Автоматизация процесса 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. 5.6). Высокая температура в реакторе (1400 - 1500 °С), необходимая для разложения метана с образованием ацетилена, достигается в результате сжигания части этого газа. 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 (стабилизирующий кислород). Реакция получения ацетилена при высоких температурах обратима. Чтобы избежать обратной реакции, понижают температуру в нижней части реактора введением холодной воды (закалка).
Газы пиролиза содержат ацетилен (7 - 8%) и ряд других продуктов. Сажа из нижней части реактора 4 выводится с помощью отделителя сажи 5.
Из реактора 4 газы пиролиза поступают в скруббер, где проводится их дальнейшее охлаждение и очистка 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, которая служит его приводом, подается синтез-газ, отогнанный от газов пиролиза. Создание требуемого запаса синтез-газа обеспечивается в газгольдере 9. Синтез-газ нагревается в теплообменнике 10. После турбины он направляется к потребителю и «на свечу».
Отдаление концентрирования. Сжатый газ пиролиза поступает в абсорбционную колонну 13, орошаемую диметилформамидом. .В колонне растворитель поглощает весь диацетилен и небольшое количество ацетилена. Насыщенный абсорбент подается в десорбционную колонну 14, где в результате снижения давления и отдувки синтез-газом выделяется растворенный ацети¬лен. Выделившийся газ (циркуляционный) направляется во всасывающую линию компрессора.
Для отгонки оставшегося в растворителе диацетилена служит десорбционная колонна 17. Процесс в этой колонне ведется при повышенной темпе¬ратуре в вакууме и при наличии сиитеза-газа. Нужная температура в колонне достигается нагреванием насыщенного растворителя в теплообменнике 16 и нагреванием синтез-газа острым паром; вакуум создается вакуум-насосом 18. Газы пиролиза после отмывки от диацетилена направляются в абсорбционную колонну 19, где диметилформамидом поглощаются ацетилен, высшие ацетиленовые углеводороды, а также небольшое количество 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 диметилформ-амида 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 примесями высших ацетиленовых углеводородов. Эти примеси поглощаются диметилформамидом. Получаемый в результате поглощения ацетилен-концентрат направляется в промыватель 21, где от него водой отмываются пары диметилформамида. Отводимый диметилформамид возвращается в колонну 20.
Растворитель из куба десорбера подается в теплообменник 23, где нагревается до 104 °С, и поступает в верхнюю часть десорбционной колон¬ны 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-десорбциониую колон¬ну 25. Вакуум в этой колонне создается компрессором 26. Отсасываемый компрессором ацетилен-сырец направляется в десорбер 20, а растворитель из куба колонны стекает в испаритель 27. В этом аппарате 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 я 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, которое в свою очередь зависит от количества кислорода, подаваемого в реактор. Для грубого регулирования соотношения расходов природного газа и кислорода 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 по¬мощью регулятора расхода. С этой же целью поддерживают постоянными температуры природного газа и кислорода. Для полного прекращения разложения ацетилена температуру газов пиролиза стабилизируют изменением расхода холодной воды, вводимой в реактор я а 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 давле¬ние кислорода в нагнетательной линии турбокомпрессора 1 стабилизируется дросселированием его из нагнетательной во всасывающую магистраль.
Заданная степень очистки газов пиролиза от сажи в скруббере 6 достигается установкой регулятора расхода воды, пода¬ваемой в скруббер.

Рис. 5.6. Схема регулирования производства ацетилена:
1, 11 - турбокомпрессоры; 2, 3 - подогреватели; 4 - реактор; 5 - отделитель технического углерода; 6 - скруббер; 7 - электрофильтр; 8, 12 - холодильники; 9 - газгольдер; 10,16, 23 - теплообменники; 13, 19 - абсорбционные колонны; 14, П, 20, 24, 25 - десорбционные колонны; 15, 22 - насосы; 18, 26 - вакуум-компрессоры; 21 - промыватель; 27 - испаритель.