Спосіб автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу

Реферат: Спосіб автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу включає контроль тиску палива, регулювання температури на виході з реакційної зони зміною подачі до неї палива, а також коригуванням витрати сировини на вході до реакційної зони. Розраховують залежність температури по довжині реакційної зони, а коригування витрати сировини на вході до реакційної зони здійснюють залежно від максимального значення розрахованої температури. UA 99810 U (12) UA 99810 U UA 99810 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів автоматичного керування режимами роботи процесів каталітичної конверсії метану в печі риформінгу для отримання синтез-газу та може бути використана в хімічній і нафтохімічній промисловості. Відомі дослідження хвильового характеру розподілу температури вздовж реакційної зони в разі зміни витрати сировини на вході до реакційної зони [Mahiout S., Brull L., Stracke H. Modellgestijtzte prozebfuhrung von barch-reaktoren //Chem.-Ing.-Tech. -1992. Bd 64, N 3. - S. 269297], можливості використання температурного профілю вздовж реакційної зони для підтримки постійного коефіцієнта конверсії [Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. - М: Мир, 1995. - С. 375-393] та експериментальні роботи стосовно можливості підтримки постійного коефіцієнта конверсії за рахунок стратегії вибору послідовності витрати сировини на вході до реакційної зони [Keiski R.L., Salmi Т., Pohjola J. Development and verification of a simulation model for nonisothermal water-gas shift reactor //Chem. Eng. J. -1992. Vol. 48, N 1. - P. 17-29]. Відомий спосіб автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу, що включає регулювання температури на виході з реакційної зони зміною подачі до неї палива, а також витрати димових газів на виході з печі за рахунок регулювання перепаду тиску димових газів залежно від витраті палива та сировини вході до реакційної зони [а.с. № 647335 СРСР, МПК2 C10G 9/20, G05D 27/00, заявл. 23.05.1977, опубл. 15.02.1979]. Зазначений спосіб надає можливість підтримувати заданий температурний режим на виході з реакційної зони, але він не може врахувати хвильового характеру зміни температури вздовж реакційної зони (тобто наявність екстремуму) у разі зміни витрати сировини на вході до реакційної зони. Це може призвести до локального перевищення температури каталізатора понад допустиме значення та втрати ним реакційної здатності. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого технічного рішення є спосіб автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу, що включає контроль тиску палива, регулювання температури на виході з реакційної зони зміною подачі до неї палива, а також коригуванням витрати сировини на вході до реакційної зони [а.с. № 779382 СРСР, МПК3 C10G 9/20, G05D 27/00, заявл. 12.12.1978, опубл. 15.11.1980]. Як і аналог, що розглянуто, зазначений спосіб не може забезпечити врахування хвильового характеру зміни температури вздовж реакційної зони, що може призвести до локального перевищення температури понад допустиме значення та втрати каталізатором його реакційної здатності. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу, у якому нова реалізація способу забезпечує врахування хвильового характеру зміни температури вздовж реакційної зони, а отже й досягнення температурою небезпечного значення, за якого каталізатор втрачає його реакційну здатність, що істотно підвищує надійність та ефективність проведення процесу риформінгу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу, що включає контроль тиску палива, регулювання температури на виході з реакційної зони зміною подачі до неї палива, а також коригуванням витрати сировини на вході до реакційної зони, згідно з пропонованою корисною моделлю, новим є те, що розраховують залежність температури по довжині реакційної зони, а коригування витрати сировини на вході до реакційної зони здійснюють залежно від максимального значення розрахованої температури. Реалізація пропонованого способу із зазначеними ознаками забезпечує автоматичне керування температурним режимом печі риформінгу за рахунок підвищення ефективності роботи печі в режимах широкого діапазону зміни трати сировини на вході до реакційної зони шляхом нівелювання хвильоподібного розповсюдження температурного екстремуму вздовж реакційної зони, що вирішується обмеженням разової зміни та часовою витримкою витрати сировини до того значення, що формує температурну хвилю з екстремумом нижче за небезпечний. Загальнийперехід на нову витрату пропонується здійснювати послідовно з покроковою витримкою в часі найбільшої можливої на час розрахунку безпечної витрати сировини до моменту проходження температурної хвилі та стабілізації температурного поля в прошарку каталізатора. Для вирішення задачі в пропонованому способі пропонується використовувати функцію виду  i j   i1  F, , Yi  f   Ti , Tj ,P,Pi ,Fзав ,Fв им, Tмакс , j  1,N   , 1 UA 99810 U 5 де F - розрахунковий сигнал найбільшої на час розрахунку безпечної витрати сировини до моменту проходження температурної хвилі та стабілізації температурного поля в шарі каталізатора;  - час витримки розрахункового сигналу витрати сировини; Yi - сигнал витрат палива у кожну з зон підігріву; Ti - температура в і-й точці контролю вздовж реакційної зони; Tj - кінцева температура готового продукту; P - тиск палива в точці розподілу палива (вважається постійним); Pi - тиск у кожному ярусі зон підігріву (вважається постійним); 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Fзав - завдання для нового режиму витрат сировини; Fв им - витрати сировини на час контролю; Tмакс - небезпечний екстремум (температурний максимум) для застосовуваного каталізатора; N - стала, що дорівнює кількості зон обігріву. Для розрахунку керуючих дій за цією функцією крім значень тиску палива та температур реакційної суміші в контрольних точках та зонах прогріву, які використовуються при реалізації способу відповідно до найближчого аналога, пропонується додати зв'язок з об'єктом, що надає інформацію про температуру сировини, витрати сировини та завдання по витраті сировини, яке необхідно досягти. Використання запропонованої функції надає можливість керувати температурою за рахунок зміни витрат палива з корегуванням зміни витрати сировини залежно від її температури та значення температурного екстремуму, який може бути досягнуто вздовж реакційної зони в разі зміни витрати сировини. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: на Фіг. 1 - блок-схему пристрою, що реалізує пропонований спосіб; на Фіг. 2 - динаміку температури по довжині реакційної зони печі (L - координата точки визначення температури реакційної зони печі відносно входу до цієї зони, м). Пристрій, який реалізує пропонований спосіб (Фіг. 1) містить: 1 - термопару виміру кінцевої температури продукту на виході з печі; 2 - датчики виміру температури продукту в зонах обігріву вздовж реакційної зони печі риформінгу; 3 - термопару виміру температури витрат сировини; 4 датчик тиску палива в точці розподілу; 5 - датчики тиску палива до зон обігріву; 6 - витратомір сировини; 7 - розрахунковий пристрій витрат сировини та часу витримки розрахованого значення витрат; 8 - регулятор тиску палива в зоні розподілу по зонах; 9 - регулювальний клапан витрат сировини; 10 - регулювальний клапан витрат палива в точці розподілу; 11 регулювальні клапани витрат палива в зонах обігріву. Спосіб автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу реалізується в такій послідовності. Температуру готового продукту контролюють термопарою 1 і регулюють за допомогою регулятора 8 та регулювального клапана 10. Тиск палива в точці його розподілу по зонах нагріву контролюють датчиком 4 та цей сигнал подають на обробку до пристрою 7, до якого також надходять сигнали від датчиків контролю температурного поля уздовж реакційної зони 2 та датчиків тиску палива 5 у кожну зону і завдання на зміну витрати сировини (навантаження). Температуру потоку сировини контролюють за допомогою термопари 3, витрати потоку сировини контролюють за допомогою витратоміра 6; ці параметри також надходять на обробку пристрою 7. Результатами розрахунку пристрою 7 є: а) керуючі сигнали обсягу витрат сировини F з метою досягнення безпечного екстремуму температурної хвилі та часова витримка τ розрахованої витрати сировини з метою проходження температурної хвилі вздовж реакційної зони та стабілізації температурного поля. Ці керуючі сигнали реалізуються за допомогою регулюючого клапана 9; б) розрахунок керуючих сигналів витрат палива F, у кожну із зон підігріву, які реалізуються за допомогою регулювальних клапанів 11. Сигнал розрахованого обсягу сировини надходить також на регулятор 3 з метою корегування витрат палива в точці розподілу за допомогою регулювального клапана 10 та реалізації оптимального температурного профілю клапанами 11. Динаміку температури по довжині реакційної зони печі зображено на Фіг. 2, з якої видно, що потрібно враховувати розподіл температури вздовж всієї реакційної зони (через наявність екстремуму), а не лише на виході з неї. 2 UA 99810 U Пропонований спосіб істотно підвищить надійність роботи печі та термін служби каталізатора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб автоматичного керування температурним режимом печі риформінгу, що включає контроль тиску палива, регулювання температури на виході з реакційної зони зміною подачі до неї палива, а також коригуванням витрати сировини на вході до реакційної зони, який відрізняється тим, що розраховують залежність температури по довжині реакційної зони, а коригування витрати сировини на вході до реакційної зони здійснюють залежно від максимального значення розрахованої температури. 3 UA 99810 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4