專利名稱：一種合成氨生產裝置及氫氮比控制方法
技術領域：
本發明涉及一種合成氨生產裝置及氫氮比控制方法。
背景技術：
當用氫(H2)和氮(N2)合成氨(NH3)時，要求原料氣的氫氮比為3，所謂的氫氮比控制就是通過對加N2量的調節來使合成塔內的H2/N2達到設定值。在我國主要用煤來合成氨，其工藝流程如

圖1所示。為生產合格的 合成氨原料氣，煤氣發生爐內的化學反應將是一個吸熱反應，為維持爐溫必須將吹風閥送入的空氣所產生的空氣煤氣放空(或部分放空)，放空時蒸汽閥關閉。現有的氫氮比控制方法為根據合成塔H2含量(或氫氮比)的高低，來改變加氮閥空氣入爐量或放空時間。雖然現有的氫氮比控制工藝能夠保證氫氮比基本合格,但會導致爐溫變化甚至爐況嚴重惡化,如由于煤氣發生爐爐溫升高，導致C0+H2的產量增大，為保證氫氮比合格，就應該加大加氮閥空氣入爐量，這樣便進一步導致爐溫升高，這就形成了惡性循環，從而導致爐況不穩及氫氮比不穩，嚴重制約造氣爐穩產、高產、節能的生產追求，亟待改進。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提出一種合成氨生產裝置及氫氮比控制方法，通過本發明的實施，氫氮比控制不影響總空氣入爐量，實現氨生產的穩產、高產和節能。為達此目的，本發明采用以下技術方案一種合成氨生產裝置，包括氫氮比控制裝置、造氣爐控制裝置、加氮閥、放空閥、吹風閥、造氣爐、變換凈化裝置、合成塔；所述造氣爐控制裝置，接收氫氮比控制裝置輸出的總加氮空氣量Qtn(t)和總空氣入爐量設定值Qta (t)，并產生加氮閥空氣入爐量Qn (t)、排放到大氣的空氣入爐量Qh (t)和吹風閥空氣入爐量Qa(t) ；Qn(t)通過加氮閥，Qh (t)通過放空閥，Qa(t)通過吹風閥進入造氣爐，并經過變換凈化裝置后到達合成塔生成氨；其中，Qtn(t) =Qn (t) +Qa (t) -Qh (t)Qa (t) =Qta (t) -Qn (t)優選地，以每循環閥門的開關時間來表示入爐空氣量時，所述Qa (t)=Qta (t)-Qn(t)具體為Tl=Tta-Khc*T2_Knc*Tn 或Tta=Tl+Khc*T2+Knc*Tn其中，Tta-總風時間；Khc——回收至吹風每秒空氣入爐量的折算系數，其大小取決于系統阻力；Knc—加氮至吹風每秒空氣入爐量的折算系數，其大小取決于加氮閥與吹風閥的管徑比及系統阻力。優選地，所述Khc取值范圍為O. f I。優選地，所述Knc取值范圍為O. Of I。一種氫氮比控制方法，應用于如權利要求1至4中所述的合成氨生產裝置中，所述方法包括以下步驟獲取總風設定值Tta;依據氫氮比控制裝置的輸出確定Tn及T2 ;依據式Tta-Khc*T2_Knc*Tn，獲得 Tl。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明中，氫氮比控制不影響總空氣(含富氧空氣)入爐量，如氫氮比控制需增大加氮閥空氣入爐量時，將自動減少吹風閥空氣入爐量，即保持總風不變。因此，使用本工藝控制氫氮比不僅合格率高且爐況穩定，對于一個年產10萬噸合成氮的工廠來說，年效益可達500萬。發明附1是現有技術中煤頭合成氨工藝流程示意圖；圖2是本發明實施例1提供的氫氮比控制結構及工藝流程圖。
具體實施例方式本發明實施例1提供了一種合成氨生產裝置，如圖2所示，包括氫氮比控制裝置、造氣爐控制裝置、加氮閥、放空閥、吹風閥、造氣爐、變換凈化裝置、合成塔。具體生產過程為造氣爐控制裝置，接收氫氮比控制裝置輸出的總加氮空氣量Qtn(t)和總空氣入爐量設定值Qta (t)，并產生加氮閥空氣入爐量Qn (t)、排放到大氣的空氣入爐量Qh (t)和吹風閥空氣入爐量Qa (t) ；Qn(t)通過加氮閥，Qh (t)通過放空閥，Qa (t)通過吹風閥進入造氣爐，并經過變換凈化裝置后到達合成塔生成氨。上述氣體量之間的關系為Qtn (t) =Qn (t) +Qa (t) -Qh (t) (I)Qa (t) =Qta (t) -Qn (t) (2)現有的氫氮比控制不對吹風閥進行控制，而僅對加氮閥和放空閥進行控制，不能保證氫氮比控制不影響總空氣入爐量(總風)；本發明的氫氮比控制不僅對加氮閥和放空閥(煙囪閥)進行控制，而且還依據式(2)對吹風閥進行控制，保證了氫氮比控制不影響總空氣入爐量。總風的變化將導致造氣爐爐溫及爐況的變化，從而導致H2產量的變化，因此式
(2)實為對溫度干擾H/N的一種補償控制。下面以間歇式造氣爐為例來說明式(2)應用的具體實施方法，造氣爐按下面的三個階段循環工作，循環時間一般為10(T180S 1、吹風階段一吹風閥開，放空閥開，加氮閥關，蒸汽閥關，階段時間為Tl ；2、回收階段一吹風閥開，放空閥關，加氮閥關，蒸汽閥關，階段時間為T2 ；3、制氣階段一吹風閥關，放空閥關，加氮閥開Tn秒，蒸汽閥開，階段時間為T3。其中制氣階段可進一步分為二上、上吹、下吹三個制氣階段；回收階段可進一步分為吹凈和回收兩個階段。
若以每循環閥門的開關時間來表示入爐空氣量，則式(2)可表達為Tl=Tta-Khc*T2_Knc*Tn (3)或Tta=Tl+Khc*T2+Knc*Tn (4)式(3)中 Tta—總風時間，人工設定或爐況優化裝置給出；Khc——回收至吹風每秒空氣入爐量的 折算系數，其大小取決于系統阻力，取值范圍為O. 1 1 ；Knc—加氮至吹風每秒空氣入爐量的折算系數，其大小取決于加氮閥與吹風閥的管徑比及系統阻力，取值范圍為O. Of I。下面以實例來說明本發明式(3)的應用方法，例如，某廠造氣爐工作的循環時間為120s，工藝指標的平均值為Tl=30s, T2=6s，T3=84s, Tn=30s, Khc=O. 65，Knc=O. 2。依據式(4)總風時間Tta平均值為Tta=30+0. 65*6+0. 2*30=39. 9 (s) (5)現由于合成氫升高，氫氮比控制裝置要求加氮閥開50s (Tn=50s)。由于傳統的氫氮比調節不控制總風時間，因此現在的總風時間為Tta=30+0. 65*6+0. 2*50=43. 9 (s) (6)即總風增加4s，這將導致爐溫升高，H2+C0產量增加，這就迫使氫氮比控制裝置要求加氮閥開的時間進一步延長，這種惡性循環可能造成爐況嚴重惡化。為解決這一問題，本發明給出了一種總風不變的氫氮比補償控制方法，包括以下步驟確定總風設定值人工設定或爐況優化裝置給出，或依據其他工藝指標設定并利用式(4)計算獲取;總風設定值 Tta Tta=30+0. 65*6+0. 2*30=39. 9 (s)；依據氫氮比控制裝置的輸出確定Tn及T2 ；Tn=50s, T2=6s ；依據式(3)求Tl，Τ1=39· 9-0. 65*6-0. 2*50=26 (S)。對本例來說，氫氮比控制增加20s的加氮閥空氣入爐量，本發明則減少4s的吹風閥(放空閥開)空氣入爐量，從而保證總風不變，消除了總風(爐溫)變化對H/N控制的干擾，同時也穩定了爐況。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種合成氨生產裝置，包括氫氮比控制裝置、造氣爐控制裝置、加氮閥、放空閥、吹風閥、造氣爐、變換凈化裝置、合成塔；其特征在于 所述造氣爐控制裝置，接收氫氮比控制裝置輸出的總加氮空氣量Qtn(t)和總空氣入爐量設定值Qta (t)，并產生加氮閥空氣入爐量Qn (t)、排放到大氣的空氣入爐量Qh (t)和吹風閥空氣入爐量Qa(t) ；Qn(t)通過加氮閥，Qh(t)通過放空閥，Qa(t)通過吹風閥進入造氣爐，并經過變換凈化裝置后到達合成塔生成氨； 其中，Qtn (t) =Qn (t) +Qa (t) -Qh (t)Qa (t) =Qta (t) -Qn (t)
2.根據權利要求1所述的合成氨生產裝置，其特征在于，以每循環閥門的開關時間來表示入爐空氣量時，所述Qa (t) =Qta (t) -Qn (t)具體為 Tl=Tta-Khc*T2_Knc*Tn 或Tta=Tl+Khc*T2+Knc*Tn 其中， Tta-總風時間； Khc——回收至吹風每秒空氣入爐量的折算系數，其大小取決于系統阻力； Knc—加氮至吹風每秒空氣入爐量的折算系數，其大小取決于加氮閥與吹風閥的管徑比及系統阻力。
3.根據權利要求2所述的合成氨生產裝置，其特征在于，所述Khc取值范圍為O.Γ 0
4.根據權利要求2所述的合成氨生產裝置，其特征在于，所述Knc取值范圍為O.Of I。
5.一種氫氮比控制方法，應用于如權利要求1至4中所述的合成氨生產裝置中，其特征在于，所述方法包括以下步驟 獲取總風設定值Tta ； 依據氫氮比控制裝置的輸出確定Tn及Τ2 ; 依據式 Tta-Khc*T2-Knc*Tn，獲得 Tl。
全文摘要
本發明公開了一種合成氨生產裝置，包括造氣爐控制裝置，接收氫氮比控制裝置輸出的總加氮空氣量Qtn(t)和總空氣入爐量設定值Qta(t)，并產生加氮閥空氣入爐量Qn(t)、排放到大氣的空氣入爐量Qh(t)和吹風閥空氣入爐量Qa(t)；Qn(t)通過加氮閥，Qh(t)通過放空閥，Qa(t)通過吹風閥進入造氣爐，并經過變換凈化裝置后到達合成塔生成氨；其中，Qtn(t)=Qn(t)+Qa(t)-Qh(t)；Qa(t)=Qta(t)-Qn(t)。本發明公開了一種氫氮比控制方法。本發明氫氮比控制不影響總空氣入爐量，實現氨生產的穩產、高產和節能。
文檔編號C01C1/04GK103011197SQ20121054398
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者李德奇, 鄭國祥 申請人:安徽藍德三元智能系統集成有限公司