Проектирование автоматической системы управления температурным режимом печи пиролиза П-101 установки получения технического водорода

Природный газ, поступающий в трубчатую печь, должен содержать не более 0,010 г/м3 соединений серы из-за опасности отравления никеля в катализаторе. Поэтому, при наличии большего количества серы, предусмотрена сероочистка исходного газа на катализаторе Д-49 по реакции:

ZnO + H2S = ZnS + H2O (1)

В основе катализатора сероочистки содержится окись цинка и окись меди. Процесс поглощения серн

истых соединений осуществляется при температуре 300-360оС, поэтому предварительно исходный газ проходит подогрев.

На стадии пиролиза сырья идут следующие основные реакции:

CH4 + H2O -----> CO + 3 H2 - 49 ккал/моль (2)

СH4 + CO2 -----> 2CO + 2 H2 - 59 ккал/моль (3)

CO + H2O -----> CO2 + H2 + 9,8 ккал/моль (4)

Необходимый для компенсации эндотермичности процесса подвод тепла осуществляется за счет сгорания топливного газа.

Очистка продуктов пиролиза (пирогаза) от двуокиси углерода раствором горячего поташа осуществляется в абсорбере (колонном аппарате) по реакции:

K2CO3 + CO2 + H2O -----> 2 KHCO3 (5)

Принятая двухступенчатая схема поташной очистки позволяет осуществить более полную очистку от двуокиси углерода, так как газ после предварительной грубой очистки в нижней части абсорбера проходит тонкую очистку в верхней части абсорбера, которая орошается раствором с более низкой температурой и большей степенью регенерации.

При регенерации поташного раствора путем снижения давления с 12 кгс/см2 до атмосферного, реакция (5) протекает в обратном направлении.

Подвод тепла для регенерации производится за счет подачи пирогаза с температурой 1800С в трубное пространство Т-103 и подачи острого пара в куб регенератора.

Более полная глубина очистки газа от двуокиси углерода достигается за счет добавки к раствору поташа диэтаноламина.

Добавка пятиокиси ванадия к раствору поташа снижает коррозионную активность раствора.

В процессе эксплуатации поташной очистки следует опасаться снижения температуры раствора ниже 40оС, что ведет к кристаллизации поташа и забивке аппаратуры и трубопроводов.

Для разделения пирогаза, прошедшего очистку от двуокиси углерода, на водород и смесь окиси углерода и водорода (синтез-газ) принят процесс мембранного разделения газов по технологии фирмы "Монсанто".

В процессе разделения использовано явление селективной проницаемости газовой смеси через полимерные волокнистые перегородки - мембраны. Водород и влага легко проходят через стенки волокон мембран из полости высокого давления в полость низкого давления. Метан, окись углерода проходят через волокна мембран с гораздо меньшей скоростью.

Таким образом, в результате различной проницаемости компонентов газовой смеси при многоступенчатом прохождении через мембраны происходит изменение состава смеси:

- уменьшается доля легкопроникающих компонентов;

- смесь обогащается труднопроникающими компонентами.

В итоге происходит разделение газовой смеси на водород и смесь окиси углерода и водорода.

Так как за цель автоматизации была принята печь пиролиза, то дадим описание технологической схемы пароуглекислотного пиролиза углеводородного сырья.

1.2 Описание технологической схемы паро-углекислотного пиролиза углеводородного сырья

Исходный газ (природный газ) поступает на установку с АГРС-1 и направляется через клапан регулятора давления поз.1304, электрозадвижку поз.1604 и клапан регулятора расхода поз.1205 на предварительный подогрев в подогреватель Т-100, расположенный в конвекционной части печи П-101. Нижнее и верхнее значения давления исходного газа поз.1304 сигнализируются.

В подогревателе Т-100 газ подогревается за счет тепла дымовых газов, выходящих из печи П-101.

Давление исходного газа перед Т-100 регистрируется прибором поз.1312. Температура исходного газа после подогревателя Т-100 регистрируется прибором поз.1022.

После подогрева исходный газ очищается от сернистых соединений в реакторе Р-100 и смешивается в смесителе С-1 с углекислым газом, предварительно подогретым в подогревателе Т-101 и перегретым в Т-303/2 водяным паром в весовом соотношении 1:0,5-3,5:2,0-3,5.

Температура в слое катализатора в реакторе Р-100 регистрируется прибором поз.1023.

Предусмотрена подача исходного газа в смеситель С-1, минуя Р-100, если содержание сернистых соединений в исходном газе не превышает нормы и исходный газ не нуждается в дополнительной очистке.

Парогазовая смесь поступает в два распределительных коллектора и далее в реакционные трубы печи П-101,заполненные катализатором К-87 (ГИАП-8, ГИАП-16, К-905). В трубах печи П-101 на катализаторе осуществляется процесс пиролиза углеводородов за счет тепла сгорания топливного газа.

Температура стенок реакционных труб печи замеряется пирометром "Проминь".

Для активизации катализатора предусмотрена возможность подачи в исходный газ 99% водорода от секции TV-3 компрессора В-102 (В-102р) через клапан регулятора давления поз.5445 и клапан регулятора расхода поз.1221.

Для предупреждения образования в факельной системе взрывоопасной смеси предусмотрена непрерывная подача продувочного (природного) газа. Природный газ через клапан регулятора давления поз.1305 и клапан регулятора расхода поз.1202 подается в трубопровод факела 0,5 кгс/см2. В случае прекращения подачи природного газа срабатывает блокировка, открывается отсекающий клапан поз.1610 и обеспечивается подача азота.

Давление в трубопроводе факела 0,5 кгс/см2 регистрируется прибором поз.1348. Давление в трубопроводе подпора факела 0,5 кгс/см2 регистрируется прибором поз.1346.

Часть природного газа после клапана регулятора давления поз.1305 подается для подогрева в теплообменники Т-104/1,3 и далее через электрозадвижку поз.1609 поступает на горелки печи П-101. Расход топливного газа регистрируется прибором поз.1203.

Давление топливного газа на входе в печь П-101 поддерживается автоматически клапаном регулятора поз.1344, сигнализируется и блокируется по минимальному значению. Расход топливного газа на каждую сторону печи регистрируется приборами поз.1216-1219 и сигнализируется по минимальному значению.

Разрежение дымовых газов под сводом печи регистрируется приборами поз.1314,1315.

Дымовые газы из радиантной части печи поступают в конвекционную часть, со встроенными в нее змеевиками подогревателей, для подогрева газов, воды, получения и перегрева пара (Т-100, Т-101, Т-300, Т-301, Т-302 и Т-303/1,2), отсасываются дымососами В-104/1,2 и сбрасываются через дымовую трубу в атмосферу.

Температура дымовых газов перед дымососами В-104/1,2 регистрируется приборами поз.1090-1093. Разрежение дымовых газов перед дымососами регистрируется прибором поз.1341 с блокировкой и сигнализацией по минимальному значению. Содержание кислорода в дымовых газах на входе в конвекционную часть печи определяется автоматическим поточным анализатором поз.1500. Газ пиролиза из реакционных труб печи П-101 проходит охлаждающие коллекторы-холодильники Т-102a-f, где охлаждается котловой водой, поступающей из Е-300, и направляется в испаритель Е-100. Температура пирогаза после печи П-101 регистрируется приборами поз.1053-1064.Температура пирогаза на выходе из охлаждающих коллекторов Т-102a-f регистрируется приборами поз.1030-1035, давление - прибором поз.1352. Для снижения температуры пирогаза, поступающего в испаритель Е-100, предусмотрен впрыск питательной воды в трубопровод пирогаза после Т-102a-f.

 Скачать реферат