用于控制氨生產系統(tǒng)的裝置和方法制造方法及圖紙

提供用于控制氨生產系統(tǒng)（１００）的裝置、方法和計算機程序。至少一個模型與可操作以生產氨的生產設備（１０２）關聯(lián)，其中生產設備（１０２）包括轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段。該生產設備（１０２）使用至少一個模型控制。至少一個模型與多個可控變量和多個可操縱變量關聯(lián)。可控變量中的至少一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和／或氨合成反應器段關聯(lián)。可操縱變量中的至少一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和／或氨合成反應器段關聯(lián)。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開大體上涉及控制系統(tǒng)并且更加具體地涉及用于控制氨生 產系統(tǒng)的裝置和方法。
技術介紹
氨生產工廠典型地包括設計成轉變天然氣為氨的復雜設置的設 備。時常，天然氣用作生產氨的原材料并且用作在生產工廠中的設備 的燃料。理想地，氨生產工廠運轉使得氨的產量被最大化同時天然氣 和能量的消耗被最小化。然而，考慮到與這些控制和優(yōu)化目標關聯(lián)的 很多限制，常規(guī)的控制系統(tǒng)典型地不能滿足這些控制和優(yōu)化目標。
技術實現(xiàn)思路
本公開提供。在第 一 實施例中，裝置包括至少 一個可操作以存儲至少 一個模型 的存儲器。該至少一個模型與可操作以生產氨的生產設備關聯(lián)。生產 設備包括轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段。該裝置還包 括至少 一個可操作以使用該至少 一個模型控制生產設備的處理器。該 至少一個模型與多個可控變量和多個可操縱變量關聯(lián)。可控變量中的 至少 一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段中的至少一 個關聯(lián)。可操縱變量中的至少一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨 合成反應器段中的至少 一個關聯(lián)。在特定實施例中，轉化爐段包括一段轉化爐(primary reformer) 和二段轉化爐。同樣，可控變量中的至少一個與下列中的至少一個關 聯(lián)在二段轉化爐中的曱烷遺漏(methane slip )、可操作以影響轉化爐段運轉的空氣壓縮機和一段轉化爐的一個或多個加熱極限。另外，可操縱變量中的至少一個與下列中的至少一個關聯(lián)在一段轉化爐中的天然氣給料流量、蒸汽流量或蒸汽比氣體比率或蒸汽比碳氫化合物 比率、在二段轉化爐中的空氣流量或空氣比氣體比率、和在一段轉化 爐中的曱烷遺漏。在其他特定的實施例中，可控變量中的至少一個與在二氧化碳洗 滌段中的二氧化碳遺漏關聯(lián)。同樣，可操縱變量中的至少一個與在二 氧化碳洗滌段中的廢溶液的流速和廢溶液的溫度中的至少一個關聯(lián)。在再其他特定的實施例中，可控變量中的至少一個與下列中的至少一個關聯(lián)在氨合成反應器段中的合成反應器的壓力、和在氨合成 反應器段中的合成氣體壓縮機。同樣，可操縱變量中的至少一個與合 成氣體壓縮機的吸入壓力關聯(lián)。在第二實施例中，方法包括存儲至少一個模型，其中該至少一個 模型與可操作以生產氨的生產設備關聯(lián)。生產設備包括轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段。該方法還包括使用至少一個沖莫型控 制生產設備。該至少一個模型與多個可控變量和多個可操縱變量關 聯(lián)。可控變量中的至少一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反 應器段中的至少一個關聯(lián)。可操縱變量中的至少一些與轉化爐段、二 氧化碳洗滌段和氨合成反應器段中的至少一個關聯(lián)。在第三實施例中，計算機程序包含在計算機可讀介質上并且可操 作以由處理器執(zhí)行。計算機程序包括用于存儲至少一個模型的計算機 可讀程序代碼，該模型與可操作以生產氨的生產設備關聯(lián)。生產設備 包括轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段。該計算機程序還 包摶用于使用至少一個模型控制生產設備的計算機可讀程序代碼。該至少一個模型與多個可控變量和多個可操縱變量關聯(lián)。可控變量中的 至少 一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段中的至少一個關聯(lián)。可操縱變量中的至少一些與轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨 合成反應器#殳中的至少 一個關聯(lián)。7其他技術特征從下列圖表、說明和權利要求對于本領域內技術人 員可是顯而易見的。附圖說明為了更加徹底地理解本公開，現(xiàn)在結合附圖來參照下文說明，其中圖1圖示示例氨生產系統(tǒng)；圖2A至2I圖示用于控制氨生產系統(tǒng)的示例模型；圖3A至3I圖示用于控制氨生產系統(tǒng)的示例用戶界面；圖4圖示用于控制氨生產系統(tǒng)的示例方法。具體實施例方式圖1圖示示例氨生產系統(tǒng)100。在圖1中示出的氨生產系統(tǒng)100 的實施例僅用于圖示。可使用氨生產系統(tǒng)100的其他實施例而不偏離本公開的范圍。在這個示例實施例中，氨生產系統(tǒng)100包括用于處理通過管線104 接收的天然氣以生產氨的生產設備102。先進過程控制(APC)系統(tǒng) 106控制生產設備102以增加或最大化氨的產量同時減少或最小化由 生產設備102的燃料或能量(例如由生產設備102用作燃料的天然氣) 的使用。如在圖1中示出的，生產設備102包括用于處理天然氣以生產氨 的各種部件。在這個示例實施例中的生產設備102 (以簡化的形式示 出)代表Braun凈化器類型的氨生產系統(tǒng)。下列詳情代表生產設備102 在氨生產系統(tǒng)100中的特別實現(xiàn)。可以使用氨生產系統(tǒng)100的其他實 施例。向生產設備102提供的給料包括天然氣、周圍空氣和水。天然氣 通過管線104進入。天然氣的組成可在曱烷(CH4)含量上波動，其 可以^皮看作是密度波動。該氣體通常可包含大約98%曱烷，但這可以下降到大約95%曱烷。由生產設備102在正常運轉期間生產每噸氨消 耗的天然氣可以是大約689標準立方米(Nm3)的天然氣。除其他之 外，天然氣可以被用作生產氨的原材料。天然氣還可以被用作一個或 多個燃氣渦輪機108的燃料，其可以被用于驅動一個或多個空氣壓縮 機IIO。天然氣還可以用作一段轉化爐116的一個或多個燃氣燃燒器 118的燃料。在這個特定的實施例中，天然氣在燃氣加氫器114中去硫。天然 氣還與蒸汽混合以進給到一段轉化爐116中。在一段轉化爐116的加 熱的催化劑管中，曱烷與水反應以產生一氧化碳和氫氣(吸熱反應 CH4+H20<->CO+3H2 )。在一段轉化爐116中的燃燒器118的燃燒空 氣是來自燃氣渦輪機108的高溫廢氣，其允許回收燃燒熱。這里，燃 氣燃燒器118可包括加熱催化劑管的側燃燒器和用于產生熱(用于蒸 汽生產)的輔助燃燒器。一段轉化爐流出物被進給到二段轉化爐120,在二段轉化爐中它 與壓縮空氣混合。在二段轉化爐120中的催化劑床中，曱烷與氧氣反 應以產生一氧化碳和氫氣(放熱反應2CH4+02<->2CO+4H2)。這里 使用的空氣可是環(huán)境空氣。水在一個或多個熱交換器112中被蒸發(fā)以產生蒸汽， 一個或多個 熱交換器112急冷二段轉化爐流出物。該蒸汽在一段轉化爐116的對 流段中被過熱。由預加熱處理給料氣體、鍋爐水和空氣(向二段轉化 爐提供的)而從一段轉化爐對流回收更多熱。急冷的二段轉化爐流出物被送向高溫變換反應器和低溫變換反 應器(通稱為變換反應器122)。在變換反應器122中的催化劑床中， 一氧化碳與水反應以產生二氧化碳和氫氣(反應CO+H20<-->C02+H2) 。 二氧化碳在二氧化碳洗滌柱124中移除，其中二氧化碳 被吸收在含水曱基二乙醇胺(MDEA)溶液中。因為二氧化碳是用于 氨合成的催化劑毒物，從洗滌柱124遺漏的任何一氧化碳和二氧化碳 在曱烷化反應器126中轉變?yōu)榧淄?根據放熱反應CO+3H2<--〉CH4+H20和C02+4H2<->CH4+2H20 )。水在一個或多個干燥器128中移除，并且所得的氣被進給到一個 或多個凈化器130。在凈化器130中，大多數(shù)或所有甲烷和大部分任 何氖和氬微量通過與液氮接觸而^^洗去。凈化器流出物是由氮(來自 環(huán)境空氣)和氫形成的合成氣體。氮比氫的比率可由在凈化器130中 的液氮回流控制。在凈化器130中移除的氣體可以在一段轉化爐116 中用作燃料氣體。合成氣體由合成氣體壓縮機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝置，包括：　至少一個可操作以存儲至少一個模型的存儲器（１４４），所述至少一個模型與可操作以生產氨的生產設備（１０２）關聯(lián)，所述生產設備（１０２）包括轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段；以及　至少一個處理器（１４２）， 其可操作以使用所述至少一個模型控制所述生產設備（１０２）；　其中所述至少一個模型與多個可控變量和多個可操縱變量關聯(lián)；其中所述可控變量中的至少一些與所述轉化爐段、所述二氧化碳洗滌段和所述氨合成反應器段中的至少一個關聯(lián)；以及　其中所 述可操縱變量中的至少一些與所述轉化爐段、所述二氧化碳洗滌段和所述氨合成反應器段中的至少一個關聯(lián)。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2007-3-13 11/717,2501.一種裝置，包括至少一個可操作以存儲至少一個模型的存儲器(144)，所述至少一個模型與可操作以生產氨的生產設備(102)關聯(lián)，所述生產設備(102)包括轉化爐段、二氧化碳洗滌段和氨合成反應器段；以及至少一個處理器(142)，其可操作以使用所述至少一個模型控制所述生產設備(102)；其中所述至少一個模型與多個可控變量和多個可操縱變量關聯(lián)；其中所述可控變量中的至少一些與所述轉化爐段、所述二氧化碳洗滌段和所述氨合成反應器段中的至少一個關聯(lián)；以及其中所述可操縱變量中的至少一些與所述轉化爐段、所述二氧化碳洗滌段和所述氨合成反應器段中的至少一個關聯(lián)。2. 如權利要求l所述的裝置，其中所述轉化爐段包括一段轉化爐(116)和二段轉化爐(120);所述可控變量中的至少 一個與下列中的至少 一個關if關所述二賴二 轉化爐(120)中的曱烷遺漏、可操作以影響所述轉化爐段的運轉的 空氣壓縮機(110)，和所述一段轉化爐(116)的一個或多個加熱極 限；以及所述可操縱變量中的至少一個與下列中的至少一個關聯(lián)在所述 一段轉化爐(116)中的天然氣給料流量、蒸汽流量或蒸汽比氣體比 率或蒸汽比碳氫化合物比率、在所述二段轉化爐(120)中的空氣流 量或空氣比氣體比率，和所述一段轉化爐(116)中的曱烷遺漏。3. 如權利要求2所述的裝置，其中所述至少一個處理器(142) 可操作以完成下列中的至少一個保持所述二段轉化爐(120)中的甲烷遺漏在指定的極限之間； 保持所述空氣壓縮機(110)低于運轉極限；以及 保持所述一段轉化爐(116)低于所述一個或多個加熱極限。4. 如權利要求1所述的裝置，其中所述可控變量中的至少一個與所述二氧化碳洗滌段(124)中的 二氧化碳遺漏關聯(lián)；以及所述可操縱變量中的至少 一 個與所述二氧化碳洗滌段(124)中的 廢溶液的流速和所述廢溶液的溫度中的至少一個關耳關。5. 如權利要求4所述的裝置，其中所述至少一個處理器(142) 可操作以保持所述二氧化碳洗滌段(124)中的所述二氧化碳遺漏低 于最大極限。6. 如權利要求1所述的裝置，其中所述可控變量中的至少一個與下列中的至少 一個關耳關在所述氨 合成反應器段中的合成反應器(136)的壓力，和在所述氨合成反應 器段中的合成氣體壓縮機(134);以及所述可操縱變量中的至少一個與所述合成氣體壓縮機(134)的 p及入壓力關耳關。7. 如權利要求6所述的裝置，其中所述至少一個處理器(142) 可操作以完成下列中的至少一個保持所述合成反應器(136)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：M范維克，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]