Процесс очистки технологического газа от двуокиси углерода в абсорбере, как объект управления

Процесс очистки технологического газа от двуокиси углерода в абсорбере, как объект управления.

Источник информации об объекте управления: реальный объект – колонный двухкорпусной абсорбер, отделение очистки, цех «Аммиак-3», ОАО «Гродно Азот».

Анализ процесса как объекта управления.

Цель процесса: очистка технологического газа от двуокиси углерода (начальная концентрация 17,7 %  СО₂ , конечная – не более 0,1 %).

Абсорбер имеет два корпуса. В качестве абсорбента в данном аппарате используется горячий активированный раствор «Бенфильд» (от 22 до 30 % К₂СО₃).

Газ поступает в нижнюю часть первого (нижнего) корпуса абсорбера, орошаемую частично регенерированным («полубедным» на СО₂) раствором (абсорбентом). Объемная доля двуокиси углерода в газе после прохождения им первого корпуса абсорбера уменьшается от 17,7 до 1,1 %. Далее газ из верхней части первого корпуса поступает в нижнюю часть второго (верхнего) корпуса, орошаемого глубоко регенерированным («бедным» на СО₂) раствором. Во втором корпусе абсорбера происходит тонкая очистка газа от углекислоты до ее объемной доли в газе не более 0,1 %. Ориентировочно распределение подачи раствора в абсорбер следующее: «полубедного» раствора в нижнюю часть абсорбера подается 1600 т/ч (ок. 83 %) с температурой не более 119 ^оС; в верхнюю часть подается 320 т/ч (ок. 17 %) в виде «бедного» раствора с температурой 65÷75 °С.

Очищенный от двуокиси углерода газ отводится из верхней части второго корпуса абсорбера с температурой 60÷80 ^оC и давлением не более 2,7 МПа. Содержание  двуокиси углерода в технологическом газе после абсорбера не должно превышать 0,2 об. %.

В нижней части первого корпуса абсорбера должно находиться некоторое количество раствора (уровень 1400 мм), обеспечивающее гидравлический затвор.

Выбор системы управления.

Цель управления: стабилизация соотношения суммарного расхода подаваемого раствора и расхода неочищенного газа, путем изменения расходов подаваемого раствора («полубедного» и «бедного»), с обеспечением коррекции по концентрации СО₂ в очищенном газе; поддержание постоянного уровня в абсорбере (L=1400 мм), путем изменения расхода отработанного раствора на выходе.

Концентрация СО₂ в очищенном газе зависит от следующих параметров: соотношения суммарного расхода подаваемого раствора абсорбента и расхода очищаемого газа, начальных концентраций СО₂ в растворе и газе, температуры и давления в аппарате.

Расход очищаемого газа определяется предшествующими стадиями процесса, поэтому стабилизировать его нельзя, а его изменения являются сильными возмущениями для процесса. Для их компенсации обеспечивается стабилизация соотношения суммарного расхода подаваемого раствора и расхода неочищенного газа, путем изменения расходов подаваемого раствора («полубедного» и «бедного»).

Непостоянство концентраций СО₂ в подаваемом растворе и газе, так же вносят в систему возмущения. Для их компенсации вводим коррекцию для регулятора соотношения расходов по концентрации СО₂ в очищенном газе. В итоге получаем каскадную систему регулирования, в которой внешний контур регулирует концентрацию, а внутренний – соотношение расходов.

Поддержание постоянного уровня в абсорбере (L=1400 мм) обеспечивается путем изменения расхода отработанного раствора на выходе.

Процесс абсорбции протекает при высоком давлении и низкой температуре. Значительных возмущений по температуре не наблюдается, поэтому нет надобности в ее регулировании. Температура процесса зависит от температур неочищенного газа и подаваемого раствора, поэтому необходимо обеспечить их контроль: температур «бедного» и «полубедного» растворов, температуры неочищенного газа. Для контроля температуры процесса достаточно контролировать температуру очищенного газа. Аналогично для контроля давления процесса обеспечим контроль давления в трубопроводе очищенного газа.