, а во втором достигается необходимой точностью поддержания уровня жидкого хладоагента, благодаря тесной связи этого уровня с температурой паров хладоагента на выходе из. реактора.

1. Способ автоматического управления процессом алкилирования путем регулирования расходов кислоты, изобутана, бутилена в реактор и отбора паров хладоагента в реактор, о т— личающийся тем, что, с целью увеличения выхода алкилата и повыше.ния его качества за счет повышения точности поддержания температуры в зоне реакции, регулируют соотношение расходов хладоагента, подаваемого в реактор, и паров хладоагента, отбираемых из реактора, изменением расхода паров хладоагента с коррекцией по температурам реакции и паров хладоагента, а температуру реакции ругулируют изменением подачи хладоагента в реактор.

2. Устройство для автоматического управления процессом алкилирования, содержащее контуры регулирования расходов кислоты, изобутана бутилена в реактор, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных датчика расхода, регулятора и регулирующего клапана, датчик температуры реакции, связанный со своим регулятором, датчики и регулирующие клапаны расхода хладоагента и паров хладоагента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения выхода аЛкилата и повышения его качества за счет повышения точности поддержания температуры в зоне реакции, оно дополнительно содержит первый и второй функциональные преобразователи, датчик и регулятор температуры паров хладоагента, сумматор и регулятор соотношения расходов, при этом датчик температуры реакции подключен через свой регулятор к регулирующему клапану расхода хладоагента, выход регулятора температуры реакции параллельно подключен через первый функциональный преобразователь к первому входу сумматора, датчик температуры паров хладоагента соединен через регулятор и второй функциональный преобразователь с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу регулятора соотношения расходов, второй вход которого соединен с датчиком расхода хладоагента,третий вход — с датчиком расхода паров хладоагента, а выход подключен к регулирующему клапану расхода паров хладоагента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 250882, кл. В 01 J 4/02, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

М 617449, кл. С 07 В 27/00, 1972.

954378

Составитель Г. Огаджанов

Редактор И. Тыкей Техред A.Ë÷ . Корректор Н.Король

Закаэ б360/19 Тирвж 445 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета (ГССР по делам иэобретений и открытий

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

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