способ управления контактным аппаратом сернокислого производства

Формула изобретения

Способ управления аппаратом сернокислого производства, по которому стабилизируют температуру газа на входе в первый слой катализатора с помощью регулятора путем байпасирования холодного газа мимо выносного теплообменника, корректируют задание этому регулятору основным регулятором по температуре, измеряемой термопарой, установленной на высоте 1/3 - 1/4 от входа в слой, уточняют задание регулятором по температуре газа на выходе из слоя, отличающийся тем, что дополнительно измеряют скорость протекания реакции окисления SO₂ в SO₃ у входа в первый слой катализатора по величине динамического эффекта каталитической реакции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам управления каталитическими гетерогенными химическими реакциями и может быть использовано в производстве серной кислоты, получаемой окислением диоксида серы.

Известен способ управления контактными аппаратами при производстве серной кислоты, в котором измеряют расход и температуру перерабатываемого газа, а также концентрацию сернистого ангидрида в нем. Управляющие воздействия формируют в зависимости от значений этих параметров [Патент РФ N 1265139, кл. C 01 B 17/6, 23.10.86)

Недостатком способа является инерционность и значительная погрешность системы управления, что ведет к уменьшению производительности и выходу сернистого газа в окружающую среду.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления контактным аппаратом, по которому для обеспечения устойчивой работы аппарата стабилизируют температуру газа на входе в первый слой катализатора с помощью регулятора путем байпасирования холодного газа мимо выносного теплообменника. Задание этому регулятору корректируется основным регулятором по температуре, измеряемой термопарой, которая установлена на высоте 1/3- 1/4 от входа в слой и уточняется регулятором по температуре газа на выходе из слоя [А.Г. Амелин. Технология серной кислоты. -М.: Химия, 1983, с. 299-303].

Недостатком этого способа является его инерционность, низкая чувствительность слежения за изменением концентрации диоксида серы, в результате чего в отдельные промежутки времени режим работы контактного аппарата может оказаться не оптимальным, что означает понижение степени контактирования и увеличение выброса сернистого газа в атмосферу с вредными экологическими последствиями.

Задача, которую решает изобретение, состоит в увеличении чувствительности и быстродействия системы управления работой контактного аппарата при колебаниях концентрации диоксида серы и нарушении температурного режима, с целью увеличения выхода продукта каталитической реакции и уменьшения экологического загрязнения атмосферы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления аппаратом сернокислого производства, по которому стабилизируют температуру газа на входе в первый слой катализатора с помощью регулятора путем байпасирования холодного газа мимо выносного теплообменника, корректируют задание этому регулятору основным регулятором по температуре, измеряемой термопарой, установленной на высоте 1/3 - 1/4 от входа в слой, уточняют задание регулятором по температуре газа на выходе из слоя, дополнительно измеряют скорость протекания реакции окисления SO₂ в SO₃ у входа в первый слой катализатора по величине динамического эффекта каталитической реакции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема установки для осуществления управления контактным аппаратом по предлагаемому способу.

Блок-схема содержит контактный аппарат 1, катализатор 2, термопары 3, 4, 5, регуляторы температуры 6, 7, 8, датчик динамического эффекта реакции (ДЭР) 9, преобразователь 10, заслонку 11.

Способ осуществляют следующим образом. Контролируют температуру газа на входе в первый слой катализатора термопарой 3, на высоте 1/3-1/4 от входа в первый слой термопарой 4, и на выходе из слоя термопарой 5. При изменении концентрации SO₂ на входе в аппарат в первую очередь изменяется температура газа на выходе из слоя. В результате чего регулятор 8 корректирует задание регулятору 7, который изменит задание регулятору 6. Последний формирует сигнал на заслонку 11 для изменения температуры газа на вход в аппарат. Такое регулирование температуры происходит до тех пор, пока степень превращения вещества, а соответственно и скорость реакции окисления SO₂ не достигает расчетного оптимального значения для первого слоя катализатора, что и фиксируется датчиком ДЭР 9. С этого момента контролируют скорость химической реакции окисления по контуру, состоящему из датчика ДЭР 9, преобразователя 10, преобразователя 6 и заслонки 11, обеспечивая при этом безинерционный контроль за малейшими колебаниями концентрации диоксида серы. При изменении концентрации SO₂ на входе в контактный аппарат датчик ДЭР 9 фиксирует изменение скорости окисления диоксида серы. Преобразователь 10 воздействует на регулятор 6, который, в свою очередь, формирует управляющий сигнал для управления заслонкой 11 и для изменения температуры газа на входе в реактор. При этом сигнал датчика 9 пропорционален скорости реакции окисления в соответствии с выражением (см. "Поверхность" 1993. N 11. c. 122):

f₀ = P_r - P = GJ, (1)

где J - скорость химической каталитической реакции;

f₀ - динамический эффект каталитической реакции;

P_r - давление газа на поверхность катализатора;

P - давление газа на стенки реактора;

G - коэффициент, зависящий от импульсов молекул реагирующих веществ и продуктов реакции.

Оцениваем величину динамического эффекта реакции окисления SO₂, возникающего при производстве серной кислоты контактным методом, при температуре газовой смеси на входе в первый слой контактной массы: T = 400^oC, давлении газовой смеси: P = 10⁵ Па и содержании SO₂: 7%.

Подставляя приведенные данные в выражения (1) и учитывая, что реакция окисления протекает в соответствии с уравнением: 2SO₂ + O₂ = 2SO₃3, получаем следующее значение динамического эффекта: f₀ = -0,824 10² Па.

При изменении концентрации SO₂ на 0,01% от номинального приращение динамического эффекта составит f₀ = 1,2 Па. Данное отклонение регистрируют с помощью различных датчиков силы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность и быстродействие системы управления работой контактного аппарата при колебаниях концентрации диоксида серы и нарушении температурного режима, с целью увеличения выхода продукта каталитической реакции и уменьшения экологического загрязнения атмосферы.