RU2516635C1 - Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases - Google Patents

Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases Download PDF

Info

Publication number
RU2516635C1
RU2516635C1 RU2012152046/05A RU2012152046A RU2516635C1 RU 2516635 C1 RU2516635 C1 RU 2516635C1 RU 2012152046/05 A RU2012152046/05 A RU 2012152046/05A RU 2012152046 A RU2012152046 A RU 2012152046A RU 2516635 C1 RU2516635 C1 RU 2516635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow rate
oxygen
gas
thermal
natural gas
Prior art date
Application number
RU2012152046/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Семенович Немировский
Михаил Андреевич Лебедской-Тамбиев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Гипрогазоочистка"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Гипрогазоочистка" filed Critical Открытое акционерное общество "Гипрогазоочистка"
Priority to RU2012152046/05A priority Critical patent/RU2516635C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2516635C1 publication Critical patent/RU2516635C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of controlling the process of reducing sulphurous flue gases with natural gas in the presence additional oxygen, involving treatment of flue gases to obtain sulphur in a thermal step and at least one catalytic step, involves controlling the flow rate of natural gas and total flow rate of oxygen into the thermal step based on a preset empirical functional relationship between concentration values of components of the tail gas, flow rate of components of the flue gas and temperature in the thermal reactor chamber. To this end, the method involves measuring the current temperature in the thermal reactor chamber, determining volume flow rate of O2 and N2 in the flue gas and concentration of H2S, COS and SO2 in the tail gas and calculating compensation factors, based on which the flow rate of natural gas and oxygen into the thermal step is adjusted simultaneously. Flow rate of oxygen is defined as the difference between the calculated total flow rate of oxygen and the flow rate of oxygen coming in with the flue gas.
EFFECT: improved method.
1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов с получением элементарной серы в цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.The invention relates to the field of chemistry and can be used to control the process of recovery of oxygen-containing sulfur dioxide gases to produce elemental sulfur in non-ferrous metallurgy, chemical and oil refining industries.

Процесс получения серы восстановлением диоксида серы природным газом из отходящих газов металлургического производства характеризуется переменным составом сырья. Это связано с различной интенсивностью выделения диоксида серы на разных этапах плавки, что приводит к изменению во времени содержания диоксида серы, кислорода и других веществ, поступающих в отделение получения серы.The process of producing sulfur by reducing sulfur dioxide with natural gas from waste gases of metallurgical production is characterized by a variable composition of raw materials. This is due to the different intensity of sulfur dioxide evolution at different stages of smelting, which leads to a change in time of the content of sulfur dioxide, oxygen and other substances entering the sulfur production unit.

Работа в условиях переменного расхода сырья и его состава приводит к снижению эффективности производства серы, что выражается в снижении степени извлечения серы, увеличении выброса диоксида серы в атмосферу, перерасходу природного газа и технического кислорода, вероятности производства некондиционной серы - зеленого или бурого цвета.Working under conditions of variable consumption of raw materials and their composition leads to a decrease in the efficiency of sulfur production, which is reflected in a decrease in the degree of sulfur extraction, an increase in the emission of sulfur dioxide into the atmosphere, an excessive consumption of natural gas and technical oxygen, and the likelihood of producing substandard sulfur - green or brown.

Известен способ управления процессом восстановления сернистых газов природным газом (А.с. СССР №1125187, МПК C01B 17/02, G05D 27/00) путем подачи природного газа и окислителя на сжигание и регулирования температуры в реакторе в зависимости от расхода и температуры сернистых газов, подаваемых на восстановление. Причем температуру в реакторе регулируют изменением расхода природного газа, подаваемого на сжигание, в зависимости от содержания кислорода в сернистых газах.A known method of controlling the process of recovery of sulfur dioxide by natural gas (A.S. USSR No. 1125187, IPC C01B 17/02, G05D 27/00) by supplying natural gas and an oxidizing agent for combustion and controlling the temperature in the reactor depending on the flow rate and temperature of sulfur dioxide filed for recovery. Moreover, the temperature in the reactor is controlled by changing the flow rate of natural gas supplied for combustion, depending on the oxygen content in sulfur dioxide.

В данном изобретении управление основано на расчете по полуэмпирической формуле количества природного газа, которое требуется подать в топку термического реактора для переработки исходной газовой смеси, подаваемой на восстановление. При этом в качестве цели изобретения указано увеличение производительности реактора за счет уменьшения колебаний температуры. С использованием указанной в изобретении формулы, вероятно, можно стабилизировать температуру в топочном пространстве термического реактора, однако достижение при этом требуемого оптимального соотношения серосодержащих компонентов хвостового газа представляется сомнительным. Это усугубляется тем, что приведенные в описании эмпирические коэффициенты имеют более чем двукратный разброс без расшифровки алгоритма выбора нужной величины коэффициента.In this invention, control is based on the semi-empirical calculation of the amount of natural gas that needs to be fed into the furnace of a thermal reactor to process the original gas mixture fed for reduction. Moreover, as an object of the invention, an increase in reactor productivity due to a decrease in temperature fluctuations is indicated. Using the formula indicated in the invention, it is probably possible to stabilize the temperature in the furnace chamber of a thermal reactor, however, achieving the required optimal ratio of sulfur-containing components of the tail gas is doubtful. This is compounded by the fact that the empirical coefficients described in the description have more than twofold scatter without decoding the algorithm for choosing the desired coefficient value.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов природным газом по патенту РФ №2091297, МПК C01B 17/04, G05D 27/00. В соответствии со способом в поток технологического газа, предварительно смешанного с кислородсодержащим газом (воздухом или техническим кислородом), подают природный газ непосредственно перед восстановлением, измеряют расходы природного и кислородсодержащего газов, определяют содержание сероводорода и сернистого ангидрида в газе перед стадией Клауса и измеряют температуру газов в реакционной зоне реактора восстановления. В зависимости от знака и величины разности текущей температуры восстановления и заданной, пропорционально корректируют расход кислородсодержащего газа и природного газа. Одновременно, пропорционально разности между текущим и заданным значениями соотношения компонентов сероводорода и сернистого ангидрида, в зависимости от знака разности корректируют расход природного и кислородсодержащего газов.The closest in technical essence and the achieved result is a method of controlling the recovery of oxygen-containing sulfur dioxide gases by natural gas according to the patent of the Russian Federation No. 2091297, IPC C01B 17/04, G05D 27/00. In accordance with the method, natural gas immediately before reduction is supplied to the process gas stream pre-mixed with an oxygen-containing gas (air or technical oxygen), the flow rates of natural and oxygen-containing gases are measured, the content of hydrogen sulfide and sulfur dioxide in the gas is measured before the Claus stage, and the gas temperature is measured in the reaction zone of the recovery reactor. Depending on the sign and magnitude of the difference between the current reduction temperature and the set one, the flow rate of oxygen-containing gas and natural gas is proportionally adjusted. At the same time, in proportion to the difference between the current and set values of the ratio of the components of hydrogen sulfide and sulfur dioxide, depending on the sign of the difference, the flow rate of natural and oxygen-containing gases is adjusted.

В известном способе температура регулируется изменением расходов кислорода и природного газа, а состав восстановленного газа - изменением только расхода природного газа. В данном описании заложен методический порок: расход кислорода регулируется в контуре, связанном со стабилизацией температуры в топке термического реактора, а расход природного газа регулируется в контуре, связанном со стабилизацией отношения концентраций заданных компонентов хвостового газа. Между тем, выполненный анализ равновесных состояний системы SO2-N2-H2O-О2-CH4, включая все возможные продукты реакций, показывает, что такое разбиение системы управления на контуры неправомерно. Например, при некотором фиксированном отношении компонентов SO2-N2-H2O-O2 в зависимости от величины расхода CH4 будут зафиксированы конкретная температура в топке термического реактора и конкретное отношение концентраций компонентов хвостового газа. При этом малое приращение расхода CH4 может привести как к росту, так и к падению адиабатической температуры в топке. То же относится и к отношению концентраций компонентов хвостового газа. Аналогичные наблюдения относятся к малому приращению подачи кислорода в топку при фиксированных расходах остальных компонентов, включая метан. Такое поведение системы связано конкуренцией экзотермических и эндотермических реакций в топке термического реактора при изменении баланса окислитель-восстановитель на входе в реактор и зависит от конкретного для данной входной смеси отношения реагентов и инертных веществ.In the known method, the temperature is controlled by changing the flow rates of oxygen and natural gas, and the composition of the reduced gas is controlled by changing only the flow rate of natural gas. In this description, a methodological flaw is laid: the oxygen flow rate is regulated in the circuit associated with the stabilization of the temperature in the furnace of the thermal reactor, and the natural gas flow rate is controlled in the circuit associated with the stabilization of the concentration ratio of the specified components of the tail gas. Meanwhile, the analysis of the equilibrium states of the SO 2 —N 2 —H 2 O — O 2 —CH 4 system , including all possible reaction products, shows that such a division of the control system into loops is illegal. For example, with a certain fixed ratio of the components of SO 2 —N 2 —H 2 OO 2 , depending on the flow rate of CH 4 , a specific temperature in the furnace of the thermal reactor and a specific ratio of the concentrations of the components of the tail gas will be recorded. Moreover, a small increment in the flow rate of CH 4 can lead to both an increase and a decrease in the adiabatic temperature in the furnace. The same applies to the ratio of the concentrations of the components of the tail gas. Similar observations relate to a small increment in the supply of oxygen to the furnace at a fixed flow rate of the remaining components, including methane. This behavior of the system is due to the competition of exothermic and endothermic reactions in the furnace of a thermal reactor when the oxidant-reductant balance changes at the reactor inlet and depends on the ratio of reactants and inert substances specific to the input mixture.

Таким образом, возможность установить раздельную функциональную связь между температурой и расходами кислорода и природного газа, с одной стороны, и только расходом природного газа и составом восстановленного газа, с другой стороны, маловероятна. В этой связи управление работой установки для достижения оптимального режима по указанному изобретению представляется проблематичным.Thus, the ability to establish a separate functional relationship between temperature and oxygen and natural gas consumption, on the one hand, and only the consumption of natural gas and the composition of the reduced gas, on the other hand, is unlikely. In this regard, the control of the installation to achieve the optimal mode according to the invention is problematic.

Технической задачей, которую решает настоящее изобретение, является оптимизация управления процессом восстановления сернистых дымовых газов производства метановым способом за счет одновременного регулирования двух управляющих переменных, а именно, расходов кислорода и природного газа.The technical problem that the present invention solves is to optimize the control of the recovery process of sulfur dioxide flue gases by the methane method by simultaneously controlling two control variables, namely, oxygen and natural gas consumption.

Техническая задача решается тем, что управление процессом восстановления сернистых дымовых газов, содержащих SO2, O2 и N2, природным газом в присутствии дополнительного кислорода, который включает переработку дымовых газов с получением серы в термической и, по меньшей мере, одной каталитической ступенях, осуществляют путем регулирования температуры в термическом реакторе, изменяя расходы кислорода и природного газа, а также состава хвостового газа на выходе из каталитической ступени. Для этого анализируют влияние на ключевые параметры процесса его входных, изменяемых параметров. Под ключевыми параметрами принята температура в топке термического реактора и отношение концентраций компонентов в хвостовом газе: (H2S+COS)/SO2. Под входными параметрами процесса принимаются расходы компонентов SO2, N2, O2 и CH4 на входе в термический реактор. С этой целью предварительно измеряют расход и концентрацию SO2 в дымовом газе и определяют объемный расход SO2 и объемный расход O2 и N2 в дымовом газе, замеряют текущее значение температуры в камере термической ступени, концентрацию H2S, COS и SO2 в хвостовом газе и рассчитывают поправочные коэффициенты, на основании которых одновременно корректируют расход природного газа и расход кислорода в термическую ступень. Причем расход кислорода определяют как разность между расчетным расходом общего кислорода и тем расходом кислорода, который поступает с дымовым газом.The technical problem is solved in that the control process for the recovery of sulfur flue gases containing SO 2 , O 2 and N 2 , natural gas in the presence of additional oxygen, which includes the processing of flue gases to produce sulfur in the thermal and at least one catalytic stages, carried out by controlling the temperature in a thermal reactor, changing the flow of oxygen and natural gas, as well as the composition of the tail gas at the outlet of the catalytic stage. To do this, analyze the impact on key process parameters of its input, variable parameters. The key parameters are the temperature in the furnace of the thermal reactor and the ratio of the concentrations of the components in the tail gas: (H 2 S + COS) / SO 2 . Under the input process parameters are taken the costs of the components SO 2 , N 2 , O 2 and CH 4 at the entrance to the thermal reactor. For this purpose, the flow rate and concentration of SO 2 in the flue gas are preliminarily measured and the volumetric flow rate of SO 2 and the volumetric flow rate of O 2 and N 2 in the flue gas are determined, the current temperature value in the thermal stage chamber, the concentration of H 2 S, COS and SO 2 in tail gas and calculate the correction factors, based on which at the same time correct the flow of natural gas and the flow of oxygen to the thermal stage. Moreover, the oxygen flow rate is defined as the difference between the calculated total oxygen flow rate and the oxygen flow rate that comes with the flue gas.

Расчет поправочных коэффициентов осуществляется на основании предварительно (до начала процедуры управления производством) выполненного компьютерного анализа показателей системы в оптимальной области и вблизи нее для всех возможных диапазонов изменения состава и расхода дымового газа.Calculation of correction factors is carried out on the basis of a preliminary (before the start of the production control procedure) computer analysis of the system performance in the optimal area and near it for all possible ranges of changes in the composition and flow of flue gas.

Компьютерный анализ основан на многократно испытанной в промышленных условиях модели процесса, которая базируется на расчете термодинамически равновесных состояний газовой смеси по отдельным аппаратам и по установке в целом.Computer analysis is based on a process model that has been repeatedly tested under industrial conditions, which is based on the calculation of the thermodynamically equilibrium states of the gas mixture for individual devices and for the installation as a whole.

Обобщение результатов по модели позволило установить эмпирическую функциональную зависимость между указанными ключевыми параметрами и входными параметрами процесса в виде системы уравнений следующего вида:A generalization of the results of the model made it possible to establish an empirical functional relationship between these key parameters and the input parameters of the process in the form of a system of equations of the following form:

{ | T ( V O 2 , V C H 4 , V N 2 , V S O 2 ) T к о н | δ T | R ( V O 2 , V C H 4 , V S O 2 ) | δ R } ( 1 )

Figure 00000001
, { | | | T ( V O 2 , V C H four , V N 2 , V S O 2 ) - T to about n | | | δ T | | | R ( V O 2 , V C H four , V S O 2 ) | | | δ R } ( one )
Figure 00000001
,

в которыхin which

T = T ( V O 2 , V C H 4 , V N 2 , V S O 2 ) = α 0 + α 1 × V S O 2 + α 2 × V O 2 + α 3 × V C H 4 + α 4 × V N 2 + + α 5 × V C H 4 × V S O 2 + α 6 × V O 2 × V S O 2 + α 7 × V N 2 2

Figure 00000002
функциональное описание зависимости температуры в топке выходных параметров процесса от его входных параметров, °C, а T = T ( V O 2 , V C H four , V N 2 , V S O 2 ) = α 0 + α one × V S O 2 + α 2 × V O 2 + α 3 × V C H four + α four × V N 2 + + α 5 × V C H four × V S O 2 + α 6 × V O 2 × V S O 2 + α 7 × V N 2 2
Figure 00000002
functional description of the dependence of the temperature in the furnace of the process output parameters on its input parameters, ° C, and

R = R ( V O 2 , V C H 4 , V S O 2 ) = b 0 + b 1 × V S O 2 + b 2 × V O 2 + b 3 × V C H 4 + b 4 × V C H 4 × V S O 2 + b 5 × V O 2 × V S O 2

Figure 00000003
функционал, входящий в критерий оптимального управления процессом и определяющий его достижение, который зависит от расходов кислорода, метана и диоксида серы в термический реактор и рассчитывается по уравнению R = C H 2 S C C O S 2 C S O 2
Figure 00000004
, мол.%, где R = R ( V O 2 , V C H four , V S O 2 ) = b 0 + b one × V S O 2 + b 2 × V O 2 + b 3 × V C H four + b four × V C H four × V S O 2 + b 5 × V O 2 × V S O 2
Figure 00000003
functional that is included in the criterion of optimal process control and determining its achievement, which depends on the consumption of oxygen, methane and sulfur dioxide in a thermal reactor and is calculated by the equation R = C H 2 S - C C O S - 2 C S O 2
Figure 00000004
, mol.%, where

V O 2 , V C H 4 , V N 2 , V S O 2

Figure 00000005
- расходы соответствующих веществ на входе установки, нм3/ч; V O 2 , V C H four , V N 2 , V S O 2
Figure 00000005
- the costs of the relevant substances at the inlet of the installation, nm 3 / h;

Ткон - температура в камере сгорания термической ступени, °C;T con - temperature in the combustion chamber of the thermal stage, ° C;

δT - требуемая точность поддержания температуры в топке камеры сгорания термического реактора относительно оптимальной, °C;δ T - the required accuracy of maintaining the temperature in the furnace of the combustion chamber of a thermal reactor relatively optimal, ° C;

δR - требуемая точность поддержания параметра R относительно оптимального значения, мол.%;δ R - the required accuracy of maintaining the parameter R relative to the optimal value, mol.%;

α0÷a 7 и b0÷b5 - коэффициенты эмпирических регрессионных уравнений, описывающих процесс;α 0 ÷ a 7 and b 0 ÷ b 5 are the coefficients of empirical regression equations describing the process;

C H 2 S

Figure 00000006
, C S O 2
Figure 00000007
, CCOS - концентрации соответствующих компонентов в хвостовом газе процесса, мол.%. C H 2 S
Figure 00000006
, C S O 2
Figure 00000007
, C COS - concentration of the corresponding components in the tail gas of the process, mol.%.

Таким образом, получены два уравнения, которые связывают входные параметры процесса с двумя выходными параметрами. Вид уравнений при этом может быть любым, важно лишь, чтобы полученные уравнения адекватно и с минимальной ошибкой отражали связь между входными и выходными переменными во всем диапазоне изменения входных переменных.Thus, two equations are obtained that relate the input parameters of the process with two output parameters. The type of equations in this case can be any, it is only important that the obtained equations adequately and with a minimum error reflect the relationship between the input and output variables in the entire range of input variables.

Управление процессом происходит в следующей последовательности.Process control takes place in the following sequence.

Определяют текущие концентрации H2S, COS, SO2 в хвостовом газе процесса извлечения серы. По измеренным концентрациям этих компонентов определяют величину R = C H 2 S C C O S 2 C S O 2

Figure 00000004
. Измеряют текущую температуру Т в термическом реакторе. Если |R|<δR и |T-T1|<δT, считают, что процесс эксплуатируется вблизи оптимальной области. Следовательно, регулирование не требуется.The current concentrations of H 2 S, COS, SO 2 in the tail gas of the sulfur recovery process are determined. The measured concentrations of these components determine the value R = C H 2 S - C C O S - 2 C S O 2
Figure 00000004
. Measure the current temperature T in a thermal reactor. If | R | <δ R and | TT 1 | <δ T , consider that the process is operated near the optimal area. Therefore, regulation is not required.

В случае несоблюдения хотя бы одного из этих условий, выполняют следующие регулирующие действия. Определяют расходы диоксида серы, кислорода, инертных веществ, которые вместе с дымовым газом подаются на переработку. Совместно решают систему нелинейных уравнений относительно неизвестных переменных V O 2

Figure 00000008
и V C H 4
Figure 00000009
, при этом остальные переменные, входящие в систему, известны.In case of non-compliance with at least one of these conditions, the following regulatory actions are performed. Determine the costs of sulfur dioxide, oxygen, inert substances, which together with the flue gas are fed for processing. Jointly solve a system of nonlinear equations for unknown variables V O 2
Figure 00000008
and V C H four
Figure 00000009
, while the remaining variables included in the system are known.

Определяют поправочные коэффициенты, представляющие собой отношение текущих расходов О2 и СН4, подаваемых на переработку, к требуемым (вычисленным) расходам. Регулируют подачу в топку природного газа и кислорода в соответствии с найденными величинами их расходов. При этом расход дополнительного кислорода определяют как разность между величиной, которая рассчитана, и тем количеством кислорода, который поступает в термический реактор вместе с дымовым газом.Correction coefficients are determined, which are the ratio of the operating costs O 2 and CH 4 supplied for processing to the required (calculated) costs. Regulate the supply of natural gas and oxygen to the furnace in accordance with the found values of their costs. In this case, the consumption of additional oxygen is determined as the difference between the value calculated and the amount of oxygen that enters the thermal reactor together with the flue gas.

Для иллюстрации ниже приводится пример осуществления вышеуказанного способа, не ограничивающий объем изобретения.To illustrate, below is an example implementation of the above method, not limiting the scope of the invention.

Пример.Example.

Была проанализирована работа установки получения серы из SO2-содержащего дымового газа металлургического производства методом восстановления природным газом. Установка включает термическую и каталитическую ступени. Диапазоны изменений расхода сырья и его состава приведены в таблице 1. Кроме указанных компонентов, дымовой газ содержит также азот, пары воды, диоксид углерода. Предварительными расчетами было установлено, что эти компоненты могут быть пересчитаны на азот без заметной потери точности последующих вычислений. При выводе зависимостей инертные компоненты дымового газа были пересчитаны на азот.The operation of the installation for producing sulfur from SO 2 -containing flue gas of metallurgical production by the natural gas reduction method was analyzed. The installation includes thermal and catalytic stages. The ranges of changes in the consumption of raw materials and their composition are given in table 1. In addition to these components, flue gas also contains nitrogen, water vapor, carbon dioxide. Preliminary calculations found that these components can be converted to nitrogen without a noticeable loss in the accuracy of subsequent calculations. When deriving the dependences, the inert components of the flue gas were converted to nitrogen.

Анализ данной системы был выполнен при помощи компьютерного моделирования, которое включало расчет оптимальных и близких к ним режимов эксплуатации в диапазонах изменения всех показателей дымового газа, показанных в таблице 1. Для каждого режима рассчитывалась адиабатическая температура в топке термического реактора и R = C H 2 S C C O S 2 C S O 2

Figure 00000004
.The analysis of this system was carried out using computer simulation, which included the calculation of optimal and similar operating modes in the ranges of all flue gas indicators shown in table 1. For each mode, the adiabatic temperature in the furnace of the thermal reactor was calculated and R = C H 2 S - C C O S - 2 C S O 2
Figure 00000004
.

Результаты расчетов в графическом виде для одного из режимов представлены на чертеже, который показывает зависимость R (мол. %) и адиабатической температуры в топке (°C) от расходов природного газа (нм3/ч) и кислорода (нм3/ч) в термический реактор, где R - пунктирные изолинии, адиабатическая температура в топке - сплошные изолинии.The calculation results in graphical form for one of the modes are presented in the drawing, which shows the dependence of R (mol.%) And adiabatic temperature in the furnace (° C) on the consumption of natural gas (nm 3 / h) and oxygen (nm 3 / h) in thermal reactor, where R - dashed contours, adiabatic temperature in the furnace - solid contours.

Таблица 1Table 1 Показатель дымового газа, поступающего в термический реакторThe flue gas entering the thermal reactor Минимальное значениеMinimum value Максимальное значениеMaximum value Расход, нм3Consumption, nm 3 / h 2600026000 3100031000 Содержание O2, мол.%The content of O 2 mol.% 7,57.5 11,511.5 Содержание SO2, мол.%The content of SO 2 , mol.% 2323 4242

Далее результаты расчетов аппроксимировались при помощи следующих эмпирических уравнений:Further, the calculation results were approximated using the following empirical equations:

T = T ( V O 2 , V C H 4 , V N 2 , V S O 2 ) = α 0 + α 1 × V S O 2 + α 2 × V O 2 + α 3 × V C H 4 + α 4 × V N 2 + + α 5 × V C H 4 × V S O 2 + α 6 × V O 2 × V S O 2 + α 7 × V N 2 2

Figure 00000010
T = T ( V O 2 , V C H four , V N 2 , V S O 2 ) = α 0 + α one × V S O 2 + α 2 × V O 2 + α 3 × V C H four + α four × V N 2 + + α 5 × V C H four × V S O 2 + α 6 × V O 2 × V S O 2 + α 7 × V N 2 2
Figure 00000010
R = R ( V O 2 , V C H 4 , V S O 2 ) = b 0 + b 1 × V S O 2 + b 2 × V O 2 + b 3 × V C H 4 + b 4 × V C H 4 × V S O 2 + b 5 × V O 2 × V S O 2
Figure 00000003
R = R ( V O 2 , V C H four , V S O 2 ) = b 0 + b one × V S O 2 + b 2 × V O 2 + b 3 × V C H four + b four × V C H four × V S O 2 + b 5 × V O 2 × V S O 2
Figure 00000003

При этом неизвестные коэффициенты а0÷a7 и bo÷b5 уравнений подбирались при помощи метода наименьших квадратов, их значения для рассматриваемого случая приведены в таблице 2.In this case, the unknown coefficients a 0 ÷ a 7 and b o ÷ b 5 equations were selected using the least squares method, their values for the case under consideration are given in table 2.

Таблица 2table 2 ПараметрParameter ОценкаRating ПараметрParameter ОценкаRating а0 a 0 1174,3701174,370 b0 b 0 2,9492,949 a1 a 1 0,0030.003 b1 b 1 -0,004-0.004 а2 a 2 0,1590.159 b2 b 2 -0,006-0.006 а3 a 3 -0,066-0.066 b3 b 3 0,0080.008 a4 a 4 -0,007-0.007 b4 b 4 -1,084×10-7 -1.084 × 10 -7 a5 a 5 2,415×10-6 2,415 × 10 -6 b5 b 5 1,899×10-7 1,899 × 10 -7 а6 a 6 -5,123×10-6 -5.123 × 10 -6 а7 a 7 -1,899×10-7 -1.899 × 10 -7

Рассмотрим эксплуатацию установки со следующими входными параметрами. На вход термического реактора установки поступает 31000 нм3/ч дымового газа следующего состава, мол.%: SO2 - 23; O2 - 11,5; H2O - 9,2; N2 - остальное. Для переработки этого газа в топку термического реактора подают на отдельную горелку воздух в количестве 2300 нм3/ч с соответствующим расходом топливного газа (250 нм3/ч), подают технический кислород (O2 - 95,5%, N2 - 4,5%) в количестве 2452 нм3/ч и природный газ, так что общий расход природного газа в термический реактор (включая расход газа на отдельную горелку) составляет 7859 нм3/ч, а общий расход кислорода (включая кислород дымового газа, воздуха, подаваемого в горелку термического реактора, и дополнительный кислород) составляет 6325 нм3/ч. При этом адиабатическая температура в топке термического реактора составляет 1333°C, а концентрации серосодержащих компонентов хвостового газа следующие, мол.%: H2S - 2,44; SO2 - 0,51, COS - 0,40, что соответствует значению R=1,02 мол.%.Consider the operation of the installation with the following input parameters. The input of the thermal reactor of the installation receives 31000 nm 3 / h of flue gas of the following composition, mol.%: SO 2 - 23; O 2 - 11.5; H 2 O - 9.2; N 2 - the rest. To process this gas, air in an amount of 2300 nm 3 / h with a corresponding fuel gas flow rate (250 nm 3 / h) is fed to a furnace of a thermal reactor, technical oxygen is supplied (O 2 - 95.5%, N 2 - 4, 5%) in the amount of 2452 nm 3 / h and natural gas, so that the total consumption of natural gas in a thermal reactor (including the gas flow to a separate burner) is 7859 nm 3 / h, and the total oxygen consumption (including oxygen from flue gas, air, fed to the burner of a thermal reactor, and additional oxygen) is 6325 nm 3 / h. In this case, the adiabatic temperature in the furnace of the thermal reactor is 1333 ° C, and the concentrations of sulfur-containing components of the tail gas are the following, mol.%: H 2 S - 2,44; SO 2 - 0.51, COS - 0.40, which corresponds to a value of R = 1.02 mol.%.

Для эксплуатации установки в оптимальном режиме необходимо, чтобы температура в термическом реакторе и R были ограничены следующими пределами:To operate the unit in optimal mode, it is necessary that the temperature in the thermal reactor and R be limited by the following limits:

{ | T 1350 | 5 | R | 0,05

Figure 00000011
{ | | | T - 1350 | | | 5 | | | R | | | 0.05
Figure 00000011

Значение температуры в режиме оптимальной эксплуатации (1350°C) определено для данной установки заранее, исходя из конструкции топки и опыта эксплуатации установки, значение R=0 в режиме оптимальной эксплуатации определяется стехиометрией реакции получения серы (реакции Клауса). Значения допустимого разброса показателей относительно оптимальных по температуре ±5°C и по концентрациям компонентов ±0,05 мол.% приняты из соображений практической достижимости показателей и их влияния на извлечение серы и выбросы диоксида серы на установке.The temperature value in the optimal operation mode (1350 ° C) is determined in advance for this installation, based on the design of the furnace and the operating experience of the installation, the value R = 0 in the optimal operation mode is determined by the stoichiometry of the sulfur production reaction (Claus reaction). Values of permissible dispersion of indicators are relatively optimal in temperature ± 5 ° C and in component concentrations ± 0.05 mol%, taken from considerations of practical attainability of indicators and their effect on sulfur recovery and sulfur dioxide emissions at the installation.

Указанные расходы природного газа и кислорода, подаваемые на установку, не обеспечивают переработку дымового газа указанного расхода и состава в оптимальном режиме, т.к.The indicated costs of natural gas and oxygen supplied to the installation do not ensure the processing of flue gas of the indicated flow rate and composition in the optimal mode, since

{ | T 1350 | = | 1333 1350 | = 7 > 5 | R | = | 1,02 | > 0,05

Figure 00000012
{ | | | T - 1350 | | | = | | | 1333 - 1350 | | | = 7 > 5 | | | R | | | = | | | 1,02 | | | > 0.05
Figure 00000012

В этом случае проводятся вычисления в соответствии с описанным выше алгоритмом. Вычисления заключаются в совместном решении системы уравнений (1) с известными значениями параметров N V 2

Figure 00000013
, V S O 2
Figure 00000014
, коэффициентов уравнений (таблица 2) относительно неизвестных расходов кислорода и топливного газа, сочетание которых при заданных входных условиях обеспечит эксплуатацию установки в режиме, близком к оптимальному. В результате определяют требуемые расходы кислорода - 6424 нм3/ч и природного газа - 7630 нм3/ч.In this case, calculations are carried out in accordance with the algorithm described above. The calculations consist in the joint solution of the system of equations (1) with known parameter values N V 2
Figure 00000013
, V S O 2
Figure 00000014
, coefficients of equations (table 2) with respect to unknown oxygen and fuel gas flows, the combination of which under given input conditions will ensure operation of the installation in a mode close to optimal. As a result, the required oxygen consumption is determined - 6424 nm 3 / h and natural gas - 7630 nm 3 / h.

В топку термического реактора вместе с дымовым газом поступает 31000×0,115=3565 нм3/ч кислорода и с воздухом 2300x0,21=483 нм3/ч. Итого 4048 нм3/ч кислорода. Таким образом, дополнительно в топку термического реактора необходимо подать (6424-4048)/0,955=2488 нм3/ч технического кислорода с содержанием основного вещества 95,5 мол.%.Together with the flue gas, 31000 × 0.115 = 3565 nm 3 / h of oxygen and 2300x0.21 = 483 nm 3 / h of air enter the furnace of the thermal reactor. Total 4048 nm 3 / h of oxygen. Thus, in addition to the furnace of a thermal reactor, it is necessary to supply (6424-4048) /0.955 = 2488 nm 3 / h of technical oxygen with a basic substance content of 95.5 mol.%.

После установления расходов кислорода и природного газа в соответствии с найденными значениями, при неизменном расходе и составе перерабатываемого дымового газа в установившемся режиме, температура в термическом реакторе составит 1354°C (адиабатическая температура), а равновесные концентрации серосодержащих компонентов дымового газа следующие, мол.%: H2S -1,73; SO2 - 1,05; COS - 0,38, что соответствует значению R=0,045 мол.%.After establishing the flow rates of oxygen and natural gas in accordance with the found values, at a constant flow rate and composition of the processed flue gas in the steady state, the temperature in the thermal reactor will be 1354 ° C (adiabatic temperature), and the equilibrium concentrations of sulfur-containing components of the flue gas are as follows, mol.% : H 2 S -1.73; SO 2 - 1.05; COS - 0.38, which corresponds to a value of R = 0.045 mol.%.

{ | T 1350 | = | 1354 1350 | = 4 5 | R | = | 0,045 | 0,05

Figure 00000015
{ | | | T - 1350 | | | = | | | 1354 - 1350 | | | = four 5 | | | R | | | = | | | 0,045 | | | 0.05
Figure 00000015

Коррекция расходов кислорода и природного газа на установку привела к эксплуатации установки в режиме, близком к оптимальному.Correction of oxygen and natural gas consumption for the installation led to the operation of the installation in a near optimal mode.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает достижение одновременно оптимальной температуры в термическом реакторе и оптимального отношения реагирующих серосодержащих компонентов.Thus, the present invention ensures the achievement of both optimal temperature in a thermal reactor and an optimal ratio of reactive sulfur-containing components.

При этом для переработки данного расхода и состава дымового газа обеспечивается минимальный расход топливного газа и технического кислорода, достигаются максимально возможный выход серы, минимальные выбросы диоксида серы, сведен к минимуму риск получения некондиционной серы.At the same time, for processing this flow rate and flue gas composition, the minimum consumption of fuel gas and technical oxygen is ensured, the maximum possible sulfur yield, minimum sulfur dioxide emissions are achieved, and the risk of producing substandard sulfur is minimized.

Claims (1)

Способ управления процессом восстановления сернистых дымовых газов, содержащих SO2, O2 и N2, природным газом в присутствии дополнительного кислорода, включающим переработку дымовых газов с получением серы в термической и, по меньшей мере, одной каталитической ступенях, путем регулирования температуры в термическом реакторе изменением расходов кислорода и природного газа, а также состава хвостового газа на выходе из каталитической ступени, при котором измеряют расход и концентрацию SO2 в дымовом газе и определяют объемный расход SO2, отличающийся тем, что расход природного газа и общий расход кислорода в термическую ступень регулируют, исходя из предварительно установленной эмпирической функциональной зависимости между значениями концентраций компонентов хвостового газа, расходов компонентов дымового газа и температуры в камере термического реактора, для чего замеряют текущее значение температуры в камере термической ступени, определяют объемный расход O2 и N2 в дымовом газе и концентрацию H2S, COS и SO2 в хвостовом газе и рассчитывают поправочные коэффициенты, на основании которых одновременно корректируют расход природного газа и расход кислорода в термическую ступень, причем расход кислорода определяют как разность между расчетным расходом общего кислорода и тем расходом кислорода, который поступает с дымовым газом. The method of controlling the recovery process of sulfur dioxide flue gases containing SO 2 , O 2 and N 2 , natural gas in the presence of additional oxygen, including the processing of flue gases to produce sulfur in the thermal and at least one catalytic stages, by controlling the temperature in the thermal reactor by changing the flow rates of oxygen and natural gas, as well as the composition of the tail gas at the outlet of the catalytic stage, in which the flow rate and concentration of SO 2 in the flue gas are measured and the volumetric flow rate of SO 2 is determined, characterized in that the flow rate of natural gas and the total flow rate of oxygen to the thermal stage are controlled based on a pre-established empirical functional relationship between the concentrations of the tail gas components, the flow rates of the flue gas components and the temperature in the thermal reactor chamber, for which the current temperature value in the thermal chamber is measured stage, determine the volumetric flow rate O 2 and N 2 in the flue gas and the concentration of H 2 S, COS and SO 2 in the tail gas and calculate correction factors on the basis of SRI are simultaneously corrected gas flow rate and oxygen flow rate in the thermal stage, the oxygen consumption is determined as the difference between the calculated total oxygen flow rate and the flow rate of oxygen which is supplied with the flue gas.
RU2012152046/05A 2012-12-05 2012-12-05 Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases RU2516635C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012152046/05A RU2516635C1 (en) 2012-12-05 2012-12-05 Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012152046/05A RU2516635C1 (en) 2012-12-05 2012-12-05 Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2516635C1 true RU2516635C1 (en) 2014-05-20

Family

ID=50779026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012152046/05A RU2516635C1 (en) 2012-12-05 2012-12-05 Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516635C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642859C1 (en) * 2016-12-09 2018-01-29 Акционерное общество "Гипрогазоочистка" Method of control of sulphur production process according to claus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1528723A1 (en) * 1987-11-19 1989-12-15 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов Method of controlling the process of reduction of gaseous sulfur dioxide of metallurgical production
RU2091297C1 (en) * 1990-07-31 1997-09-27 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет" Method of control of process for reducing oxygen-containing sulfur dioxides
US20120237438A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Imb Controls Inc. Adaptive Control System for a Sulfur Recovery Process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1528723A1 (en) * 1987-11-19 1989-12-15 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов Method of controlling the process of reduction of gaseous sulfur dioxide of metallurgical production
RU2091297C1 (en) * 1990-07-31 1997-09-27 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет" Method of control of process for reducing oxygen-containing sulfur dioxides
US20120237438A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Imb Controls Inc. Adaptive Control System for a Sulfur Recovery Process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642859C1 (en) * 2016-12-09 2018-01-29 Акционерное общество "Гипрогазоочистка" Method of control of sulphur production process according to claus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2841739C (en) A process for incinerating nh3 and a nh3 incinerator
JP2017516742A (en) Method and apparatus for recovering sulfur
Zarei et al. Kinetic modeling and optimization of Claus reaction furnace
Wang et al. Effect of steam and sulfur dioxide on sulfur trioxide formation during oxy-fuel combustion
KR20180109064A (en) Method for supplying hydrogen-containing reducing gas to the blast furnace shaft
RU2009123209A (en) METHOD AND DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF METAL MATERIALS
RU2516635C1 (en) Method of controlling process of reducing sulphurous flue gases
JPWO2015045766A1 (en) Control device and control method for converter blowing equipment
RU2020106916A (en) FURNACE SYSTEM AND METHOD OF FURNACE OPERATION
US8527071B2 (en) Adaptive control system for a sulfur recovery process
US20150078984A1 (en) Method for controlling the temperature in the combustion furnace of a claus unit
CN203217389U (en) Control system of reactor for preparing acrylic acid with propane through one-step method
AU2018275646B2 (en) Method for the catalytic oxidation of ammonia gas
US20060014292A1 (en) Process and system for controlling a process gas stream
RU2642859C1 (en) Method of control of sulphur production process according to claus
US3692480A (en) Method for controlling a sulfur recovery process
Zarei A modified kinetic reaction scheme for Claus reaction furnaces in oil refineries
RU2091297C1 (en) Method of control of process for reducing oxygen-containing sulfur dioxides
JP2008175465A (en) Combustion method of industrial furnace
JP2010248068A5 (en)
CN221007473U (en) Device for measuring dehydration effect of thionyl chloride
KR101352151B1 (en) Combustion air controlling method according to acid gas source in sulfur recovery process
SU611876A1 (en) Method of regulating process of hydrogen sulfide gas burning in furnace
JP2009235451A (en) Heat-treatment method
CN111425884B (en) Method for reducing emission concentration of sulfur dioxide in flue gas of full-combustion gas boiler

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181206