《合成氨優(yōu)化控制》ppt課件

1、合成氨安裝合成氨安裝優(yōu)化控制優(yōu)化控制 2005年9月AMMONIACO SHIFTCONVERTERSWATERSEPARATORSECONDARYREFORMERPRIMARYREFORMER CO2ABSORBERMETHANATORSYNTHESISCONVERTERSEPARATORNATURAL GASDESULFURIZATIONPURGETO REFORMERWATERTO FEEDPRODUCT STORAGECO2STEAMPLANTAIRSTEAM 合成氨工藝流程 常規(guī)控制與局限 優(yōu)化控制運(yùn)用 降低能耗 提高處置量 合成氨優(yōu)化控制效果 優(yōu)化控制實施 天燃?xì)庹羝D(zhuǎn)化 重油部分

2、氧化 煤粉氣化脫硫一段轉(zhuǎn)化脫碳二段轉(zhuǎn)化氨儲存變換蒸汽空氣粗合成氣變換氣合成氣氨氨合成精制天燃?xì)饪辗謿饣嵝詺馓幹米儞Q氨儲存酸性氣脫除粗合成氣變換氣酸性氣合成氣氮氣氨氨合成精制氫氣氧氣煤/重油 原料不同，工藝不同，但仍歸納為三大步驟： 制氣一二段轉(zhuǎn)化爐/部分氧化爐/加壓氣化爐 凈化高低溫變換、脫碳、脫硫、精制 合成合成氣緊縮、合成塔、冷凝分別 工藝特點：設(shè)備多、流程長、呼應(yīng)復(fù)雜、約束變量多、能耗高 如何充分利用先進(jìn)的控制手段提高轉(zhuǎn)化爐效率，并確保爐管運(yùn)用壽命，減少缺點？ 如何盡能夠多產(chǎn)生蒸汽，降低蒸汽耗費(fèi)？ 如何抑制流程長、呼應(yīng)滯后等要素影響，優(yōu)化氫氮比控制，提高合成轉(zhuǎn)化率？ 如何優(yōu)化合成回路壓

3、力、惰性氣控制，優(yōu)化合成塔溫度剖面控制，降低能耗？ 如何在現(xiàn)有設(shè)備及供應(yīng)條件下提高氨產(chǎn)量？ 常規(guī)控制能勝任以下情形： 一對一關(guān)系 呼應(yīng)較快且接近線性 沒有滯后或滯后不大 優(yōu)化控制那么能較益處置以下情形： 多對一或多對多 各種呼應(yīng)方式：快、慢、大滯后、非線性 多個控制協(xié)調(diào)，具有效益優(yōu)化功能優(yōu)化控制方法：采用基于模型預(yù)測控制技術(shù)實現(xiàn)合成氨安裝優(yōu)化目的合成氨安裝優(yōu)化主要目的，在不違反設(shè)備約束前提下，長期穩(wěn)定實現(xiàn)：降低能耗提高處置量降低能耗制氣系統(tǒng)凈化系統(tǒng)氨合成系統(tǒng)提高處置量合成氨安裝能耗主要在制氣單元，超越總能耗70%以上。提高轉(zhuǎn)化率降低燃料耗費(fèi)是制氣控制的主要目的。由于制氣過程復(fù)雜，控制要素多，加

4、之原料及燃料組成動搖，常規(guī)控制僅靠反響信息操作，不能提早調(diào)理相關(guān)參數(shù)，導(dǎo)致熄滅不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化率低而呵斥高能耗。根據(jù)天燃?xì)饨M成信息如密度等推測其含碳量，及時調(diào)整蒸汽，嚴(yán)厲控制水碳比，并經(jīng)過適當(dāng)降低水碳比降低3%；嚴(yán)厲控制煙氣氧含量，減少其動搖，并堅持較低數(shù)值減少20%；在滿足H2/N2和二段爐出口CH4%以及溫度前提下，盡能夠降低一段爐負(fù)荷；像Kelogg型轉(zhuǎn)化爐，進(jìn)展各個支路間溫度平衡控制，盡能夠減少各爐管間溫度偏向，提高加熱效率，同時可延伸運(yùn)用壽命。根據(jù)原料性質(zhì)如密度、熱值等探尋反響的最正確配比，及時調(diào)整氧氣量、蒸汽量，減少能耗；根據(jù)爐型及工藝設(shè)計不同控制方案，經(jīng)過平穩(wěn)操作和優(yōu)化參數(shù)，提高轉(zhuǎn)化

5、率，降低能耗；由于這類氣化控制的特殊性，如原料性質(zhì)難以定性、監(jiān)測點少、自動化程度低等，尚無開發(fā)出理想的優(yōu)化控制系統(tǒng)。變換反響好壞將關(guān)系到脫碳、精制負(fù)荷，以及合成回路惰性成分含量，從而影響合效果率；粗氣組成變化以及床層催化劑活性變化差別使得溫度控制難度加大；脫碳系統(tǒng)以能耗為代價不斷進(jìn)展吸收和解析過程，常規(guī)控制由于人工的惰性無法堅持準(zhǔn)確控制呵斥不用要的能耗。變換反響溫度控制本身就是個優(yōu)化問題。優(yōu)化控制利時辰監(jiān)控床層溫度變化和約束調(diào)整各個床層進(jìn)入溫度，盡能夠使得變換長期處在最正確溫度，提高變換反響效率；對于吸收解析過程脫碳系統(tǒng)，過度吸收和解析都會添加不用要的能耗。優(yōu)化控制經(jīng)過“卡邊控制實現(xiàn)節(jié)能。合成

6、氨安裝能耗除了制氣最大之外，合成部分排在第二位，占20%左右降低能耗、提高氨合成轉(zhuǎn)化率手段包括輕氮比控制、惰性氣濃度控制、合成壓力控制以及合成塔溫度控制。其中前三個控制，由于影響要素復(fù)雜，而且呼應(yīng)非常緩慢，常規(guī)控制很難到達(dá)理想效果合成塔溫度控制類似于變換溫度控制。優(yōu)化控制動態(tài)模型可以采用不同呼應(yīng)時間分別處置快速和緩慢工藝過程。經(jīng)過呼應(yīng)時間很長的模型利用上游相關(guān)信息提早微調(diào)實現(xiàn)H2/N2比準(zhǔn)確控制，并優(yōu)化比值；經(jīng)過惰性氣濃度控制，不但減少合成氣損失，還能減少因惰性氣過多而帶來緊縮機(jī)功耗以及轉(zhuǎn)化率降低；隨著催化劑活性逐漸變?nèi)?，氨合成反響平衡線也隨著挪動。優(yōu)化控制可動態(tài)優(yōu)化床層溫度剖面，使合成塔維持

7、高轉(zhuǎn)化率。安裝存在各種各樣約束限制消費(fèi)提高處置量，包括工藝平安約束、設(shè)備平安約束有效約束隨著工況變化而變，靠人工監(jiān)控約束提高處置量不現(xiàn)實處置量改動影響全流程操作，調(diào)整的快慢以及其它各個操作的協(xié)作單靠常規(guī)分散的部分PID回路實現(xiàn)很困難。提高合成氨安裝處置量的常見約束：爐管及各催化劑層熱點溫度緊縮機(jī)原料氣、空氣、合成氣、冰機(jī)限制脫碳才干氨制冷才干優(yōu)化控制時辰監(jiān)控這些變量，當(dāng)監(jiān)控及預(yù)測到提量空間時，就添加進(jìn)料，否那么維持現(xiàn)狀或者適當(dāng)減少進(jìn)料；在調(diào)整處置量過程中，控制器自動協(xié)調(diào)各個控制回路，確保平安穩(wěn)定過渡。量化效益量化效益添加處置量約添加處置量約 0.5% 2.0%能量單耗約減少能量單耗約減少 0.3% 1.5 %非量化效益非量化效益平穩(wěn)控制及平安操作平穩(wěn)控制及平安操作延伸設(shè)備壽命延伸設(shè)備壽命(如爐管如爐管)改善催化劑運(yùn)用改善催化劑運(yùn)用提高工程師任務(wù)效率提高工程師任務(wù)效率 控制目的對照 能量單耗對照日期產(chǎn)量能量單耗2003年11月14日 1508T9.0072003年11月15日 1516T9.052003年11月16日 1502T9.0252004年3月1日1515T8.8712003年3月