УПРАВЛЕНИЕ УСТАНОВКОЙ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ОТХОДОВ
CONTROL OF A PLANT FOR BURNING GASEOUS WASTES

[0001] Предложен способ управления установкой для сжигания газообразных отходов. Более конкретно, способ предусматривает сокращение до минимума количества газообразного топлива, используемого в установке для сжигания газообразных отходов абсорбера, и регулирование выбросов из установки для сжигания.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
[0002] Акрилонитрил получают способом аммоксидирования, согласно которому воздух, аммиак и пропилен реагируют в присутствии катализатора в реакторе с псевдоожиженным слоем, образуя выходящий из реактора парообразный поток. Выходящий из реактора парообразный поток затем пропускают в закалочную систему, в которой с выходящим из реактора потоком вступает в непосредственный контакт водная закалочная жидкость, обычно вода. Эта закалка устраняет непрореагировавший аммиак и тяжелые полимеры. Закаленные газы затем направляют в абсорбционную колонну. В абсорбере с газами вступает в непосредственный контакт жидкость, также обычно вода. Воду, акрилонитрил, ацетонитрил, HCN и соответствующие примеси выводят из нижней части абсорбера в водном растворе. Газы выводят из верхней части абсорбера. Газы, выводимые из верхней части абсорбера, направляют в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера (УСГОА).
2
[0003] Установку для сжигания газообразных отходов абсорбера (УСГОА) используют в процессе получения акрилонитрила, чтобы сжигать поток неабсорбированных газов, содержащий непрореагировавшие углеводороды и небольшое количество акрилонитрила. УСГОА содержит секцию утилизации тепла, которая производит пар высокого давления, используемый в других частях процесса получения акрилонитрила. Воздух и газообразное топливо используют в УСГОА, чтобы сжигать газообразные отходы абсорбера при высокой температуре. Основные регулируемые параметры УСГОА представляют собой температура установки для сжигания и содержание О в топочном газе. Жесткое регулирование двух указанных параметров является предпочтительным с точки зрения контроля выбросов. Эта цель регулирования является желательной не только в ходе нормальной эксплуатации, но также в ходе изменения скорости, а также при изменении чистоты пропилена.
[0004] В управлении по прогностической модели (УПМ), также известном как усовершенствованный технологический контроль (УТК), используют технологическую модель, чтобы прогнозировать будущее развитие процесса, а затем осуществляют оптимизированное действие по управлению, чтобы препятствовать отклонению процесса от желательной цели. Наряду с регулированием процесса, УПМ также обеспечивает проведение процесса в наиболее «экономичных» условиях посредством регулирования основных технологических параметров.
Сущность изобретения
2
[0005] Способ предусматривает сокращение до минимума количества газообразного топлива, используемого в установке для сжигания газообразных отходов абсорбера, и улучшение контроля выбросов. Способ предусматривает уменьшение отклонения температуры в топке установки для сжигания газообразных отходов абсорбера и уменьшение отклонения количества кислорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера. Уменьшение стандартных отклонений температуры в топке установки для сжигания газообразных отходов абсорбера и количества кислорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера обеспечивает уменьшение расхода газообразного топлива и более жесткий контроль экологических параметров. Указанные цели контроля достигаются в ходе нормальной эксплуатации, а также в ходе изменения скорости и при изменении чистоты пропилена. Способ неожиданно обеспечивает регулирование температуры УСГОА и содержания О в топочном газе УСГОА посредством определения количества углеводорода в потоке исходных веществ в реактор и скорости подачи потока исходных веществ в реактор.
[0006] Способ предусматривает измерение скорости подачи исходных веществ в реактор аммоксидирования и чистоты углеводорода, поступающего в реактор. Согласно способу скорость подачи исходных веществ в реактор и чистота углеводорода влияют на величину потока газообразного топлива и потока воздуха в установку для сжигания газообразных отходов. Согласно важному аспекту оператор может прогнозировать эксплуатационные характеристики установки для сжигания газообразных отходов на основании известной скорости подачи исходных веществ в реактор и чистоты углеводорода и затем осуществлять управление в целях сокращения до минимума отклонения температуры УСГОА и содержания кислорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов.
x
[0007] Согласно способу управления установкой для сжигания газообразных отходов вводят поток реагентов в реактор аммоксидирования; определяют количество углеводорода в потоке реагентов и определяют скорость введения потока реагентов; направляют выходящий из реактора поток из реактора аммоксидирования в абсорбер; подают газообразные отходы абсорбера из абсорбера в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера и подают газообразное топливо и воздух в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера. Газообразные отходы абсорбера, газообразное топливо и воздух подают в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера в количествах, обеспечивающих приблизительно 6 кг или менее NO в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера на тонну акрилонитрила, получаемого в установке, и приблизительно 3,5 кг или менее не являющегося метаном углеводорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера на тонну акрилонитрила, получаемого в установке.
[0008] Согласно способу управления установкой для сжигания газообразных отходов вводят поток реагентов в реактор аммоксидирования; определяют количество углеводорода в потоке реагентов и определяют скорость введения потока реагентов; направляют выходящий из реактора поток из реактора аммоксидирования в абсорбер; подают газообразные отходы абсорбера из абсорбера в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера и подают газообразное топливо и воздух в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера. Согласно одному аспекту газообразные отходы абсорбера, газообразное топливо и воздух подают в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера в количествах, обеспечивающих температуру в установке для сжигания газообразных отходов в пределах приблизительно 10°F (5°С) от заданного уровня температуры установки для сжигания газообразных отходов.
[0009] Согласно другому аспекту способа управления установкой для сжигания газообразных отходов вводят поток реагентов в реактор аммоксидирования; определяют количество углеводорода в потоке реагентов и определяют скорость введения потока реагентов; направляют выходящий из реактора поток из реактора аммоксидирования в абсорбер; подают газообразные отходы абсорбера из абсорбера в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера и подают газообразное топливо и воздух в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера. Согласно одному аспекту в набор манипулируемых параметров включены поток газообразного топлива в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера и поток воздуха в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера, и в набор контролируемых параметров включены количество кислорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера и температура установки для сжигания газообразных отходов абсорбера. Способ предусматривает регулирование по меньшей мере одного набора контролируемых параметров посредством регулирования манипулируемых параметров. Согласно этому аспекту манипулируемые параметры изменяют на основании упреждающих параметров.
Краткое описание чертежей
[0010] Перечисленные выше и другие аспекты, признаки и преимущества нескольких аспектов способа становятся более понятными из следующих фигур.
[0011] На фиг. 1 проиллюстрирован способ аммоксидирования.
[0012] На фиг. 2 представлено более подробное изображение УСГОА.
[0013] Одинаковые условные обозначения определяют соответствующие компоненты на всех изображениях фигур. Специалисты в данной области техники понимают, что элементы на фигурах проиллюстрированы для простоты и ясности и не должны обязательно соответствовать правильному масштабу. Например, размеры некоторых элементов на фигурах могут быть преувеличены по отношению к другим элементам, чтобы способствовать улучшению понимания разнообразных аспектов. Кроме того, обычные, но хорошо известные элементы, которые являются полезными или необходимыми в экономически целесообразном аспекте, часто не представлены для упрощения и меньшего затруднения наблюдения указанных разнообразных аспектов.
Подробное описание изобретения
[0014] Приведенное ниже описание следует воспринимать не в ограничительном смысле, но исключительно для цели представления общих принципов примерных вариантов осуществления. Объем настоящего изобретения следует определять со ссылкой на формулу изобретения.
Способ аммоксидирования
[0015] На фиг. 1 представлена технологическая блок-схема способа аммоксидирования. Как представлено на чертеже, способ предусматривает реактор 10, закалочный резервуар 20, необязательный выпускной компрессор 30 и абсорбер 40. Аммиак в потоке 1 и исходный углеводород (НС) в потоке 2 можно подавать как объединенный поток 3 в реактор 10. Поток 2 исходного НС может содержать углеводород, выбранный из группы, состоящей из пропана, пропилена, изобутена, изобутилена и их комбинаций. Согласно одному аспекту углеводород представляет собой, главным образом, пропилен. Катализатор (не представленный на фиг. 1) может присутствовать в реакторе 10. Кислородсодержащий газ можно подавать в реактор 10. Например, воздух можно сжимать, используя воздушный компрессор (не представленный на фиг. 1), и подавать в реактор 10.
[0016] Акрилонитрил получают в реакторе 10 посредством реакции углеводорода, аммиака и кислорода в присутствии катализатора в реакторе 10. Поток, который содержит акрилонитрил, может выходить из верхней части реактора 10 как выходящий из реактора поток 4. Выходящий из реактора поток 4, который содержит акрилонитрил, полученный в реакторе 10, можно направлять через трубопровод 11 в закалочный резервуар 20.
[0017] В закалочном резервуаре 20, выходящий из реактора поток 4 можно охлаждать посредством контакта с закалочным водным потоком 5, поступающим в закалочный резервуар 20 через трубопровод 12. Закалочный водный поток 5 может содержать кислоту помимо воды. Охлажденный выходящий из реактора поток, который содержит акрилонитрил (включая сопутствующие продукты, такие как ацетонитрил, цианистый водород и примеси), можно затем направлять как закаленный поток 6 в выпускной компрессор 30 через трубопровод 13.
[0018] Закаленный поток 6 может сжиматься посредством выпускного компрессора 30 и выходить из выпускного компрессора 30 как выходящий из компрессора поток 7. Способ может предусматривать эксплуатацию без компрессора. Выходящий из компрессора поток 7 можно направлять в нижнюю часть абсорбера 40 через трубопровод 14. В абсорбере 40 акрилонитрил может абсорбироваться во втором или абсорбционном водном потоке 8, который поступает в верхнюю часть абсорбера 40 через трубопровод 15. Водный поток или обогащенный водный поток 18, который содержит акрилонитрил и другие сопутствующие продукты, можно затем направлять из абсорбера 40 через трубопровод 19 в колонну выделения (не представленную на фиг. 1) для дальнейшей очистки продукта. Неабсорбированный выходящий поток 9 выходит из верхней части абсорбционной колонны 40 через трубу 16. Неабсорбированный выходящий поток или выходящий из абсорбера поток 9 может содержать газообразные отходы, который можно сжигать в установке для сжигания газообразных отходов абсорбера 21 (УСГОА) или в окислителе газообразных отходов абсорбера (ОГОА).
Эксплуатация УСГОА
[0019] Более подробное изображение УСГОА 21 проиллюстрировано на фиг. 2. Как представлено на фиг. 2, выходящий из абсорбера поток 9, газообразное топливо 120 и воздух 125 поступают в УСГОА 21. выходящий из УСГОА поток газа 130 направляют в дымовую трубу 150 УСГОА.
x
[0020] Требования природоохранных разрешений могут определять параметры эксплуатации УСГОА. Например, требования природоохранных разрешений могут определять содержание ниже установленного уровня NO, не являющегося метаном углеводорода и/или СО в топочном газе УСГОА в процессе эксплуатации. Наблюдение за содержанием каждого из указанных соединений в топочном газе УСГОА осуществляют способами, известными в технике. В способе может быть предусмотрена система непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ). Природоохранные требования не предусматривают непосредственный контроль эксплуатации УСГОА, но способствуют определению условий эксплуатации и заданных значений, необходимых для выполнения природоохранных требований.
x
x
x
x
x
x
[0021] Согласно одному аспекту способ предусматривает эксплуатацию УСГОА в целях контроля содержания NO в топочном газе УСГОА. Согласно этому аспекту способ предусматривает введение выходящего из абсорбера потока, газообразного топлива и воздуха в УСГОА в количествах, обеспечивающих приблизительно 6 кг или менее NO на тонну акрилонитрила, получаемого в установке, согласно другому аспекту приблизительно 5 кг или менее NO, согласно другому аспекту приблизительно 4 кг или менее NO и согласно другому аспекту приблизительно 3 кг или менее NO на тонну акрилонитрила, получаемого в установке. Согласно этому аспекту способ предусматривает измерение NO в топочном газе УСГОА.
[0022] Согласно другому аспекту способ предусматривает эксплуатацию УСГОА в целях контроля не являющегося метаном углеводорода (НМУВ) в топочном газе УСГОА. Согласно этому аспекту НМУВ содержит, главным образом, пропан, акрилонитрил, ацетонитрил и пропилен. Согласно этому аспекту способ предусматривает введение выходящего из абсорбера потока, газообразного топлива и воздуха в УСГОА в количествах, обеспечивающих приблизительно 3,5 кг или менее НМУВ на тонну акрилонитрила, получаемого в установке, согласно другому аспекту приблизительно 3 кг или менее НМУВ, согласно другому аспекту приблизительно 2,5 кг или менее НМУВ и согласно другому аспекту приблизительно 2 кг или менее НМУВ на тонну акрилонитрила, получаемого в установке. Согласно этому аспекту способ предусматривает измерение NMHC в топочном газе УСГОА.
[0023] Согласно другому аспекту способ предусматривает эксплуатацию УСГОА в целях контроля СО в топочном газе УСГОА. Согласно этому аспекту способ предусматривает введение выходящего из абсорбера потока, газообразного топлива и воздуха в УСГОА в количествах, обеспечивающих приблизительно 3,5 кг или менее СО на тонну акрилонитрила, получаемого в установке, согласно другому аспекту приблизительно 3 кг или менее СО, согласно другому аспекту приблизительно 2,5 кг или менее СО и согласно другому аспекту приблизительно 2,0 кг или менее СО на тонну акрилонитрила, получаемого в установке. Согласно этому аспекту способ предусматривает измерение СО в топочном газе УСГОА.
x
[0024] Согласно одному аспекту способ предусматривает введение выходящего из абсорбера поток из абсорбера в УСГОА 21 и подачу газообразного топлива 120 и воздуха 125 в УСГОА 21. Выходящий из абсорбера поток, газообразное топливо и воздух подают в УСГОА в количествах, обеспечивающих температуру в УСГОА в пределах приблизительно 10°F (5°С) от заданного уровня температуры УСГОА посредством изменения скорости подачи газообразного топлива и согласно другому аспекту в пределах приблизительно 5°F (2,5°С) от заданного уровня температуры УСГОА. Согласно этому аспекту температуру измеряют внутри УСГОА 21. Способ может предусматривать разнообразные известные конфигурации теплообменников. Согласно одному аспекту заданный уровень температуры в установке для сжигания газообразных отходов абсорбера представляет собой минимальную температуру, необходимую для достижения менее установленного содержания NO, не являющегося метаном углеводорода и/или СО в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера, предпочтительно это минимальная температура, необходимая для достижения менее установленного содержания каждого из указанных вещество.
[0025] Согласно одному аспекту газообразные отходы абсорбера содержат непрореагировавший пропилен. Реактор содержит системы управления и отключения, предотвращающие поступление в УСГОА пропилена на взрывоопасных уровнях. Согласно этому аспекту системы управления температурой и отключения реактора обнаруживают снижение реакционной способности и предотвращение избыточного поступления пропилена в УСГОА.
[0026] Согласно другому аспекту способ предусматривает регулирование содержания кислорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера, в частности, посредством изменения потока воздуха 125, поступающего в УСГОА. Согласно этому аспекту содержание кислорода в топочном газе установки для сжигания газообразных отходов абсорбера составляет приблизительно 5 об. % или менее, согласно другому аспекту приблизительно 3,5 об. % или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 3 об. % или менее, следующему аспекту приблизительно 2,5 об. % или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 2 об. % или менее и согласно следующему аспекту по меньшей мере приблизительно 1 об. % или менее. Содержание кислорода измеряют в дымовой трубе 150 УСГОА.
[0027] Согласно другому аспекту способ предусматривает суммарное технологическое извлечение акрилонитрила от приблизительно 95 до приблизительно 97%. Соответствующая эффективность закалки и абсорбции составляет более чем приблизительно 99%. Согласно этому аспекту поддерживают соотношение газообразного топлива, поступающего в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера, и получаемого акрилонитрила в диапазоне от приблизительно 3,3:1 тысяч стандартных кубических метров на тонну акрилонитрила (ТСКФ/т) до приблизительно 3,8:1 ТСКФ/т и согласно другому аспекту от приблизительно 3,4:1 ТСКФ/т до приблизительно 3,7:1 ТСКФ/т. Согласно родственному аспекту поддерживают соотношение воздуха, поступающего в установку для сжигания газообразных отходов абсорбера, и получаемого акрилонитрила в диапазоне от приблизительно 1,7:1 тысяч стандартных кубических метров в минуту на тонну акрилонитрила в час (ТСКФМ/т/ч АН) до приблизительно 1,9:1 ТСКФМ/т/ч АН.
2
[0028] Реактор с псевдоожиженным слоем занимает центральное место в установке синтеза акрилонитрила. Предпочтительно обеспечивают оптимизацию эффективности реактора (в том числе в отношении степени превращения реагентов и потерь катализатора) при одновременном увеличении удельной производительности реактора. Неправильная эксплуатация реактора могла бы значительно воздействовать на эффективность, надежность или производительность всей установки синтеза акрилонитрила и в крайнем случае приводить к прекращению производства. Работа и эффективность псевдоожиженного слоя проявляют высокую чувствительность к конкретным выбранным условиям эксплуатации, и производители с большой осторожностью изменяют эти условия. Когда изменяются условия эксплуатации псевдоожиженного слоем (например, давление в реакторе, скорость газа в реакторе, высота слоя, соотношение падения давления в слое и падения давления в змеевике и т.д.), и изменяются параметры катализатора (размер частиц, распределение частиц по размеру, содержание мелких частиц, характеристики истирания), могут также изменяться эксплуатационные характеристики катализатора и связанные с ним производительность и эффективность. В способе аммоксидирования аммиак, кислород и углеводород, выбранный из группы, которую составляют пропан, пропилен, изобутан и изобутилен и их сочетания, реагируют в присутствии катализатора при абсолютном давлении, составляющем приблизительно 140 кПа или менее, и скорости от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,2 м/с с образованием выходящего из реактора потока. Когда используют катализатор, имеющий средний диаметр частиц, составляющий приблизительно от 10 до 100 мкм, и распределение частиц по размеру, в котором размер приблизительно от 0 до 30 мас. % частиц составляет более чем приблизительно 90 мкм, и размер приблизительно от 30 до 50 мас. % составляет менее чем 45 мкм, скорость псевдоожижения (в расчете на объемную скорость выходящего потока и площадь поперечного сечения (ППС) реактора, исключая площадь охлаждающих змеевиков и опускных труб) может составлять вплоть до 1,2 м/с, предпочтительно от 0,55 до 0,85 м/с. Даже вплоть до указанных скоростей обнаружена возможность эксплуатации с приемлемыми потерями катализатора, когда реактор работает при давлении в верхней части от приблизительно 0,50 до приблизительно 0,58 кг/см и/или при падении давления в циклонах, составляющем 15 кПа или менее, и превышение уровня отделения мелких частиц превышает над верхним уровнем псевдоожиженного слоя составляет от приблизительно 5,5 до приблизительно 7,5 м. Это создает потенциал для повышения производительности в расчете на единицу объема реактора (от касательной до касательной) от 0,005 до 0,015 метрических тонн в час на кубический метр объема реактора, согласно другому аспекту от приблизительно 0,0075 до приблизительно 0,0125 и согласно следующему аспекту от приблизительно 0,009 до приблизительно 0,01 метрических тонн в час на кубический метр объема реактора.
2
2
[0029] Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию или реакцию углеводорода в реакторе, где объемная скорость выходящего потока составляет от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,05 м/с (в расчете на объемную скорость выходящего потока и площадь поперечного сечения (ППС) реактора, исключая площадь охлаждающих змеевиков и опускных труб, т.е. приблизительно 90% открытой ППС). Была обнаружена возможность конструкции и эксплуатации системы реактора с использованием этой скорости при одновременном достижении хороших параметров псевдоожижения/эксплуатационных характеристик катализатора и обоснованного увлечения катализатора/потери катализатора из циклонов, таким образом, что скорости можно поддерживать приблизительно в данном диапазоне, насколько это допустимо, при увеличении производительности реактора. Согласно варианту осуществления можно реактор эксплуатировать при скорости от приблизительно 0,75 м/с до приблизительно 0,95 м/с (в расчете на 90% ППС и выходящий газовый поток) и поддерживать давление в верхней части от приблизительно 0,50 до приблизительно 0,65 кг/см и согласно другому аспекту от приблизительно 0,52 до приблизительно 0,58 кг/см. Согласно одному аспекту соотношение скорости (м/с) на впуске циклона и скорости (м/с) выходящего из реактора потока приблизительно 15 или более, согласно другому аспекту приблизительно 20 или более, согласно следующему аспекту от приблизительно 15 до приблизительно 30, согласно следующему аспекту от приблизительно 20 до приблизительно 30, согласно следующему аспекту от приблизительно 22 до приблизительно 25, согласно следующему аспекту от приблизительно 23 до приблизительно 26 и согласно следующему аспекту от приблизительно 27 до приблизительно 29.
[0030] Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию или реакцию углеводорода в реакторе, где реактор имеет высоту псевдоожиженного слоя, которая составляет от приблизительно 25% до приблизительно 60% цилиндрической высоты реактора (от касательной до касательной), согласно другому аспекту от приблизительно 25% до приблизительно 37%, согласно следующему аспекту от приблизительно 42% до приблизительно 50%, согласно следующему аспекту от приблизительно 45% до приблизительно 55% и согласно следующему аспекту от приблизительно 44% до приблизительно 47%.
[0031] Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию или реакцию углеводорода в реакторе, где реактор имеет высоту псевдоожиженного слоя, которая составляет от приблизительно 60% до приблизительно 110% диаметра реактора, согласно другому аспекту от приблизительно 60% до приблизительно 80%, согласно следующему аспекту от приблизительно 70% до приблизительно 100%, согласно следующему аспекту от приблизительно 75% до приблизительно 90%, согласно следующему аспекту от приблизительно 80% до приблизительно 90%, согласно следующему аспекту от приблизительно 85% до приблизительно 95%, согласно следующему аспекту от приблизительно 70% до приблизительно 85% и согласно следующему аспекту от приблизительно 85% до приблизительно 90%.
2
2
2
2
2
[0032] Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию или реакцию углеводорода в реакторе, где реактор имеет давление в верхней части в диапазоне от приблизительно 0,50 до приблизительно 0,65 кг/см, согласно другому аспекту от приблизительно 0,52 до приблизительно 0,58 кг/см, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,54 до приблизительно 0,6 кг/см и согласно следующему аспекту от приблизительно 0,5 до приблизительно 0,55 кг/см. Давление в верхней части реактора в этом диапазоне обеспечивает преимущества улучшенных эксплуатационных характеристик катализатора в отношении давления в верхней части реактора, которое превышает данный диапазон. Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию реактора в диапазоне от приблизительно 0,54 до приблизительно 0,56 кг/см.
[0033] Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию или реакцию углеводорода в реакторе, где в реактор вводят аммиак в количестве, обеспечивающем молярное соотношение аммиака и углеводорода от приблизительно 1 до приблизительно 2, согласно другому аспекту от приблизительно 1,25 до приблизительно 1,75, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,4 до приблизительно 1,6 и согласно следующему аспекту от приблизительно 1,25 до приблизительно 1,3.
[0034] Согласно аспекту способ предусматривает эксплуатацию или реакцию углеводорода в реакторе, где в реактор вводят в воздух в количестве, обеспечивающем в поступающем в реактор потоке соотношение воздуха и углеводорода от приблизительно 9 до приблизительно 12, согласно другому аспекту соотношение от приблизительно 9 до приблизительно 11, согласно следующему аспекту соотношение от приблизительно 9 до приблизительно 10, согласно следующему аспекту соотношение от приблизительно 10,5 до приблизительно 11, согласно следующему аспекту соотношение от приблизительно 9,25 до приблизительно 9,75 и согласно следующему аспекту соотношение от приблизительно 9,4 до приблизительно 9,6. Согласно родственному аспекту выходящий из реактора поток содержит от приблизительно 0,5 до приблизительно 1 мас. % кислорода. Способ может дополнительно предусматривать непрерывное измерение количества кислорода в выходящем потоке из реактора и в зависимости от него непрерывное регулирование молярного соотношения воздуха и углеводорода. Содержание кислорода можно измерять в любой точке ниже по потоку относительно реактора.
[0035] В способе абсорбции выходящего из реактора потока, который содержит акрилонитрил, закаливают выходящий из реактора поток первым водным потоком с получением закаленного потока, который содержи акрилонитрил; сжимают закаленный поток с получением выходящего из компрессора потока, который содержит акрилонитрил; направляют выходящий из компрессора поток в абсорбер при абсолютном давлении от приблизительно 300 кПа до приблизительно 500 кПа и в абсорбере абсорбируют акрилонитрил во втором водном потоке с получением обогащенной воды, которая содержит акрилонитрил.
[0036] Согласно другому аспекту в способе абсорбции выходящего из реактора потока, который содержит акрилонитрил, закаливают выходящий из реактора поток первым водным потоком с получением закаленного потока, который содержит акрилонитрил; сжимают закаленный поток с получением выходящего из компрессора потока, который содержит акрилонитрил; направляют выходящего из компрессора потока в абсорбер и в абсорбере абсорбируют акрилонитрил во втором водном потоке, имеющем температуру от приблизительно 4°С до приблизительно 45°С, с получением обогащенной воды, которая содержит акрилонитрил.
[0037] Изменения работы реактора, закалочной колонны и/или абсорбера могут воздействовать на эксплуатационные параметры УСГОА, требуемые для достижения желательных уровней выбросов. Например, изменения степени превращения в реакторе могут воздействовать на состав газообразных отходов абсорбера и влиять на количества топлива и кислорода, которые должны быть введены в УСГОА. Согласно этому аспекту степень превращения пропилена в реакторе составляет от приблизительно 95% до менее чем приблизительно 100%. При упоминании в настоящем документе «степень превращения пропилена в реакторе» означает процентное количество вводимого в реактор пропилена, которое превращается в акрилонитрил и другие углеродсодержащие продукты. Согласно другому аспекту работа закалочной колонны может воздействовать на температуру абсорбционной колонны, которая может, в конечном счете, воздействовать на содержание воды в газообразных отходах абсорбера. Изменение содержания воды в газообразных отходах абсорбера может затем влиять на эксплуатацию УСГОА. Согласно этому аспекту направляют в абсорбер выходящий поток из закалочной колонны, имеющий температуру от приблизительно 65°С до приблизительно 85°С (для одного типа конструкции закалочной колонны) и от приблизительно 100°С до приблизительно 120°С (для другого типа закалочной колонны). Согласно родственному аспекту газообразные отходы абсорбера содержат приблизительно 5 мас. % или менее воды, и содержание воды в газообразных отходах абсорбера может изменяться при изменении температуры в верхней части абсорбера. Согласно другому аспекту закалочная колонна может обеспечивать рН от приблизительно 3,5 до приблизительно 7, согласно другому аспекту от приблизительно 3,5 до приблизительно 6 и согласно следующему аспекту от приблизительно 5 до приблизительно 5,5 в конденсате из холодильника после закалочной колонны.
Усовершенствованный технологический контроль
2
2
2
[0038] Когда изменятся скорость подачи в реактор (скорость подачи углеводорода), изменяется количество пропана, поступающего в абсорбер и, в конечном счете, в УСГОА. Было обнаружено, что пропан является практически инертным в реакторе с катализатором. Пропан выступает в качестве топлива и может вызывать отклонение температуры УСГОА и содержания О в топочном газе, если изменению не препятствует поток газообразного топлива упреждающим образом. То же самое можно наблюдать в том случае, когда изменяется чистота пропилена, что приводит к изменению количества пропана, поступающего в абсорбер и УСГОА. Таким образом, зная скорость подачи и чистоту пропилена (и соответствующие изменения), можно обеспечить улучшенное регулирование температуры топки УСГОА и содержания О в топочном газе, когда изменения использованы для прогнозирования отклонения температуры УСГОА и содержания О и затем противопоставить этому изменение газообразного топлива.
[0039] В управлении по прогностической модели (УПМ), также известном как усовершенствованный технологический контроль (УТК), используют технологическую модель, чтобы прогнозировать будущее развитие процесса, а затем осуществляют оптимизированное действие по управлению, чтобы препятствовать отклонению процесса от желательной цели. Наряду с регулированием процесса, УПМ также обеспечивает проведение процесса в наиболее «экономичных» условиях посредством регулирования основных технологических параметров. Способ предусматривает применение УПМ для достижения уменьшения расхода газообразного топлива и улучшения выбросов УСГОА.
2
[0040] При использовании в настоящем документе термин «манипулируемый параметр» означает параметр, который регулируют, используя усовершенствованный технологический регулятор. Согласно этому аспекту манипулируемые параметры включают в себя скорость потока газообразного топлива и скорость потока воздуха в УСГОА. Термин «контролируемый параметр» означает параметр, который поддерживают, используя усовершенствованный технологический регулятор, на заданном уровне (установленном уровне) или в пределах заданного диапазона (установленного диапазона). Согласно этому аспекту контролируемые параметры включают в себя температуру в УСГОА и содержание О в топочным газе УСГОА. «Оптимизация параметра» означает увеличение до максимума или сокращение до минимума параметра и поддержание параметра на заданном уровне. «Упреждающий параметр» означает параметр, используемый в определении поправок, вносимых в манипулируемые параметры. Согласно этому аспекту упреждающие параметры включают в себя скорость движения потока реагентов в реактор аммоксидирования и количество углеводорода в потоке реагентов.
[0041] Один аспект управления по прогностической модели заключается в том, что будущее технологическое поведение прогнозируют с использованием модели и доступных измерений контролируемых параметров. Выходные данные регулятора вычисляют таким образом, чтобы оптимизировать показатель эффективности, который представляет собой линейную или квадратичную функцию прогнозируемых ошибок и вычисленных будущих управляющих действий. В каждый момент отбора пробы повторяют вычисления данных регулятора и обновляют прогноз на основе текущих измерений. Согласно этому аспекту подходящая модель представляет собой модель, которая содержит набор эмпирических моделей ступенчатого отклика, выражающих воздействие ступенчатого отклика манипулируемых параметров на контролируемые параметры.
[0042] Оптимальное значение для оптимизируемого параметра может быть получено на отдельной стадии оптимизации, или оптимизируемый параметр может быть включен в функцию эффективности.
[0043] Перед тем, как может быть применено управление по прогностической модели, определяют первое воздействие ступенчатых изменений манипулируемых параметров на оптимизируемый параметр и на контролируемые параметры. В результате этого получают набор коэффициентов ступенчатого отклика. Этот набор коэффициентов ступенчатого отклика образует основу управления процессом по прогностической модели.
[0044] В ходе нормальной эксплуатации прогнозируемые значения контролируемых параметров регулярно вычисляют для ряда будущих управляющих действий. Для указанных будущих управляющих действий вычисляют показатель эффективности. Показатель эффективности содержит два члена, причем первый член представляет собой сумму по будущим управляющим действиям прогнозируемых ошибок для каждого управляющего действия, и второй член представляет собой сумму по будущим управляющим действиям изменений манипулируемых параметров для каждого управляющего действия. Для каждого контролируемого параметра прогнозируемая ошибка представляет собой разность между прогнозируемым значением контролируемого параметра и стандартным значением контролируемого параметра. Прогнозируемые ошибки умножают на весовой коэффициент, а изменения манипулируемых параметров для управляющего действия умножают на коэффициент подавления действия.
[0045] В качестве альтернативы, члены могут представлять собой сумму квадратных членов, и в таком случае показатель эффективности является квадратичным. Кроме того, могут быть установлены ограничения на манипулируемые параметры, изменения манипулируемых параметров и контролируемые параметры. Это приводит к отдельной системе уравнений, которые решают одновременно с сокращением до минимума показателя эффективности.
[0046] Оптимизация может быть осуществлена двумя способами; один способ представляет собой отдельную оптимизацию помимо сокращения до минимума показателя эффективности, и второй способ представляет собой оптимизацию в пределах показателя эффективности.
[0047] Когда осуществляют отдельную оптимизацию, оптимизируемые параметры включены как контролируемые параметры в прогнозируемую ошибку для каждого управляющего действия, и оптимизация дает стандартное значение для контролируемых параметров.
[0048] В качестве альтернативы, оптимизацию осуществляют в рамках вычисления показателя эффективности, и это дает третий член в показателе эффективности с соответствующим весовым коэффициентом. В этом случае стандартные значения контролируемых параметров представляют собой заданные стационарные значения, которые остаются постоянными.
[0049] Показатель эффективности сокращают до минимума, учитывая ограничения, чтобы получить значения манипулируемых параметров для будущих управляющих действий. Однако выполняют только следующее управляющее действие. Затем снова начинают вычисление показателя эффективности для будущих управляющих действий.
[0050] Модели с коэффициентами ступенчатого отклика и уравнения, требуемые в управлении по прогностической модели, составляют часть компьютерной программы, которую выполняют для управления процессом сжигания газообразных отходов абсорбера. Компьютерную программу, в которую загружена программа, способная осуществлять управление по прогностической модели, называют термином «усовершенствованный технологический регулятор». Имеющиеся в продаже компьютерные программы, которые могут быть использованы, представляют собой, например, DMCplus от компании Aspen Technology и PredictPro от компании Emerson.
Примеры
Пример 1. Расход газообразного топлива и воздуха для получения 16 т/ч акрилонитрила
2
2
[0051] Воздействие изменений температуры УСГОА. - В следующей таблице представлено сравнение расхода газообразного топлива и воздуха при эксплуатации установки для получения 16 т/ч акрилонитрила (АН). Эксплуатацию на уровне базовой линии характеризуют оптимальные температура УСГОА и содержание О в топочном газе. На практике способ может предусматривать эксплуатацию УСГОА приблизительно на 10°F выше для получения буфера в расчете на изменения чистоты и скорости подачи исходных веществ в реактор. Как представлено в таблице, когда повышают температуру на 10°F (5С) и поддерживают постоянное содержание О в топочном газе, расход газообразного топлива и расход воздуха увеличиваются. В данном примере при повышении температуры эксплуатации на +10°F (5°С) расход газообразного топлива увеличивался приблизительно на 6,9%, и расход воздуха увеличивался приблизительно на 2,1% по сравнению с эксплуатацией на уровне базовой линии. Согласно этому аспекту увеличение расхода газообразного топлива может составлять от приблизительно 6% до приблизительно 7,5%, и увеличение расхода воздуха может составлять от приблизительно 1,5% до приблизительно 2,5% по сравнению с эксплуатацией УСГОА при температуре приблизительно на 10°F (5°С) выше уровня базовой линии.
2
2
2
[0052] Воздействие изменений температуры УСГОА и содержания О в топочном газе. - В таблице представлено также, что когда содержание О в топочном газе увеличивалось от 1,4% до 1,6%, расход газообразного топлива увеличивался приблизительно на 15%, и расход воздуха увеличивался приблизительно на 7,4% по сравнению с эксплуатацией на уровне базовой линии. Согласно этому аспекту увеличение расхода газообразного топлива может составлять от приблизительно 12% до приблизительно 16%, и увеличение расхода воздуха может составлять от приблизительно 6% до приблизительно 8% по сравнению с эксплуатацией УСГОА при содержании О в топочном газе на уровне приблизительно 1,4% и температуре базовой линии. Способ, предложенный в настоящем документе, уменьшает необходимость эксплуатации УСГОА при температуре на +10°F (5°С) выше желательной базовой линии, приводя к экономии газообразного топлива и воздуха, подаваемых в УСГОА.
[0053] Воздействие изменений чистоты исходных веществ. - В следующей таблице проиллюстрировано воздействие изменений чистоты исходных веществ. Как представлено в таблице, когда чистота исходных веществ уменьшается на 1%, а расход газообразного топлива и воздуха поддерживают на уровне базовой линии, температура УСГОА увеличивается. Когда температуру поддерживают на уровне базовой линии, расход газообразного топлива уменьшается, а расход воздуха остается неизменным.
[0054] Способ, предложенный в настоящем документе, обеспечивает упреждающее регулирование подачи газообразного топлива в УСГОА на основе изменений чистоты исходных веществ. Это упреждающее регулирование подачи газообразного топлива обеспечивает приближение УСГОА к соответствующей желательной температуре при уменьшении расхода газообразного топлива. Согласно этому аспекту расход газообразного топлива при чистоте исходных веществ, составляющей приблизительно 95,4%, составлял приблизительно на 49,1% меньше, чем при эксплуатации на уровне базовой линии, когда допускали уменьшение расхода газообразного топлива для поддержания температуры УСГОА.
Пример 2. Расход газообразного топлива и воздуха при получении 12 т/ч акрилонитрила
2
2
[0055] Воздействие изменений температуры УСГОА. - В следующей таблице представлено сравнение расхода газообразного топлива и воздуха при эксплуатации установки для получения 16 т/ч акрилонитрила (АН). Эксплуатацию на уровне базовой линии характеризуют оптимальные температура УСГОА и содержание О в топочном газе. На практике способ может предусматривать эксплуатацию УСГОА приблизительно на 10°F (5°С) выше для получения буфера в расчете на изменения чистоты и скорости подачи исходных веществ в реактор. Как представлено в таблице, когда повышают температуру на 10°F (5°С) и поддерживают постоянное содержание О в топочном газе, расход газообразного топлива и расход воздуха увеличиваются. В данном примере при повышении температуры эксплуатации на +10°F расход газообразного топлива увеличивался приблизительно на 3,7%, и расход воздуха увеличивался приблизительно на 0,8% по сравнению с эксплуатацией на уровне базовой линии. Согласно этому аспекту увеличение расхода газообразного топлива может составлять от приблизительно 3% до приблизительно 4%, и увеличение расхода воздуха может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 1,0% по сравнению с эксплуатацией УСГОА при температуре приблизительно на 10°F (5°С) выше уровня базовой линии.
2
2
2
[0056] Воздействие изменений температуры УСГОА и содержания О в топочном газе. - В таблице представлено также, что когда содержание О в топочном газе увеличивалось от 2,6% до 2,8%, расход газообразного топлива увеличивался приблизительно на 7,7%, и расход воздуха увеличивался приблизительно на 6,0% по сравнению с эксплуатацией на уровне базовой линии. Согласно этому аспекту увеличение расхода газообразного топлива может составлять от приблизительно 5% до приблизительно 10%, и увеличение расхода воздуха может составлять от приблизительно 5% до приблизительно 7% по сравнению с эксплуатацией УСГОА при содержании О в топочном газе на уровне приблизительно 2,6% и температуре базовой линии.
[0057] Воздействие изменений чистоты исходных веществ. - В следующей таблице проиллюстрировано воздействие изменений чистоты исходных веществ. Как представлено в таблице, когда чистота исходных веществ уменьшается на 1%, а расход газообразного топлива и воздуха поддерживают на уровне базовой линии, температура УСГОА увеличивается на 5,8% выше температуры базовой линии. Согласно этому аспекту уменьшение чистоты исходных веществ может приводить к увеличению температуры УСГОА от приблизительно 5,5% до приблизительно 6,5% выше температуры базовой линии. Когда чистота исходных веществ увеличивается на 1%, а расход газообразного топлива и воздуха поддерживают на уровне базовой линии, температура УСГОА уменьшается приблизительно на 6,2% относительно температуры базовой линии. Согласно этому аспекту увеличение чистоты исходных веществ может приводить к уменьшению температуры УСГОА от приблизительно 5,5% до приблизительно 6,5%.
[0058] Воздействие изменений чистоты исходных веществ. - В следующей таблице проиллюстрировано воздействие изменений чистоты исходных веществ. Как представлено в таблице, когда чистоту исходных веществ увеличивали на 1,1%, а расход газообразного топлива и воздуха поддерживали на уровне базовой линии, температура УСГОА уменьшалась приблизительно на 4,5%. Согласно этому аспекту увеличение чистоты исходных веществ, составляющее приблизительно 1,1%, может приводить к уменьшению температуры УСГОА от приблизительно 4% до приблизительно 5%.
[0059] Когда чистоту исходных веществ увеличивали на 1,1%, а температуру УСГОА поддерживали на уровне базовой линии, расход газообразного топлива увеличивался на 16,5%, и расход воздуха увеличивался на 0,7%. Согласно этому аспекту при увеличении чистоты исходных веществ на 1,1% и поддержании температуры УСГОА на уровне базовой линии, увеличение расхода газообразного топлива может составлять от приблизительно 16% до приблизительно 17% по отношению к уровню базовой линии, и увеличение расхода воздуха может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 1% по отношению к уровню базовой линии.
2
2
2
[0060] Воздействие скорости подачи исходных веществ в реактор. - В следующей таблице проиллюстрировано воздействие изменений скорости подачи исходных веществ в реактор. Как представлено в таблице, когда скорость подачи увеличивали на 5%, а расход газообразного топлива и температуру УСГОА поддерживали на уровне базовой линии, температура УСГОА уменьшалась приблизительно на 2°F (1°С), и содержание О в топочном газе уменьшалось приблизительно на 13,4%. Когда скорость подачи уменьшали на 10%, а расход газообразного топлива и температуру УСГОА поддерживали на уровне базовой линии, температура УСГОА увеличивалась приблизительно на 6°F (3°С), и содержание О в топочном газе увеличивалось приблизительно на 31%. Когда скорость подачи уменьшали на 10%, а температуру УСГОА и содержание О в топочном газе поддерживали на уровне базовой линии, расход газообразного топлива уменьшался приблизительно на 10%, и расход воздуха уменьшался приблизительно на 10,2%. Согласно этому аспекту уменьшение скорости подачи приблизительно на 10% может приводить к уменьшению расхода топлива от приблизительно 8% до приблизительно 12% и уменьшению расхода воздуха от приблизительно 9,5% до приблизительно 10,5%.
[0061] Хотя изобретение, раскрытое в настоящем документе, описано посредством конкретных вариантов осуществления, примеров и соответствующих приложений, их многочисленные модификации и видоизменения могут быть произведены специалистами в данной области техники без выхода за пределы объема настоящего изобретения, заданного в формуле изобретения.