5.3.2. Автоматизация управления процессом производства ацетилена

Технологическая схема производства ацетилена пиролизом природного газа состоит из следующих отделений.

Отделение компрессии и пиролиза. Природный газ, предварительно нагретый в подогревателе 3, подается в реактор 4 (рис. 5.21). В результате сжига­ния части исходного сырья - метана достигается температура 1400—1500 °С, необходимая для проведения эндотермической реакции образования ацетиле­на. Необходимый для горения кислород сжимается в турбокомпрессоре 1 и на­гревается в подогревателе 2. Для стабилизации процесса горения в реактор дополнительно непрерывно вводят небольшое количество кислорода (стаби-лизирующий кислород). Реакция получения ацетилена при высоких темпера­турах обратима. Для предотвращения разложения ацетилена пирогаз подвер­гают «закалке» путем впрыскивания холодной воды или бензина.

Газы пиролиза содержат ацетилен (7- 8%) и другие продукты. Сажа из

нижней части реактора выводится с помощью отделителя технического угле­рода (сажи) 5. Из реактора газы пиролиза поступают в скруббер на дальней­шее охлаждение и очистку от сажи. Электрофильтр тонкой очистки 7 обеспе­чивает практически полную очистку газов пиролиза от сажи.

Отделение компрессии газов пиролиза. Газы пиролиза, охлажденные в хо­лодильнике 8, подаются в шестиступенчатый компрессор 11, где сжимаются до давления 0,9 МПа. В турбину компрессора, служащую его приводом, по­дается синтез-газ (смесь СО-Н₂), отогнанный от газов пиролиза; после тур­бины он направляется к потребителю и «на свечу». Требуемый состав синтез-газа обеспечивается в газгольдере 9. Синтез-газ нагревается в теплообменни­ке 10.

Отделение концентрирования. Сжатый пирогаз поступает в абсорбционную колонну 13, орошаемую диметилформамидом. В колонне растворитель погло­щает весь диацетилен и небольшое количество ацетилена. Насыщенный абсор­бент подается в колонну десорбции 14, в которой за счет продувки и одно­временного снижения давления выделяется растворенный ацетилен. Выделив­шийся газ (циркуляционный) направляется во всасывающую линию ком­прессора.

Для отгонки оставшегося в растворителе диацетилена служит колонна десорбции 17. Процесс в ней ведется под вакуумом при повышенной темпера­туре н одновременной продувке синтез-газа. Необходимая температура дости­гается нагреванием насыщенного растворителя в теплообменнике 16 и нагре­ванием синтез-газа острым паром; вакуум создается вакуум-насосом 18.

Отмытый пирогаз с верха колонны 13 поступает в колонну 19, где проис­ходит абсорбция диметилформамидом ацетилена, его гомологов, а также не­большого количества синтез-газа. Основная часть синтез-газа выводится из верхней части колонны 19. Насыщенный абсорбент из колонны 19 подается в верхнюю часть десорбционной колонны 20, где в результате снижения давления из раствора диметилформамида выделяется большая часть плохо растворимых газов (циркуляционный газ). Эти газы отводятся из верхней части колонны 20. Диметилформамид стекает в куб колонны навстречу ацетилену-сырцу, кото­рый подается в среднюю часть колонны.

Ацетилен-сырец состоит в основном из ацетилена с примесью высших аце­тиленовых углеводородов, которые поглощаются диметилформамидом. Полу­чаемый в колонне 20 ацетилен-концентрат направляется в промыватель 21 для отмывки водой остатков диметилформамида. Отводимый диметилформамид возвращается в колонну 20.

Растворитель из куба десорбера подается в теплообменник 23, нагревает­ся в нем до 104 °С и затем поступает в верхнюю часть десорбционной колон­ны 24. За счет снижения давления и повышения температуры в этой колонне происходит выделение ацетилена из диметилформамида. Ацетилен отводится из верхней части колонны.

Из десорбера 24 растворитель стекает в вакуум-десорбционную колон­ну 25. Вакуум в колонне создается с помощью компрессора 26. Отсасываемый компрессором ацетилен-сырец направляется в десорбер 20, а растворитель из куба колонны стекает в испаритель 27, где из диметилформамида испаряется вода. Парогазовая смесь, выводимая из испарителя, состоит из паров воды и растворителя, а также высших ацетиленовых углеводородов. Она поступает на вспомогательную колонну (на схеме не показана) для разгонки.

Автоматизация процесса пиролиза. Показателем эффектив­ности процесса пиролиза является выход ацетилена, а целью управления—поддержание его на заданном значении. Выход ацетилена определяется составом природного газа, температу­рой в реакторе и временем пребывания природного газа в зоне реакции. С изменением состава природного газа в объекте по­являются возмущения. Для того, чтобы при наличии этих воз­мущений метан, содержащийся в природном газе, полностью вступил в реакцию, температуру в реакторе не стабилизируют, а изменяют в зависимости от концентрации метана в газах пи­ролиза. Эта температура определяется количеством сжигаемого газа и соотношением метана и кислорода, подаваемого в ре­актор. Для грубого регулирования соотношения расходов природный газ: кислород устанавливают регулятор соотношения расходов природного газа и основного потока кислорода. Точное регулирование осуществляется двухконтурной системой, в кото­рой основным является регулятор концентрации метана в газе пиролиза, а вспомогательным - регулятор расхода кислорода в байпасной линии.

Для стабилизации пламени в горелках реактора поддержи­вают постоянный расход стабилизирующего кислорода с по­мощью регулятора расхода. С этой же целью поддерживают постоянными температуры природного газа и кислорода. Для предотвращения разложения ацетилена температуру газов пи­ролиза стабилизируют изменением расхода холодной воды, вво­димой в реактор на закалку.

Время пребывания природного газа в зоне реакции зависит от скорости прохождения газа через реактор, которая опреде­ляется манометрическим режимом реактора. Для поддержа­ния нормального манометрического режима устанавливают ре­гуляторы давления природного газа и кислорода. При этом дав­ление кислорода в нагнетательной линии турбокомпрессора 1 стабилизируют дросселированием его из нагнетательной магистрали во всасывающую.

Заданная степень очистки газов пиролиза от сажи в скруббере 6 достигается установкой регулятора расхода воды, подаваемой в скруббер.