先進(jìn)智能控制系統(tǒng)在MTBE裝置的應(yīng)用

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(洛陽(yáng)煉化宏力化工有限責(zé)任公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

先進(jìn)智能控制系統(tǒng)在MTBE裝置的應(yīng)用

岳斌，紀(jì)紅進(jìn)

(洛陽(yáng)煉化宏力化工有限責(zé)任公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

MTBE裝置生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，但仍存在DCS操作自動(dòng)化率較低、操作平穩(wěn)性較差和能耗較高等問(wèn)題。宏力化工公司在DCS操作的基礎(chǔ)上增加先進(jìn)智能控制系統(tǒng)(APC)，對(duì)公司MTBE裝置進(jìn)行技術(shù)改造優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明先進(jìn)控制系統(tǒng)能大幅度提高M(jìn)TBE裝置操作平穩(wěn)率，減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，有效降低裝置生產(chǎn)能耗。

MTBE ； APC ； 平穩(wěn)率 ； 能耗

0 引言

甲基叔丁基醚(MTBE)是一種汽油添加劑，可以有效地提高汽油的辛烷值。洛陽(yáng)煉化宏力化工有限責(zé)任公司擁有2套MTBE裝置(MTBE一單元和MTBE二單元)。裝置分為醚化反應(yīng)系統(tǒng)、催化蒸餾系統(tǒng)、甲醇萃取系統(tǒng)和甲醇回收系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。兩套裝置均采用固定床+催化精餾合成MTBE工藝技術(shù)，其中一單元設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6萬(wàn)t/a MTBE，以輕C4(C5含量平均在0.1%左右)做原料，生產(chǎn)的MTBE產(chǎn)品為公司的MTBE優(yōu)級(jí)品；二單元設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4萬(wàn)t/a MTBE，以重C4做原料(C5含量平均在1.5% 左右)，生產(chǎn)的MTBE 產(chǎn)品為公司的MTBE合格品。

圖1 MTBE裝置工藝流程圖

先進(jìn)智能控制與優(yōu)化技術(shù)(即APC)是從20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型的綜合性工業(yè)技術(shù)，它的核心是多變量控制理論。APC的推廣應(yīng)用，可以有效穩(wěn)定裝置操作，減輕操作負(fù)荷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高控制水平。APC是建立在常規(guī)控制回路之上的。實(shí)施先進(jìn)控制不會(huì)改變已有的常規(guī)控制策略。在實(shí)施先進(jìn)智能控制時(shí)APC與常規(guī)控制回路之間會(huì)有一個(gè)嚴(yán)格的、保證它們之間無(wú)擾動(dòng)和安全切換的邏輯，只有下游常規(guī)控制回路正常的情況下，相應(yīng)先進(jìn)控制回路才能切到在線；同樣下游的常規(guī)控制回路不正常時(shí)，相應(yīng)APC回路也會(huì)自動(dòng)回到常規(guī)控制狀態(tài)。

宏力化工公司基于提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的考慮，與洛陽(yáng)宏達(dá)卓陽(yáng)科技有限公司進(jìn)行技術(shù)合作，結(jié)合兩套MTBE裝置實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，先后對(duì)公司MTBE二單元和MTBE一單元進(jìn)行先進(jìn)智能控制技術(shù)(APC)改造。本論文以APC在MTBE二單元生產(chǎn)上的應(yīng)用為例進(jìn)行改造前后效果的闡述。

1 MTBE二單元裝置現(xiàn)狀

1.1原料系統(tǒng)不穩(wěn)定，裝置負(fù)荷波動(dòng)較大

宏力化工公司MTBE二單元裝置C4原料來(lái)自于中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司氣分裝置，受上游裝置波動(dòng)影響，使MTBE裝置二單元的負(fù)荷在6～28 t/h波動(dòng)，裝置工藝調(diào)整頻繁，操作難度加大，無(wú)法達(dá)到最佳的操作工況。

1.2原料質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量控制難度加大

根據(jù)MTBE設(shè)計(jì)要求，C4原料指標(biāo)中異丁烯含量>13%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，受原料來(lái)源波動(dòng)影響，異丁烯含量波動(dòng)較大，進(jìn)而影響醇烯比，對(duì)后續(xù)反應(yīng)造成不利影響，產(chǎn)品質(zhì)量控制難度加大。

1.3手動(dòng)控制較多，操作勞動(dòng)強(qiáng)度較大

目前MTBE二單元共有控制回路21個(gè)，其中手動(dòng)狀態(tài)11個(gè)，手動(dòng)狀態(tài)占總控制回路將近50%，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度加大，不利于裝置的安全生產(chǎn)。

1.4MTBE產(chǎn)品中C5含量高，MTBE優(yōu)級(jí)品少

催化精餾塔出裝置分析中C5含量有時(shí)高達(dá)15%，影響MTBE含量<85%，且無(wú)法通過(guò)精餾塔塔頂蒸出。

2 APC系統(tǒng)投用前后效果對(duì)比分析

2.1自動(dòng)化程度對(duì)比

APC投用后，大幅提升了MTBE二單元自動(dòng)化水平，自動(dòng)控制率全面提高，使用APC控制的關(guān)鍵回路的自控率由原來(lái)的不足50%，提升到100%。大幅降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。21個(gè)控制器投用情況如表1、表2所示。

表1 進(jìn)料、反應(yīng)、催化精餾部分各控制器投用情況

表2 甲醇萃取、回收部分控制器投用情況

TV-1504與LV-1503兩回路切除主要有以下幾方面原因：①原料中組分含量變化過(guò)大。②來(lái)料量過(guò)大，超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷最大值28 t/h以上。③公用工程部分波動(dòng)幅度過(guò)大。FV-1502切除原因?yàn)楫?dāng)日調(diào)度調(diào)整MTBE一單元、MTBE二單元間加工負(fù)荷。刨除不可控因素，APC控制器的投用率可達(dá)到100%。

2.2操作穩(wěn)定性對(duì)比

APC系統(tǒng)投用后，改善了裝置進(jìn)料大幅波動(dòng)情況，同時(shí)穩(wěn)定了C4進(jìn)料、醚化反應(yīng)、催化精餾、甲醇萃取、回收單元的各工藝參數(shù)，有效減少了生產(chǎn)波動(dòng)，使設(shè)備長(zhǎng)期保持在最優(yōu)工況下運(yùn)行，有利于裝置安穩(wěn)長(zhǎng)優(yōu)平穩(wěn)生產(chǎn)。

當(dāng)進(jìn)裝置原料C4量大幅波動(dòng)(26 t/h降到18 t/h)時(shí)，APC在確保原料罐液位的前提下，進(jìn)反應(yīng)器流量以每分鐘變化量≤0.5 t/h的速度緩慢調(diào)整，使進(jìn)料變化對(duì)催化精餾塔T1501靈敏點(diǎn)溫度、液位等被控變量的影響降到最低，從而確保了整個(gè)裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.3產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

APC投用后使生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)卡邊操作，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到優(yōu)化，增加了MTBE產(chǎn)品的合格率和優(yōu)級(jí)品率。

產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 投用前后催化精餾塔T1501底MTBE產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

注：投用前化驗(yàn)分析報(bào)告日期為6月1日—8月22日，投用后化驗(yàn)分析報(bào)告日期為8月23日—10月15日。

由表3 可以看出，APC控系統(tǒng)投用后，在相同工況下，MTBE純度<85%出現(xiàn)比例由9.2%降低為4.3%，純度<90%出現(xiàn)比例由28.7%降為17%。

2.4操作能耗對(duì)比

本裝置能耗情況采用蒸汽抄表與冷回流量折合蒸汽量?jī)煞N方式對(duì)比APC控制器投用前后的生產(chǎn)單耗。

2.4.1以抄表方式計(jì)量對(duì)比結(jié)果

APC控制器投用前后以抄表方式計(jì)量能耗對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 投用前后以抄表方式計(jì)量能耗對(duì)比表 t

注：投用前化驗(yàn)分析報(bào)告日期為8月4日—8月18日，投用后化驗(yàn)分析報(bào)告日期為10月1日—10月15日。

2.4.2以冷回流方式計(jì)能耗對(duì)比結(jié)果

APC控制器投用前后以冷回流方式計(jì)量統(tǒng)計(jì)能耗對(duì)比結(jié)果如表5所示。

表5 投用前后以冷回流方式計(jì)量能耗對(duì)比表 t

注：投用前化驗(yàn)分析報(bào)告日期為8月4日—8月18日，投用后化驗(yàn)分析報(bào)告日期為10月1日—10月15日。

2.4.3節(jié)能效果核算

投用APC控制系統(tǒng)后，以抄表計(jì)量方式，加工每噸C4原料，蒸汽耗用量減少0.060 8 t，循環(huán)水耗用量減少13.6 t；以冷回流方式計(jì)量加工每噸C4原料，蒸汽耗用量減少0.067 6 t，循環(huán)水耗用量減少13.6 t。

①以抄表計(jì)量方式核算節(jié)能效果：

每年節(jié)約蒸汽折算1 939 204.3元。每年節(jié)約循環(huán)水折算544 813.7元。全年合計(jì)2 484 018.0元。

②以冷回流方式核算測(cè)試期間節(jié)能效果：

每年節(jié)約蒸汽折算2 156 665.7元。每年節(jié)約循環(huán)水折算544 813.7元。全年合計(jì)2 701 479.4元。

其中：蒸汽價(jià)格為159元/t，循環(huán)水價(jià)格為0.2元/t，年加工周期365 d，C4加工量為550 t/d。

由上述核算可知MTBE二單元投用APC控制系統(tǒng)后至少每年能為企業(yè)節(jié)能創(chuàng)效200萬(wàn)元以上。

3 結(jié)論

宏力化工公司MTBE裝置增上APC控制系統(tǒng)。APC控制系統(tǒng)投用后，自動(dòng)化率由原來(lái)的50%提高至100%，顯著提高了MTBE裝置的自動(dòng)化率，大大減輕了職工的操作強(qiáng)度；APC系統(tǒng)能在原料來(lái)料大幅度波動(dòng)的情況下，對(duì)進(jìn)料量進(jìn)行緩慢調(diào)節(jié)，從而避免進(jìn)料大幅度波動(dòng)對(duì)裝置各工藝參數(shù)的影響，因此APC系統(tǒng)大幅度提高了MTBE裝置的穩(wěn)定性；APC系統(tǒng)投用后使生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)卡邊操作，一定程度提高了產(chǎn)品質(zhì)量；APC系統(tǒng)投用后經(jīng)過(guò)測(cè)算，可以使生產(chǎn)能耗得到有效降低，每年為企業(yè)節(jié)能創(chuàng)效200萬(wàn)元以上，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

大連化物所二氧化碳加氫合成甲酸研究取得進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所航天與新材料研究室研究員黃延強(qiáng)、副研究員楊小峰，與大連理工大學(xué)副教授王新葵合作，在二氧化碳加氫合成甲酸研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Nature Communications上。

CO2加氫合成甲酸是一個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)，生成的甲酸是重要的化工原料，并可作為理想的液態(tài)儲(chǔ)氫材料。CO2分子中的碳原子處于最高價(jià)態(tài)且化學(xué)性質(zhì)相對(duì)惰性，對(duì)其進(jìn)行有效活化是實(shí)現(xiàn)CO2高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種席夫堿修飾的納米金催化劑，利用席夫堿基團(tuán)中的氮中心與CO2發(fā)生弱相互作用生成氨基甲酸鹽兩性離子，并進(jìn)一步在納米金催化劑上發(fā)生加氫反應(yīng)生成甲酸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同于傳統(tǒng)多相催化劑的碳酸氫鹽加氫路徑，氣相CO2能夠直接在席夫堿修飾的金催化劑上加氫轉(zhuǎn)化為甲酸，在溫度90 ℃、壓力8.0 MPa的反應(yīng)條件下，生成甲酸的轉(zhuǎn)化數(shù)可達(dá)14 470(12 h)。席夫堿與CO2這種弱的相互作用模式為CO2的低溫活化提供了新途徑。

TQ056.8

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1003-3467(2017)11-0038-03

2017-08-25

岳 斌(1990-)，男，助理工程師，從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作，電話：0379-66992976。