一种防止变换反应器飞温的多层级控制装置及方法与流程

本发明属于控制或调节系统技术领域，具体涉及一种防止变换反应器飞温的多层级控制装置及方法。

背景技术：

co变换的原理是气体中的co和水蒸汽在一定温度和压力条件下，在变换催化剂的作用下发生变换反应生成h2和co2。反应式为：co＋h2o＝co2＋h2＋41.2kj/mol

当水/气比低时会发生甲烷化副反应，氧气含量偏高时发生氧化副反应，这两类反应的反应热远高于co的变换反应。因此，如果变换反应器中发生甲烷化或氧化副反应，会导致变换反应器温度急速上升，轻则使触媒活性降低，重则烧坏触媒、损坏变换反应器及内件，甚至爆炸。

为避免变换反应器的飞温危险，通常的措施有：紧急加入氮气，开变换反应器前后压力调节阀放空降压，降低进变换反应器入口温度，提高水/气比，降低co含量，提高空速等等。目前co变换反应器防止飞温的安全措施存在以下问题：1.针对变换反应器飞温的危险，没有自动控制系统，多只依靠工人手动进行处理，反应滞后，误操作可能性高；2.针对变换反应器飞温的危险，没有量化的控制指标。如果全部依赖经验与手动进行处理与控制，变换反应器的飞温事故仍然很难避免与控制。因此，提供一种防止变换反应器飞温的控制方法是很有必要的。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足，采用下述技术方案予以实现：

一种防止变换反应器飞温的多层级控制装置及方法，包括气液分离器、与气液分离器相连接的换热器、与换热器相连接的变换反应器、温度调节阀、未变换系统压力调节阀、变换系统压力调节阀、氮气进料调节阀、含氧量监测仪、温度监测仪和气液分离与蒸汽发生装置，温度调节阀安装在换热器的短接管线上，变换反应器的进口管线上设有事故氮气线，氮气线上设有氮气进料调节阀，变换反应器出口处设有温度监控仪，含氧量监测仪安装在合成气进入变换反应器前的管线上。

换热器进口处安装气液分离与蒸汽发生装置，该装置出口处设置有未变换系统压力调节阀；换热器出口处安装气液分离与蒸汽发生装置，该装置出口处设置有变换系统压力调节阀。

含氧量监控仪设置在气体分离器前。

温度监控仪和含氧量监控仪内含有报警装置，超过设定值即发出警报。

监测机构为氧含量监测仪及温度监测仪，其中，氧含量监测仪安装在合成气进入变换反应器前的管线上，可以在气液分离器前后，温度监测仪安装在变换反应器出口并换热器之前。执行机构包括变换反应器前的温度调节阀，未变换系统压力调节阀，变换系统压力调节阀，氮气进料调节阀等，其中温度调节阀安装在换热器的短接管线上，通过加大调节阀的开度降低进料温度，在变换反应器的进料管线上连通有事故氮气线，上设氮气进料调节阀。控制系统主要为集散式控制系统（dcs）。

一种防止变换反应器飞温的多层级控制方法，包括以下步骤：

（1）监控合成气的温度和含氧量，并设定三级报警值；

（2）当出现一级警报时，加大温度调节阀的开度；

当出现二级警报时，增加未变换系统压力调节阀和变换系统压力调节阀的开度；

当出现三级报警时，打开氮气进料调节阀。

一级警报为温度高报警或氧含量高报警，二级报警为温度高高报警或氧含量高高报警，三级报警为温度高联锁或氧含量高联锁。温度高报警设置为420-450℃间的某值，氧含量高报警设置为0.1-0.24%v/v间的某值，当温度高报警或氧含量高报警时，加大温度调节阀的开度；温度高高报警设置为440-470℃间的某值，氧含量高高报警设置为0.15-0.36%v/v间的某值，当温度高高报警或氧含量高高报警时，增加未变换系统压力调节阀及变换系统压力调节阀的开度；温度高联锁值设置为460-490℃间的某值，氧含量高联锁值设置为0.2-0.48%v/v间的某值，当温度高联锁或氧含量高联锁时，打开氮气进料调节阀。

本技术方案提供了自动的控制方法，避免工人操作的滞后效应；提供了报警、联锁的定量边界条件；形成完备的多层级控制系统，针对多种偏差，采用多种处理手段进行有效的控制；有效避免由于变换反应器飞温而导致的事故。

附图说明

图1：本发明一种防止变换反应器飞温的多层级控制装置的结构示意图。

其中：1.合成气；2.气液分离器；3.氧含量监测仪；4.气液分离与蒸汽发生装置；5.未变换系统压力调节阀；6.火炬；7.下游工序；8.换热器；9.温度调节阀；10.变换系统压力调节阀；11.氮气进料调节阀；12.氮气；13.co变换反应器；14.温度监测仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

一种防止变换反应器飞温的多层级控制装置及方法，包括气液分离器、与气液分离器相连接的换热器、与换热器相连接的变换反应器、温度调节阀、未变换系统压力调节阀、变换系统压力调节阀、氮气进料调节阀、含氧量监测仪、温度监测仪和气液分离与蒸汽发生装置，温度调节阀安装在换热器的短接管线上，变换反应器的进口管线上设有事故氮气线，氮气线上设有氮气进料调节阀，变换反应器出口处设有温度监控仪，含氧量监测仪安装在合成气进入变换反应器前的管线上。换热器进口处安装气液分离与蒸汽发生装置，该装置出口处设置有未变换系统压力调节阀；换热器出口处安装气液分离与蒸汽发生装置，该装置出口处设置有变换系统压力调节阀。含氧量监控仪设置在气体分离器前。温度监控仪和含氧量监控仪内含有报警装置，超过设定值即发出警报。

一种防止变换反应器飞温的多层级控制方法，包括以下步骤：

（1）监控合成气的温度和含氧量，并设定三级报警值；

（2）当出现一级警报时，加大温度调节阀的开度；

当出现二级警报时，增加未变换系统压力调节阀和变换系统压力调节阀的开度；

当出现三级报警时，打开氮气进料调节阀。

一级警报为温度高报警或氧含量高报警，二级报警为温度高高报警或氧含量高高报警，三级报警为温度高联锁或氧含量高联锁。温度高报警设置为420-450℃间的某值，氧含量高报警设置为0.1-0.24%v/v间的某值，当温度高报警或氧含量高报警时，加大温度调节阀的开度；温度高高报警设置为440-470℃间的某值，氧含量高高报警设置为0.15-0.36%v/v间的某值，当温度高高报警或氧含量高高报警时，增加未变换系统压力调节阀及变换系统压力调节阀的开度；温度高联锁值设置为460-490℃间的某值，氧含量高联锁值设置为0.2-0.48%v/v间的某值，当温度高联锁或氧含量高联锁时，打开氮气进料调节阀。

变换的原理是气体中的co和水蒸汽在一定温度和压力条件下，在变换催化剂的作用下发生变换反应生成h2和co2。反应式如下：co＋h2o＝co2＋h2＋41.2kj/mol

设进料水气比为1.5，干气体中co摩尔分数为41%，出变换反应器的变换气co含量为5%v/v（干），气体的定压比热容为29j/(mol.k)，则每摩尔进料放出的热量为：

1*40%*（41-5）%*41.2=5.93kj

导致的绝热温升为：5930/29=204℃

因此，正常反应时，气体经过床层时温度约升高204℃。

当发生甲烷化副反应时，反应方程式为：

co+3h2=ch4+h2o+206.2kj/mol

co2+4h2=ch4+2h2o+165kj/mol

对于第一个反应，每生成1%v/v的ch4，每摩尔进料增加的放热为：

（206.2-41.2）/100=1.65kj

因此多余的温升为：1650/29=57℃

当发生氧化反应时，反应方程式为：co+1/2o2=co2+283kj/mol

进料氧含量每增加1%v/v，则每摩尔进料增加的放热为：（283-41.2）*2/100=4.836kj

因此多余的温升为：4836/29=167℃

甲烷化及氧化副反应均会导致变换反应严重超温。且氧化反应的放热效应远高于甲烷化反应，微量氧存在就可导致显著的温度升高，并可能引发甲烷化反应。针对甲烷化反应，可以对变换反应器的温度进行监控，并采用有效的控制措施及紧急处理方法。然而针对氧化反应，必须防范于前，应对变换反应器进料氧含量进行有效监测，最好在出气化炉或洗涤塔的管线上就进行监测，在氧气进入变换反应器之前就充氮气进行稀释，并提高气体流速，缩短进入变换反应器的停留时间，从而防止变换反应器飞温事故发生。

温度监测点设在变换反应器出口，氧含量监测点安装在合成气进入变换反应器前的管线上，可以在气液分离器前后。变换反应器前接一路事故氮气管线并设氮气进料调节阀。当温度升高或氧含量升高时，有三个处理策略：降低进料温度，通过加大温度调节阀开度实现；提高气体流速，从而缩短在变换反应器中的停留时间，通过加大未变换系统压力调节阀与变换系统压力调节阀开度实现；通入事故氮气，稀释气体中co、o2等的浓度，并提高气体流速，该方法为最为有效的方法，通过打开氮气进料调节阀实现。

针对温度及氧含量升高的程度不同，分级进行控制。

第一级：温度为420-450℃间的某值，升高幅度较小，氧含量为0.1-0.24%v/v间的某值，不至于导致严重的超温，因此加大温度调节阀开度。

第二级：温度为440-470℃间的某值，升高幅度中等，氧含量为0.15-0.36%v/v间的某值，可以导致中等程度升温，可能引起连锁的飞温效应，因此需要同时加大未变换系统压力调节阀与变换系统压力调节阀开度。

第三级：温度为460-490℃间的某值，升高幅度严重，氧含量为0.2-0.48%v/v间的某值，可以引发严重升温，需要联锁并迅速打开氮气进料调节阀。

实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。