DD254529A5

DD254529A5 - Verfahren zur regelung des druckes eines in einem reaktor entstehenden gases

Info

Publication number: DD254529A5
Application number: DD87300013A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Kischel; Josef Salzinger; Richard Schoettner
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1986-02-19
Filing date: 1987-02-08
Publication date: 1988-03-02
Also published as: DE3605172A1; FR2594355A1; NO870651D0; US4762531A; DE3605172C2; CA1263809A; NO165280B; NO165280C; NO870651L; AT388056B; ATA22687A; JPS62193642A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Drucks eines in einem Reaktor entstehenden Gases und der kontinuierlichen Abfuehrung mittels eines in einer Gasabfuehrungsstecke liegenden Gasverdichters auf einen im Reaktor im wesentlichen konstanten Druckwert. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass die starken, raschen Schwankungen der Menge des im Reaktor entstehenden Gases es nur zu geringen Abweichungen des Gasdruckes im Reaktor fuehrt. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass in Abhaengigkeit vom Druck des Gases im Reaktor ueberdies ueber eine zweite Regelstrecke ein die Gasrueckfuehrungsrate in einer die Gasabfuehrungsstrecke stromabwaerts des Gasverdichters mit der Gasabfuehrungsstrecke stromaufwaerts des Gasverdichters oder mit dem Reaktor verbundenen Gasrueckfuehrungsstrecke beeinflussendes zweites Stellglied gesteuert wird, wobei die Steuerung des zweiten Stellglieds mit geringerer Traegheit als die Steuerung des ersten Stellglieds erfolgt. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Druckes eines in einem Reaktor entstehenden Gases und der kontinuierlichen Abführung mittels eines in einer Gasabführungsstrecke liegenden Gasverdichters auf einen im Reaktor im wesentlichen konstanten Druckwert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Geschlossene Reaktoren, wie z. B. großvolumige Industrieöfen zur Herstellung von Calciumcarbid oder große Mischgeräte, in denen chemische Reaktionen unter Gasentwicklung ablaufen, sind in ihrem Betrieb von zahlreichen Einflußgrößen abhängig (Winnacker-Küchler, 4. Auflage, Bd. 2, Seite 61 Iff., 1982). Sie sind daher häufig starken Druckschwankungen ausgesetzt, die durch unregelmäßige Gasentwicklung und auch spontane Gasausbrüche aus der Reaktionszone des Füllgutes hervorgerufen werden. Stärkere Druckschwankungen verursachen Störungen beim Betrieb der Reaktoren, und auch der Gasabzug wird in unerwünschterWeise beeinflußt.

Nach dem Stand der Technik erfolgt der Gasabzug aus geschlossenen Reaktoren durch einen Gasverdichter, welcher einer Gasaufbereitungsanlage nachgeschaltet ist. Die Fördermenge des Gases wird durch einen auf den Reaktordruck träge ansprechenden Regelkreis mit einem die Saugseite mit der Druckseite des Gasverdichters verbindenden Bypassventil als Stellglied weitgehend konstant gehalten:

z. B. wird eine langsam erfolgende Druckerhöhung im Reaktor durch Schließen des Bypassventils und somit Erhöhung der Fördermenge des Gasverdichters ausgeglichen.

Rasche Druckänderungen, die durch Überdruck- oder Unterdruckspitzen in Erscheinung treten, können von dem träge ansprechenden Regelkreis nicht ausgeglichen werden. Daher kann es in derartigen Reaktoren zu gefährlichen Gasaustritten in die Umgebung kommen, da ein plötzlicher Überdruck im Reaktor, der durch ein spontanes Austreten größerer Gasmengen aus der Reaktionszone verursacht ist, nur langsam abgebaut wird.

Ein rascher Anstieg des Druckes im Reaktor bewirkt wegen der Trägheit der Regelstrecke aber auch dann noch eine langsam ansteigende Fördermenge des Gases, wenn der Druck im Reaktor seinen Sollwert wieder erreicht: es kommt zu einer Übersteuerung mit der Folge, daß ein Unterdruck im Reaktorraum entsteht und hierdurch unerwünschte Fremdluft in den Reaktorraum gesaugt wird.

Solche Störungen können das Bedienungspersonal gefährden und führen zu erheblichen Ausbeute- und Energieverlusten. Darüber hinaus wird die an den Reaktor angeschlossene Gasaufbereitungsanlage in ihrer Funktion durch plötzlich auftretende Druck-und Mengenschwankungen des Gases nachhaltig in unerwünschter Weise beeinflußt. .

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regelung des Druckes eines in einem Reaktor entstehenden Gases zur Verfügung zu stellen, mit welchem störungsfrei und sicher gearbeitet werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Drucks eines in einem Reaktor entstehenden Gases und der kontinuierlichen Abführung mittels eines in einer Gasabführungsstrecke liegenden Gasverdichters auf einen im Reaktor im wesentlichen konstanten Druckwert, bei dem in Abhängigkeit vom Druck des Gases in dem Reaktor über eine erste Regelstrecke ein die Gasabführungsrate durch die Gasabführungsstrecke beeinflussendes erstes Stellglied gesteuert wird, zu schaffen, das auch bei starken, raschen Schwankungen der Menge des im Reaktor entstehenden Gases nur zu geringen Abweichungendes Drucks des Gases im Reaktorführt, so daß solche Schwankungen praktisch keinerlei Einfluß auf den Betrieb der Anlage, mittels der das Verfahren durchgeführt wird, ausüben können, eine Gefährdung des Bedienungspersonals durch ausströmende Gase ausgeschlossen ist und das Einströmen von Fremdluft in den Reaktorraum vermieden wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit vom Druck des Gases im Reaktor überdies über eine zweite Regelstrecke ein die Gasrückführungsrate in einer die aus Leitungen bestehenden Gasabführungsstrecke stromabwärts des Gasverdichters mit der Gasabführungsstrecke stromaufwärts des Gasverdichters oder mit dem Reaktor verbundenen aus Leitungen bestehenden Gasrückführungsstrecke beeinflussendes zweites Stellglied oder Regelventil gesteuert wird, wobei die Steuerung des zweiten Stellglieds mit geringerer Trägheit als die Steuerung des ersten Stellglieds oder Regelventils erfolgt. Da die Steuerung des zweiten Stellglieds mit geringerer Trägheit als die Steuerung des ersten Stellglieds erfolgt, werden plötzlich auftretende Druckschwankungen im Reaktorraum sehr rasch ausgeglichen; langfristige Druckerhöhungen treten praktisch nicht mehr auf; das Entstehen eines Unterdrucks im Reaktorraum wird praktisch vollständig vermieden. Das Verfahren kann ohne Schwierigkeit derart ausgeführt werden, daß der Druck des Gases im Reaktor innerhalb der sehr engen. Toleranzgrenzen von -0,2mbar bis 4-3mbar um den Atmosphärendruck, bevorzugt von -0,05 mbar bis +0,2mbar um den Atmosphärendruck gehalten wird.

Besonders vorteilhaft ist es, der zweiten Regelstrecke eine P-Charakteristikzu geben, bevorzugt weist die zweite Regelstrecke jedoch eine PD-Charakteristik auf.

Besonders wirksam ist die Regelung im Sinne der Lösung der Aufgabe bei Einstellung der Stellglieder derart, daß sich Gasrückführungsrate kleiner als 50 Vol.-%, bevorzugt jedoch kleiner als 25 Vol.-% der Gasabführungsrate ist. Die Gasrückführung muß nicht in den Reaktor direkt erfolgen, sondern kann auch in Gasaufbereitungsvorrichtungen vorgenommen werden, wobei die Gasrückführung in einen in der Gasabführungsstrecke zwischen dem Reaktor und dem Gasverdichter liegenden Wärmetauscher und/oder Staubfilter und/oder Gaswäscher und/oder Abscheider erfolgt. Besondere Vorteile bietet das Verfahren beim Betrieb geschlossener Carbidöfen, denn es schafft die Möglichkeit, Rohstoffe von minderwertiger Qualität einzusetzen. Minderwertige Rohstoffe haben die Neigung, im Carbidöfen zu verbacken, was zu plötzlichen Gasausbrüchen führen kann. Auch ein hoher Feuchtigkeitsgehalt der Rohstoffe kann schlagartig eine große Dampf-/ Gasmenge freisetzen. Plötzlich auftretenden Mengenänderungen und damit Druckänderungen im Gasraum des Carbidofens werden jedoch durch das Verfahren der Erfindung beherrschbar. Auch wird durch das Verfahren der Erfindung sowohl die Gasausbeute als auch die Gasqualität wesentlich verbessert, da ein Einsaugen von unerwünschter Fremdluft aus der Umgebung durch Unterdruck in den Gasraum des Ofens praktisch nicht mehr auftritt.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft in einer Anlage durchführen, wie sie in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt ist.

In derZeichnung ist ein Reaktor A dargestellt, der einen Gasraum 2 aufweist, der in dem Reaktor A entstehende Gase auf nimmt. Der Gasraum 2 ist über eine Leitung 4 mit einem Staubfilter 8 verbunden. Von dem Staubfilter B führt eine Leitung 6 zu einem Wärmetauscher C. Vom Wärmetauscher C führt eine Leitung 8 zu einem Gaswäscher D und vom Gaswäscher D eine Leitung 10 zu einem Gasverdichter E. Das von dem Gasverdichter E verdichtete Gas gelangt über eine Leitung 12, in der sich ein Drosselventil V befindet, (in diesem Ausführungsbeispiel) zur Weiterverarbeitung. Vordem Drosselventil V ist eine Leitung 14 abgezweigt, die ihrerseits zweite Leitungen 16; 18; 20 zu dem Gaswäscher D zum Gasraum 2 im Reaktor A und zur Leitung 6 aufweist.

In einer den Ausgang mit dem Eingang des Gasverdichters E verbindenden ersten rückführenden Leitung 22 liegt ein Regelventil V1, das über eine nur schematisch angedeutete Regelstrecke R1 vom Ausgangssignal eines Druckmessers P verstellt wird, der den Druck im Gasraum 2 des Reaktors A abnimmt. In der rückführenden Leitung 14 liegt ein zweites Regelventil V 2, das über eine zweite, ebenfalls nur schematisch angedeutete Regelstrecke R 2 von dem Druckmesser P verstellt wird. Die Regelstrecken R1; R2 arbeiten mit den ihnen zugeordneten Regelventilen VI; V2 derart zusammen, daß das Regelventil V1 auf Signale vom Druckmesser P wesentlich träger verstellt wird als das Regelventil V2.

Herrschtim Gasraum 2 des Reaktors A ein Druck P, so herrscht in der Leitung4 (im Mittel) ein etwas kleinerer Druck P1. Dementsprechend herrscht in der Leitung 6 im Mittel ein Druck P2, der kleiner ist als P1 in der Leitung 8, im Mittel ein Druck P3, der kleiner ist als P2 und in der Leitung 10 ein Druck P4, der kleiner ist als P3. In der Leitung 12 herrscht wegen des Gasverdichters E ein Druck P5, der größer ist als P4, so daß Gas durch die Leitung 22 in Richtung der dort eingezeichneten Pfeile zu strömen sucht. Der Druck P5 in der Leitung 12 liegt über dem Atmosphärendruck. Das Drosselventil V entspannt daher P 5 auf Patm. In der rückführenden Leitung 14 stromaufwärts des Regelventils V2 herrscht ein DruckP6, der zwischen dem Druck P2 und dem Druck P5 liegt. Dementsprechend kann durch die zweiten Leitungen 16; 18; 20 das Gas in Richtung der dort eingezeichneten Pfeile strömen

Im folgenden werden zwei Beispiele für den Betrieb der Anlage nach der Zeichnung angegeben.

Beispiel 1:

Ein geschlossener Reaktor A in Form eines Carbidofens produziert im Normalbetrieb ungefähr 5000 Nm³ Carbidofengas in der Stunde. Das Gas wird durch das Staubfilter Bund den Wärmetauscher C aufbereitet. Die Förderung der gesamten Gasmenge von etwa 8000Nm³/Std. erfolgt durch den Gasverdichter E, wobei ungefähr 2000NrrrVStd. des Gases über das Regelventil V1 im Kreislauf bewegt werden. Die langsam ansprechende Regelstrecke R1 stellt das Regelventil V1 derart ein, daß durch Änderungen der Leistung des Carbidofens bedingte langsame Änderungen des Gasdruckes im Gasraum 2 durch entsprechende Änderungen der abgesaugten Gasmenge ausgeglichen werden.

Durch das Regelventil V2 werden im Normalfall 1000Nm³/Std. Carbidofengas in den Carbidofen zurückgeführt. Eine rasche Druckerhöhung im Gasraum 2 bewirkt über die Regelstrecke R 2 eine sofortige Verringerung der über das Regelventil V2 zurückgeförderten Gasmenge. Dadurch wird einem Ansteigen des Drucks im Gasraum 2 sofort entgegengewirkt. Umgekehrt erhöht sich bei rasch sinkendem Druck im Gasraum 2 die über das Regelventil V2 zurückgeführte Gasmenge rasch. Das Regelventil V1 regelt daher eine leistungsbedingte Änderung des Gasdruckes im Carbidofen, während das Regelventil V2 überlagerte, schnelle, z. B. durch den Ofengang verursachte Druckänderungen im Gasraum 2 ausgleicht. Der Druck im Gasraum 2 des Carbidofens bzw. Reaktors A weicht im Ergebnis stets nur um ungefähr —0,1 bis +0,15mbar vom Atmosphärendruck ab.

Beispiel 2:

Bei der Hydratisierung von Kalkstickstoff in einem Reaktor A entstehen stündlich etwa 1 500Nm³ eines Gasgemisches aus Acetylen, Ammoniak, Stickstoff und Wasserdampf. Der kontinuierliche, jedoch in seiner Menge stark schwankende Gasstrom wird vom Gasverdichter E aus dem Reaktor A über ei η Staubfilter B und einen Gaswäscher D gefördert. Im Gaswäscher D werden ungefähr 1100Nm³/Std. des Gases zurückgehalten bzw. kondensiert.

Langsame Druckänderungen werden über die Regeistrecke R1 derart geregelt, daß das Regelventil V1 langsamen Mengenänderungen des Gasstromes folgt und mehr oder weniger Gas im Kreislauf führt.

Über das Regelventil V2 werden von der Druckseite des Gasverdichters E im Regelfall 100Nm³/Std. Gas zurück in den Gaswäscher D geführt. Bei rasch steigendem Druck oder bei Auftreten von Druckspitzen im Gasraum 2 drosselt das Regelventil V2 den zurückgeführten Gasstrom. Fallender Druck im Gasraum 2 des Reaktors A oder im Gaswäscher D bewirkt eine Erhöhung dieser Gasmenge bis der Druck seinen Sollwert im Gasraum 2 erreicht hat. Der Druck im Gasraum 2 wird durch diese Regelung sogehalten, daß er nicht mehr als ±0 bis +3mbarvom Atmosphärendruck abweicht.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Drucks eines in einem Reaktor entstehenden Gases und der kontinuierlichen Abführung mittels eines in einer Gasabführungsstrecke liegenden Gasverdichters auf einen im Reaktor im wesentlichen konstanten Druckwert, bei dem in Abhängigkeit vom Druck des Gases in dem Reaktor über eine erste Regelstrecke ein die Gasabführungsrate durch die Gasabführungsstrecke beeinflussendes erstes Stellglied gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Druck des Gases im Reaktor (A) überdies über eine zweite Regelstrecke (R2) ein die Gasrückführungsrate in einer die aus den Leitungen (4; 6; 8; 10; 12) bestehenden Gasabführungsstrecke stromabwärts des Gasverdichters (E) mit der Gasabführungsstrecke stromaufwärts des Gasverdichters (E) mit der Gasabführungsstrecke stromaufwärts des Gasverdichters (E) oder mit dem Reaktor (A) verbundenen aus Leitungen (14; 16; 18; 20) bestehenden Gasrückführungsstrecke beeinflussendes zweites Stellglied oder Regelventil (V2) gesteuert wird, wobei die Steuerung des zweiten Stellglieds mit geringerer Trägheit als die Steuerung des ersten Stellglieds oder Regelventils (V 1) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases im Reaktor (A) innerhalb Toleranzgrenzen von — 0,2mbar bis +3mbar um den Atmosphärendruck gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases im Reaktor (A) innerhalb Toleranzgrenzen von -0,05mbar bis +0,2mbar um den Atmosphärendruck gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelstrecke (R2) eine P-Charakteristik aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelstrecke (R2) eine PD-Charakteristik aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasrückführungsrate kleiner als 50VoI.-% der Gasabführungsrate ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasrückführungsrate kleiner als 25 Vol.-% der Gasabführungsrate ist.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasrückführung in einen in der Gasabführungsstrecke zwischen dem Reaktor (A) und dem Gasverdichter (E) liegenden Wärmetauscher (C) und/oder Staubfilter (B) und/oder Gaswäscher (D) und/oder Abscheider erfolgt.

Hierzu 1 Seite Zeichnung