Способ автоматического регулирования процесса каталитической очистки отходящих газов в производстве неконцентрированной азотной кислоты

Способ автоматического регулирования процесса каталитической очистки отходящих газов в производстве неконцентрированной азотной кислоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами производства неконцентрированной азотной кислоты и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности. Целью изобретения является уменьшение расхода природного газа и снижение выбросов в атмосферу монооксида углерода. Способ предусматривает регулирование температуры газовой смеси на входе в реактор изменением расхода природного газа в камеру сгорания реактора, соотношения расходов природного газа и воздуха в камеру сгорания реактора изменением расхода воздуха, температуры очищенных газов на выходе реактора изменением расхода добавочного воздуха в узел абсорбции и регулирование расхода природного газа в реактор в зависимости от расхода природного газа и воздуха в камеру сгорания реактора, температур газовой смеси на входе в камеру сгорания реактора, на входе и выходе реактора и максимальной разности температур в реакторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

1 (21 ) 4320346/23-26 (22) 26. 10 ° 87 (46 ) 30, 10.89. Бюп. У 40 (72) A.È.Ïîäæàðский, Б.Д.Жигайло и A.E.Äåìèäîâ (53) 66.012. -52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1234356, кл. С 01, В 21/38, 1984.

Заказная спецификация приборов и средств автоматизации УКП-7-76 про изводства неконцентрированной азотной кислоты, Стадия 100/200. Отделение компрессии, конверсии, абсорбции, каталитической очистки. 1980, чертеж ПД 100/200-28-80. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОЙ

ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ В ПРОИЗВОДСТНЕ НЕКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ АЗОТНОЙ

КИСЛОТЫ (57) Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами производства неконцентрированной азотной кислоты и

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами производства неконцентрированной азотной кислоты и может быть использовано в пролвпипенности по производству минеральных удобрений и в химической промьпппенности, Целью изобретения является уменьшение расхода природного газа и снижение выбросов в атмосферу монооксида углерода.

„„SU„„1 1 295 А1 (50 4 С 01 " 21/38, G 05 П 27/00

2 может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности. Цечью изобретения является уменьшение расхода природного газа и снижение выбросов в атмосферу монооксида углерода. Способ предусматривает регулирование температуры газовой смеси на входе в реактор изменением расхода природного газа в ка— меру сгорания реактора, соотношени» расходов ггриродного газа и воздуха в камеру сгорания реактора изменением расхода воздуха, температуры очищенных газов на выходе реактора изменением расхода добавочного воздуха в узел абсорбции и регулирование расхода природного газа в реактор в зависимости от расхода природного газа и воздуха в камеру сгорания реактора, температур газовой смеси на входе в камеру сгорания реактора, на входе и выходе реактора и максимальной разности температур в реакторе. 1 э.п. ф-лы, 1 ил °, 2 табл.

На чертеже представлен пример реализации способа.

В узел 1 сорбции подают добавочный воздух, изменение количества которого влияет на содержание кислорода в отходящем газе и, как следствие, на температуру процесса очистки, Пос узла абсорбции отходящий газ поступает в смеситель 2, где смешивается с природным газом, предназначенным для восстановления оксидов азота. Полученная газовая смесь пос1518295 тупает в камеру 3 сгорания, где нагревается до температуры зажигания" катализатора за счет смешения с продуктами сгорания природного газа.

Процесс очистки газов от оксидов азота протекает эффективно при наличии в газовой смеси на входе в реактор 4 продуктов недожега природного газа водорода и монооксида углерода, поэтому в камеру сгорания подают воздух в количестве, недостаточном для полного сгорания природного газа. Соотношение расходов природного газа и воздуха поддеживают в пределах от

1:7,7 до 1:9,2. Нагретая газовая смесь поступает в реактор 4, в котором на катализаторе протекают экзотермические реакции окисления компонентов природного газа кислородом, содержащимся в отходящем газе, и восстановления оксидов азота природным газом до нетоксичных компонентов, В результате протекания этих реакций происходит повышение температуры отходящего газа и разогрев катализатора.

Разные зоны каталитического слоя приобретают разную температуру. При недостатке природного газа имеет место болевшая разность температур наиболее горячей и наиболее холодной зон. При оптимальном расходе природного газа в реактор разность температур наиболее горячей и наиболее холодной зон о находится в пределах от 5 до 10 С.

При большем избытке природного газа указанная разность температур снижао ется ниже 5 С, при недостатке — поо вышается вьш е 10 С.

Расход воздуха в узел 1 абсорбции и камеру 3 сгорания измеряют датчика40 ми 5 и 6 соответственно расхода, расход природного газа в камеру 3 сгорания и реактор 4 — датчиками 7 и 8 тсоответственно расхода.

Температуру газовых смесей на вхо45 де в камеру 3 сгорания, в реактор 4 и очищенного газа после реактора измеряют соответственно датчиками 9-11 температур, разность температур наиболее горячей и наиболее холодной зон каталитического слоя реактора вычислительным устройством 12. Расход воздуха в узел 1 абсорбции, камеру 3 сгорания регулируют исполнительными механизмами 13 и 14 соответственно, а расход природного газа в камеру сгорания и реактор механизмами 15 и 16 соответственно.

Автоматическое регулирование процесса каталитической очистки осуществляют с помощью регуляторов 17

19 и вычислительного устройства 20.

Способ осуществляют следующим образом.

На регулятор 17 подают сигнал от датчика 10 температуры газовой смеси на входе в реактор. По величине этого сигнала формируют управляющее воздействие на исполнительный механизм 15, поддерживая таким образом заданное значение температуры газовой смеси на входе в реактор 4.

На регулятор 18 подают сигналы от датчиков 6, 7 по замеру расходов воздуха и природного газа в камеру сгорания. Путем сопоставления этих сигналов формируют управляющее воздействие на исполнительный механизм 14, поддерживая таким образом заданную величину соотношения расходов природного газа и воздуха в камеру 3 сгорания. На регулятор 19 подают сигнал от датчика 11 по замеру температуры очищенного газа. По величине этого сигнала формируют управляющее воздействие на исполнительный механизм

13, поддерживая таким образом заданную величину температуры очищенного газа после реактора 4.

На вычислительное устройство 20 подают сигналы от датчиков 6, 7, измеряющих расход воздуха и природного газа соответственно в камеру 3 сгорания, а также от датчиков 9 — 11, измеряющих соответственно температуру газовых смесей на входе в камеру сгорания, на входе в реактор и очищенного газа после реактора. Вычислительное устройство 20 рассчитывает величину расхода природного газа в реактор по уравнению

Ча=(2,47-7,4 10 Т +9, 1 10 t ) л а с

0 103 Vâ(tê-Ен.)

Й кс ° а где V u V — объемный расход прир кс родного газа, подаваемого в реактор и камеру сгорания соответственно;

V — объемный расход возв духа, подаваемого в камеру сгорания;

Ск1 tp tK — TeMePaTyPa rasa соответственно на входе

Способ автоматического регулирования процесса каталитической

5 1518295 6 в камеру «r орания, н i О, 127.; прои;яодительность агрегата входе в реякг и1 и 14,4 т/ч азотной кислоты в пересчете с после Herо С, на 1007-ную HNO . При этих условиях

По результату расчета формируется провели 5 опытов, реализующих схему

5 управляющее воздействие на исполни- автоматического регулирования пречУ тельный механизм 16 и таким образом ставленную на чертеже. Каждый опыт регулируется расход природного газа проводили в течение 5 сут. Замеры температур и расходов газовых потоков

В вычислительное устройство 20 по- 1р осуществляли через час, а аналитичедают также сигналы от вычислительного ское определение их состава — 2 раза устройства 12, которое измеряет тем- в сутки. Для каждого опыта задавали пературу в разных зонах каталитичес- температуру газовой смеси перед реаккого слоя и рассчитывает разность тором 4 (t ) регулятором 17, соотP температур наиболее горячей и наибо- 15 ношение расходов природного газа и лее холодной зон этого слоя. Если ве- воздуха в камеру 3 сгорания — регуличина этой разности находится за лятором 18 и температуру очищенного о пределами диапазона 5-10 С, то в вы- газа после реактора 4 (t ) — регуляк числительное устройство 20 подают тором 19. сигнал коррекции. При разности тс м- 20 Результаты этих опытов представ" о ператур ниже 5 С вычислительное усг- лены в табл.2. ройство 20 изменяет управляющее воздействие на исполнительный механизм Из табл.2 видно, что предлагаемый

16 в направлении снижения расхода c ïîñîá регулирования позволяет при природного газа в реактор (через сме- 25 Разных темпеРатУРах зажиганиЯ каситель 2 и камеру 3 сгорания) . Если тализатора поддерживать Расход приразность температур выше 10 0 управ- Родного газа в РеактоР на оптимальном ляющее воздействие на исполнительный уровне, при котором объемная доля момеханиэм изменяют от направления уве- нооксиДа Углероца не выхоДит эа преличения расхода природного газа в делы от 0,03 до О,067, а объемная

30 реактор, доля оксидов азота — эа пределы от

Пример 1. Способ регулиро- О, 003 до 0 0057. вания по способу-прототипу и-;чкк трн- Средняя объемная доля оксидов руется приведенными в табл. 1 средними азота составила 0,004, средняя по всему производству показателями объемная доля монооксидов углерода работы агрегатов неконцентрированной

35 :с

Г, О Е, выброс монооксидов углерода азотной кислоты под давлением в атмосферу — 35 кг/ч; средний сумО, 176 МПа, марний расход природного газа в каСредний выброс монооксида углеро- меру сгоРаниЯ и РеактоР составил да в атмосферу одним агрегатом сос- 14! 5 нм /ч, а удельный расход природтавил 105 кг/ч.

40 ного газа — 98,2 нм /т азотной кисло J

Пример 2. На одном из аг- ты в пересчете на 100Х-ную HNQ . регатов неконцентрированной азотной Сопоставление этих данных с данкислоты под давлением 0,716 МПа про- ными примера 1 показало, что внедвели испытание схемы автоматического рение данного способа автоматическорегулирования процесса каталитичес—

45 го регулирования каталитической кой очистки отходящих газов от оксн- очистки отходящих газов от оксидов дов азота по предлагаемому способу. азота поэвог:ит уменьшить выброс в атВ узел конверсии аммиака подали мосферу токсичного монооксида углеро51300 нм /ч воздуха и 57QQ нм /ч ra- да по сРавнению с пРототипом в 3 Раза эообраэного аммиака. Степень конвер — 5О и удельный Расход природного газа на э сии аммиака в оксиды азота составила 24 нм /ч при сохранении объемной доли

94Х, температура газовой смеси на оксидов азота в очищенном газе на входе в камеру 3 сгорания (t ) уровне прототипа . о н

120 С, температура очищенного гээа о после реактора (Г„) — 715 С, соотно- 55Ф р м ул а и э о б р е т е н и я шение природного газа н воздуха в камеру сгорания 1:8,7, объемная доля оксидов азота в очищенном газе

1518295

Табл и ца 1

c„j ч, ИО"„Хо„", Со

Месяц

13,6

12,7

12,7

13,1

125,0 90,4

125,0 88,5

126,6 89,4

112,5 90,1

122,3 89,6

О, 090

0,127

0,140

О, 119

О, 119

0,0025

0,0066

0,0048

0,0049

0,0054

0,17

О, 12

0,18

О, 14

0,15

Январь

Any åëü

Июль

Октябрь

Среднее

Примечание

Ск с

ИО„и NO х

СО очистки отходящих газов в производстве неконцентрированной азотной кислоты, заключающийся в регулировании

1 расхода природного газа в реактор, температуры газовой смеси на входе в реактор изменением расхода природного газа в камеру сгорания реактора, соотношения расходов природного газа и воздуха в камеру сгорания реактора изменением расхода воздуха, температуры очищенных газов на выходе реактора изменением расхода добавочного воздуха в узел абсорбции н измерением температуры газовой смеси на входе в камеру сгорания реактора, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения удельного расхода природного газа н уменьвения выбросов в атмосФеру монооксида углерода, дополнительно измеряют максимальную разность температур в реакторе и регулируют расход природного газа ч реактор в зависимости от расходов природного газа и воздуха в камеру

5 сгорания реактора, температур газовой смеси на входе в камеру сгорания реактора, на входе и выходе реактора и максимальной разности температур в реакторе.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что сравнивают измеренное значение максимальной разности температур с верхним н нижним предельными значениями и при достижении измеренным значением максимальной разности температур верхнего предельного значения увеличивают расход природного газа в реактор, а при достижении измеренным значением максимальной разности температур нижнего предельного значения уменьюают расход природного гаэа в реактор. производительность агрегата, т/ч кислоты в пересчете на 100Х-ную азотную кислоту; средний удельный расход природного газа суммарно в камеру сгорания и реактор, нм /т (здесь и

3 далее все расходы указаны в нм при 20 С и

101,325 кПа); степень конверсии аммиака и монооксида азота; объемная доля оксидов азота соответственно в отходящем газе до смесителя 2 и в очищенном газе после реактора, Х, объемная доля монооксида углерода в очищенном газе, 7 °

1518295

Таблица 2

ht Ч А V . р V . NO СО

П р и м е ч а н и е . 5 t — разность температур наиболее горячей и наиболее холодной эон каталитического о слоя, С; — расход добавочного воздуха в узел абсорбции, нм /ч1

Чь кс расход воздуха в камеру сгорания нм /ч.

Остальные условные обозначения указаны в табл. ) Составитель Г.Огаджанов

Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Король

Редактор А.Маковская

Заказ 6559/27 Тираж 435 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,!01

550

5

8490 5820

6350 8020

6320 8040

6360 8000

5190 9040

360

670 0,005

920 0,005

925 0,004

918 О, 003

1040 0,004

0,04

0,03

0,05

0,06

0,06