Способ управления процессом синтеза аммиака

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистическим

Реснублик ю) 100224 3 (61) Дополнительное к авт. свид-ву Р 874622 (51) М. Кд.з (22) Заявлено 2Ы281 (21) 3372512/23-26

С 01 С 1/04

С 05 D 27/00 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретеннй н открытий

Опубликовано 0703.83. Бюллетень М 9

РЙУДК 66 ° 012-52(088.8) Дата опубликования описания 070383

Е.A. Талицкая, Б.Н. Мельников, X.A. Лубке>" - .-

К.-А.П. Гайжаускас, Э.Ю. Симанавичюс:й:. Э;И- .Франук вичюс

1 1-- .1

:11

1

Государственный Всесоюзный центрацц ный орд1ена

Трудового Красного Знамени научно-исследОвач ел*с1 ий институт комплексной автоматизации (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

СИНТЕЗА AMNHAKA

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов и может быть использовано в химической промышленности при производстве аммиака, где сжатие свежей азотоводородной смеси и циркуляционного газа осуществляется одним центробежным компрессором.

В основном авт. св. 9 874622 описан способ управления процессом синтеза аммиака, заключающийся в изменении расхода продувочных газов из аппаратов первичной конденсации жидкого аммиака в зависимости от температуры циркуляционного газа в аппаратах первичной конденсации аммиака, концентрации инертных газов в свежей азотоводородной смеси, давлений газообразного аммиака в испарителях жидкого аммиака, давления свежей аэотоводородной смеси, концентраций аммиака и инертов в газе на входе в колонну синтеза, температур аэотоводородной 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 аммиака, концентрации водорода в свежей азотоводородной смеси и числа оборотов вала компрессора 1 .

Недостатком этого способа является неудовлетворительная точность определения рабочих характеристик колонны синтеза и аппаратов .вторичной конденсации аммиака, что приводит к снижению производительности процесса.

Целью изобретения является повышение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем,.что по предложенному способу управления процессом синтеза аммиака расход продувочных газов дополнительно корректируют в зависимости от расхода, давления газа íà вхсде в колонну синтеза и концентрации водорода в нем, концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны синтеза, температуры и давления циркуляционного газа на выходе испарителей жидкого аммиака.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического управления, реализующая данный спосо6.

Процесс синтеза газообразного аммиака иэ азота и водорода осуществ1002241 ляется в колонне 1 синтеза, в которую подается циркуляционный газ, содержащий компоненты реакции и инертные примеси. После колонны 1 синтеза из циркуляционного газа конденсируется аммиак в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака,и после сжатия циркуляционного газа пятой ступенью компрессора 3 в аппаратах вторичной конденсации аммиака, сос тоящих из колонны 4 конденсации и двух испарителей 5 жидкого аммиака..

Циркуляционный газ иэ колонны 4 конденсации, смешавшись в ней со свежей азотоводородной смесью, сжатой первой, второй, третьей и четвертой сту пенями компрессора 3, поступает в колонну 1 синтеза.

Система управления процессом синтеза аммиака состоит из датчика 6 концентрации водорода, датчика 7 концентрации метана и датчика 8 давления на всасывании первой ступени компрессора 3, датчиков 9-12 температур азотоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четвертой ступеней компрессора 3 соответственно, а также датчиков 13, 14, 15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой (последней) ступени компрессора 3, аэотоводородной смеси на входе в колонну 4 конденсации и циркуляционного газа в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака соответственно, датчика 16 числа оборотов вала компрессора 3, датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака в испарителях 5 жидкого аммиака, датчиков 19, 20 и 21 концентраций инертов (метана), аммиака и водорода в газе на входе в колонну 1 синтеза соответственно, датчика 22 концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны 1 синтеза, датчика 23 температуры и датчика 24 давления циркуляционного газа на выходе испарителей 5 жидкого аммиака, датчика 25 расхода и датчика 26 давления газа на входе в колонну 1 синтеза, клапана 27 на линии расхода продувочных газов из аппаратов 2 первичной конденсации аммиака и вычислительного устройства.28.

Способ управления процессом синтеза аммиака осуществляется следующим образом.

По сигналам с датчиков б и 7 концентраций водорода и метана в свежей аэотоводородной смеси (ЪИ и

ЪСЪ4 ) определяется ее полный состав„ц ge

Cl 0

МсиЬс Е q (ЪНа > ЪСН4) . (1)

По сигналам с датчиков 19, 20, 21 концентраций метана, аммиака и водорода в газе, поступающим на колонну

1 синтеза (ЪСН4, ЪИН >., ЪН z), датI

По сигналам с датчика 8 давления

55 на всасывании компрессора 3 (Р„"с), датчиков 9, 10, 11 и 12 температур азотоводородной смеси на всасывании первой, второй, третьей и четвертой ступеней компрессора 3 (t<, 60 Q ) соо ветственно, датчика 13 температуры циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессо ра 3 (t ) и датчика 16 числа оборо5 тов вала компрессора 3(сь), а также, используя уравнения (1-8), по

33

50 чиков 25 расхода и 26 давления газа на входе колонны 1 синтеза (P, Ч) и датчика 22 концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны 1 синтеза (%NR ) иэ уравнений материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и.кинематического уравнения реакции синтеза определяется состав газа Ц, поступающего на колонну 1 синтеза, и усредненный коэффициент активности катализатора и колонны 1 синтеза

Рцг f (ЪСН4 > ЪИНЗ ° ЪН .) (2) и = fs (р„„Р, Ч, ЪЯГ) (3)

По сигналам с датчика 15 темпера туры циркуляционного газа в аппаратах 2 первичной конденсации аммиака (t) и с датчиков 25 и 26 расхода и давления газа, поступающего на колонну 1 синтеза, по уравнениям материальных балансов процессов в колонне 1 синтеза и в аппаратах 2 первичной конденсации и всего процесса синтеза, используя уравнения (1-3), определяют производительность процесса синтеза аммиака V, расход продувочных газов Ч„ иэ аппаратов

2 первичной конденсации аммиака, а также расход V и состав,Р" на

+ входе колонны 4 конденсации

Ч f4 (V Р, p„„> q ) (4)

VlIP = fg (V> V й, PеЬс>

Ч5 = Е (Ч, Чам ° Чпр > Оцг) Гб) ,4А fg (t P P Ч V ) (7)

По сигналам с датчиков 14 и 23 температур аэотоводородной смеси на входе колонны 4 конденсации и циркуляционного газа из испарителей 5 жидкого аммиака (ta, 1„), датчиков

17, 18 и 24 давлений газообразного аммиака и циркуляционного газа (P, Р, Р„), заданному расходу свежей аэотоводородной смеси Ч„ на компрессор 3 по уравнению тепло- и массопередачи и материального и теплового балансов процесса вторичной конденсации аммиака, используя уравнения (1-7); определяют обобщенный коэффициент теплопередачи К испарителей 5 жидкого аммиака (P, К ФЬс

Ч, Р, Оц,- ) (8) 1002241 уравнениям, описывающим процесс сжатия газа в ступенях компрессора

3, определяют его мощность N

Ьс

<»» (р1» tg» ° ° » < .» р»

7п» ), i = 1,2,3,4,. 5)

9с l

N5 fq() (P t св) (10)

1»Р

P, = f«(P4, V, î„,) (») и=х ы =и

1=5 1 мг» (ю} (14) —. 15

По сигналам с датчиков 17 и 18 давлений газообразного аммиака,. датчика 14 температуры азотоводородной смеси на входе в колонну 4 конденсации, датчиков 13 и 15 температур циркуляционного газа на всасывании пятой ступени компрессора 3 и в аппаратах 2 первичной конденса- ции аммиака (t<, t) и заданному расходу аэотоводородной смеси, а также используя уравнения .(1-3), (8) и (11-14) по уравнениям материального и теплового балансов процесса синтеза аммиака и кинематическому уравнению реакции синтеза аммиака определяют расчетный расход V и дав- 30 ление Р циркуляцисниого газа на входе в колонну 1 синтеза + (4»»"- ОЬС»»"" Нг» » » 5»

Р„, Р,, Ч,„,q, К) . (15)

«р = 1 (р ) (1g) 35

Задаваясь другим значением концентрации метана в газе на входе в колонну 1 синтеза %СН4 при рассчитанных по уравнениям (3) и (8) значениях коэффициента активности ка- 4О тализатора 1 и обобщенных коэффициентах теплопередачи К по уравнению (2) определяют состав газа на входе в колонну 1 синтеза, а по уравнению (15) - его расход T. По урав- 45 нениям (4-5) определяется производительность процесса синтеза аммиака Vzg, которая поддерживается сответствующим расходом продувочных . газов Yzp из аппаратов 2 первичной 50 конденсации аммиака (регулирующее воздействие} ° По уравнению (13) определяется суммарная мощность N компрессора 3, которая сравнивает55 ся с первоначально определенн и мощностью компрессора 3N.

Если N u N не совпадают с заданной точностью и если N O Я, задается новое большее эн чение числа оборотов, вала компрессора 3, а если N c Р, задается новое меньшее значение числа оборотов вала. И так до совпадения М и N с заданной точностью.

Определенная по уравнению {4) производительность процесса синтеза аммиака 70„„ сравнивается с его пер- воначальной производительностью (,,Если Ч больше 1, соответствующий ей расход Ч„р продувочных газов запоминается.

Далее снова задаемся новым значением концентрации метана в газе на входе в колонну 1 синтеза, и снова производятся предыдущие расчеты и сравнения.

В результате этих сравнений устанавливается то значение расхода продувочных газов V„p нз аппаратов

2 первичной конденсации аммиака через клапан 27, которому соответствует большая производительность » ом процесса синтеза аммиака.

Производительность процесса синтеза аммиака В результате внедрения данного способа управления увеличивается на 0,5-0,8Ъ формула изобретения

Способ управления процессом синтеза аммиака по авт. св. Р 874622; отличающийся тем, .что, с целью повышения производительности процесса, расход продувочных газов дополнительно корректируют в зависимости от расхода, давления газа на входе в колонну синтеза и концентрации водорода в нем, концентрации аммиака в циркуляционном газе на выходе колонны синтеза, температуры и давления циркуляционного газа на выходе испарителей жидкого аммиака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 874б22, кл. С 01 С 1/04, 1980 (прототип) .

1002241

Составитель Г. Огаджанов

Редактор Л. Утехина Техред A,À÷ Корректор E. Рошко

Заказ 1713/8 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушакая наб., д. 4/5 .т а

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