Устройство для автоматического управления реактором дегидрирования углеводородного сырья

 

Сущность изобретения: осуществляют автоматическое управление многослойным адиабатическим реактором дегидрирования углеводородного сырья с использованием средств вычислительной техники, обеспечивающее поддержание ступенчатого температурного режима в многослойном реакторе и повышение выхода целевого продукта. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления технологическими процессами в многослойных адиабатических реакторах с неподвижным слоем катализатора и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, в частности при автоматизации процесса дегидрирования углеводородного сырья.

В качестве прототипа к предлагаемому изобретению было выбрано устройство для автоматического управления реактором дегидрирования углеводородного сырья. Устройство содержит: реактор 1, смеситель 2, датчик 3, регулятор 4 и регулирующий клапан 5 расхода сырья, датчик расхода пара 6, регулятор 7 соотношений расхода сырья и пара, регулирующий клапан 8 расхода пара, датчик 9, регуляторы 10 и регулирующие клапаны 11 расхода кислорода воздуха по слоям, датчики 12 температуры, вычислительный блок 13, многоканальный блок сравнения 14, блок задания температуры 15, блок задания 16 расходов кислорода воздуха по слоям реактора, многоканальное реле переключения 17, регуляторы 18 температуры, регулирующие клапаны 19 расхода хладагента в межсекционном теплообменнике 20. Устройство работает следующим образом: информация о расходе сырья и пара, замеряемых соответственно с помощью датчиков 3 и 6, поступает одновременно на входы регулятора 4 расхода сырья и регулятора 7 соотношения расходов сырья и пара, изменяющего расход пара в зависимости от расхода сырья, и на вход вычислительного блока 13, на другие входы которого поступает информация с блока 15 задания температуры и с датчиков 12 температуры в неподвижном слое катализатора. Сигнал от вычислительного блока 13 поступает на многоканальный блок 14 сравнения, где сравнивается с сигналом от блока 15 задания температуры. Если величина сигнала на выходе вычислительного блока 13 отличается от величины сигнала на выходе блока 15 заданий, то меняется распределение кислорода воздуха в блоке 16 до тех пор, пока на выходе из блока 14 не исчезнет сигнал рассогласования. При исчезновении сигнала рассогласования реле 17 переключения открывается и пропускает сигнал от блока 16 задания расходов кислорода воздуха, которые в качестве задания поступают на регуляторы 10. На второй вход регуляторов 10 подается информация с датчиков 9 и, воздействуя своими выходами регуляторов 10 на регулирующие клапаны 11, поддерживает необходимый температурный режим в реакторе. Кроме того, на первые входы регулятора 18 в виде задания из блока 13 поступает информация об оптимальных температурных последовательностях в межслойном пространстве реактора. На вторые входы регулятора температуры 18 поступает сигнал от датчиков 12 температуры. При рассогласовании этих сигналов на выходе регулятора 18 появляется сигнал, который, воздействуя на регулирующие клапаны 19, изменяет количество подаваемого хладагента в межсекционный теплообменник 20.

Недостатком этого устройства является то, что оно требует дополнительных энергозатрат для поддержания температуры по ступеням реактора, регулированием подачи расхода хладагента путем включения промежуточного теплообменника в межслойном пространстве реакторного блока и не обеспечивает высокий выход целевого продукта.

Целью изобретения является снижение энергоемкости и повышение выхода целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что данное устройство дополнительно содержит датчики расхода пара по ступеням реактора, регуляторы расхода пара по ступеням реактора и регулирующие клапаны расхода пара по ступеням реактора, датчики расхода пара по ступеням реактора подсоединены к первым входам регуляторов расхода пара по ступеням реактора, вторые входы которых соединены с вторыми выходами многоканального реле переключения, а третьи входы с выходами регуляторов температуры по ступеням реактора, выходы регуляторов расхода пара по ступеням реактора соединены с регулирующими клапанами расхода пара по ступеням реактора.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 оптимальный профиль температуры по слоям реактора.

Устройство содержит секционный адиабатический реактор 1 дегидрирования углеводородного сырья с неподвижными слоями катализатора (фиг.1), смеситель 2, датчик 3 расхода сырья, регулятор 4 расхода сырья, регулирующий клапан 5 расхода сырья, датчик 6 расхода пара, регулятор 7 расхода пара по ступеням реактора, регулятор 7' соотношения расходов сырья и пара, регулирующий клапан 8 расхода пара по ступеням, датчики 9 расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, регуляторы 10 расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, регулирующие клапаны 11 расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, датчики 12 температуры по ступеням реактора, вычислительный блок 13, многоканальный блок 14 сравнения, блок 15 задания температуры по ступеням реактора, многоканальный блок 16 задания, многоканальное реле 17 переключения, регуляторы 18 температуры по ступеням реактора.

Устройство работает следующим образом.

Информация о расходе сырья, замеряемая соответственно с помощью датчика 3 расхода сырья, поступает одновременно на входы регулятора 4 расхода сырья и на вход вычислительного блока 13, на другие входы которого поступает информация с блока 15 задания температуры по ступеням реактора. В вычислительном блоке 13 осуществляется решение математической модели процесса, которая имеет следующий вид: где T₁, T₂, T₃ текущие значения температур в каждом слое реактора; T_н начальное значение температуры; T_в максимальное значение температуры; задаваемые значения расходов кислорода воздуха и водяного пара по слоям; Q_c, Q₁^к, Q₂^к, Q₃^к, Q₁ⁿ, Q₂ⁿ, Q₃ⁿ, текущие значения расходов сырья, кислорода воздуха и водяного пара по слоям.

Данная математическая модель процесса дегидрирования позволяет определить оптимальное количество кислорода воздуха, подаваемого в каждый слой реактора, и необходимое количество пара, подаваемого в межслойное пространство для поддержания оптимального температурного профиля в многослойном реакторе. Для этого на вычислительный блок поступает от датчиков 3 и 12 информация. В вычислительном блоке 13 на основе этой информации и математической модели решается задача оптимального расчета, где по заданной начальной температуре (T_н, T₁, T₂) и расходов сырья, пара и кислорода воздуха вычисляется верхний уровень профиля температуры T_в в слоях. После чего для найденного значения T_в определяется необходимое количество кислорода воздуха и пара, подаваемого в каждый слой реактора. Для этого начальное распределение кислорода воздуха и пара вводится в вычислительный блок 13 с помощью многоканального блока 16 задания и вычисляется оптимальное температурное распределение по слоям. Сигнал от вычислительного блока 13 поступает на многоканальный блок 14 сравнения, где сравнивается с сигналом от блока 15 задания температуры по ступеням реактора, величины которых определяются в процессе решения задачи оптимизации и являются оптимальными для данного режима в реакторе. Если величина сигнала на выходе вычислительного блока 13 отличается от величины сигнала на выходе блока 15 задания температуры по ступеням реактора, то меняется распределение кислорода воздуха и пара в многоканальном блоке 16 заданий до тех пор, пока на выходе из многоканального блока 14 сравнения не исчезнет сигнал рассогласования. При исчезновении сигнала рассогласования многоканальное реле 17 переключения открывается и пропускает сигналы от многоканального блока 16 задания, которые в качестве уставки поступают на регуляторы 10 и 7. На второй вход регуляторов 10 и 7 подается информация соответственно с датчиков 9, 6 и, воздействуя своими выходами регуляторов 10 и 7 на регулирующие клапаны 11 и 8, поддерживают необходимый температурный режим в многослойном реакторе. Кроме того, в вычислительном блоке 13 по математической модели рассчитываются оптимальные температурные последовательности, которые поступают на первые входы регуляторов 18 температуры по ступеням реактора в виде задания. На вторые входы регуляторов 18 температуры поступают сигналы от датчиков 12 температуры. При рассогласовании этих сигналов на выходе регуляторов появляются сигналы, которые, воздействуя на третьи входы регуляторов 7 расхода пара, изменяют количество подаваемого водяного пара в межсекционные пространства.

В качестве примера приводим результаты расчета процесса окислительного дегидрирования высших н. парафиновых углеводородов в альфа-олефины. Информация о расходе сырья, замеряемая с помощью датчиков 3, поступает одновременно на входы регуляторов 4 расхода сырья и на вход вычислительного блока 13, на другие входы которого поступает информация с датчиков 12 температур и с блока 15 задания температур. В вычислительном блоке 13 решается задача оптимального расчета, где по входным значениям температуры в слоях вычисляются значения температур на выходах секций. Для найденных значений T₁, T₂, T₃, соответственно равных 852, 857 и 859 К, определяются Q₁^к, Q₂^к, Q₃^к, соответственно равные 0,3, 0,28, 0,24 моль/моль, и Q₁ⁿ, Q₂ⁿ, Q₃ⁿ, соответственно равные 30, 28, 24 моль/моль, которые в качестве задания поступают на регуляторы 10 и 7, на вторые входы которых подается информация с датчиков 9 и 6 и, воздействуя на регулирующие клапаны 8, 11, поддерживается необходимый профиль температурного режима в реакторе. Кроме того, в вычислительном блоке 13 по математической модели определяется температурная последовательность в межслойном пространстве, которые в виде задания T_1зад, T_2зад и T_3зад поступают на 1-ые входы регуляторов 18 температуры. На вторые входы регуляторов 18 температуры поступают сигналы от датчиков 12 температуры. На выходе регуляторов 18 появляются сигналы, которые, воздействуя на уставки регуляторов 7, подают рассчитанное количество пара в межслойное пространство.

Использование изобретения в процессе окислительного дегидрирования высших н.парафиновых углеводородов позволяет увеличить выход целевого продукта альфа-олефинов на 4%

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления реактором дегидрирования углеводородного сырья, содержащее датчик расхода сырья, датчики температуры по ступеням реактора, блок задания температуры по ступеням реактора, регулирующие клапаны расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, датчик расхода пара, датчики и регуляторы расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, регулятор расхода сырья, регулятор соотношения расходов сырья и пара, вычислительный блок, многоканальный блок сравнения, многоканальный блок задания, многоканальное реле переключения, регуляторы температуры по ступеням реактора, датчик расхода сырья соединен с регулятором расхода сырья, с первым входом вычислительного блока и с первым входом регулятора соотношения расходов сырья и пара, второй вход которого соединен с датчиком расхода пара, а выход с регулирующим клапаном расхода пара, датчик расхода пара соединен с вторым входом вычислительного блока, другие входы которого соединены с датчиками температуры по ступеням реактора, выходами многоканального блока задания и блока задания температуры по ступеням реактора, первый выход вычислительного блока соединен с первым входом многоканального блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания температуры по ступеням реактора, первый выход многоканального блока сравнения подсоединен к первому входу многоканального реле переключения, а второй выход к входу многоканального блока задания, выход которого соединен с вторым входом многоканального реле переключения, первые выходы которого соединены с первыми входами регуляторов расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, вторые входы которых соединены с датчиками расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, а выходы с регулирующими клапанами расхода кислорода воздуха по ступеням реактора, выход регулятора соотношения расходов сырья и пара соединен с регулирующим клапаном расхода сырья, датчики температуры по ступеням реактора соединены с первыми входами регуляторов температуры по ступеням реактора, вторые входы которых соединены со вторым выходом вычислительного блока, отличающеееся тем, что оно дополнительно содержит датчики расхода пара по ступеням реактора, регуляторы расхода пара по ступеням реактора и регулирующие клапаны расхода пара по ступеням реактора, датчики расхода пара по ступеням реактора подсоединены к первым входам регуляторов расхода пара по ступеням реактора, вторые входы которых соединены с вторыми выходами многоканального реле переключения, а третьи входы с выходами регуляторов температуры по ступеням реактора, выходы регуляторов расхода пара по ступеням реактора соединены с регулирующими клапанами расхода пара по ступеням реактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1