先進控制技術在甲醇精餾過程中的應用

趙文瑞

摘 要：甲醇精餾生產過程中采取科學的控制管理技術，不但可以有效解決生產成本過高的問題，同樣也可以滿足整體控制要求，降低人員工作強度，提升產品生產質量。本文首先介紹了甲醇精餾生產的工藝流程，其次探討了甲醇精餾生產過程中的先進控制技術，最后則闡述了應用先進控制技術后，甲醇精餾生產的整體效益水平，希望可以為進一步推廣使用先進控制技術，促進行業發展提供思路與借鑒。

關鍵詞：先進控制技術;甲醇精餾系統;應用

0 引言

甲醇精餾生產工藝的技術調整，往往與裝置控制水平與控制管理系統的構建密切相關。整體來看，我國的甲醇精餾生產水平與國際先進工藝存在不小的差距，主要在于自控技術、信息技術的應用與相關性方面。在化工生產中實施先進控制技術，不但能夠滿足安全、穩定與高效的要求，同樣也可以促進行業的穩步高速發展，提升企業的綜合競爭能力。在實際自動化控制過程中，先進控制技術還有許多需要改善的內容，通過對裝置、工藝流程進行技術改造，能夠有效提升裝置的運行效果，確保經濟效益與社會效益。為了進一步探討甲醇精餾生產過程中應用先進控制技術的策略，現就甲醇精餾生產的工藝流程分別探討如下。

1 甲醇精餾過程概述

甲醇精餾生產項目實施過程中，主要需要經歷五個核心步驟：第一個步驟是煤漿、氧氣在煤氣化裝置中充分混合并獲得合成氣;第二個步驟是變換工段，該工段將合成氣里的一氧化碳和二氧化碳配比進行調整達到合適的氫碳比;第三個步驟為酸脫工段，該工段主要任務是對合成氣進行低溫甲醇洗，達到凈化合成氣的目的;第四個步驟為合成甲醇，獲得粗制甲醇;第五個步驟為精餾提純環節。

在整個甲醇精餾生產過程中，需要做到在相同溫度條件下，利用同一液體混合物的不同組分揮發度差異，經過多次汽化與多次部分冷凝，最終達到獲得相對較為純凈的組分，能夠實現混合連續操作的要求。在該裝置當中，選擇了四塔精餾的模式，該模式能夠有效去除掉各種粗甲醇組分，同時在加壓塔的協助下完成水中重組分的去除工作。在整個常壓塔排出的液體當中，可以實現回收塔進料回收，滿足整個精餾單元的使用要求。在甲醇精餾生產裝置當中采用集散控制系統，能夠滿足多回路合理控制的要求，各個回路本身屬于相互獨立的模式，系統正常運行條件下，能夠滿足基礎監控的同時實現先進控制的接入，為后期的拓展功能奠定了基礎。整個系統采取四塔精餾的設計理念，各個塔之間存在復雜的進料出料連接關系，同時熱量上也存在集成管理的特征。所以，對于整個精餾裝置而言，其具有復雜工業的多變量特征。另外，從裝置運行條件上來看，其具有系統負荷高、再沸器壓力條件穩定等特征，常規的變量控制只能夠借助于輸入輸出的方式進行信息的反饋，但是不能夠解決更為復雜的過程控制問題，也無法解決系統優化的問題，所以針對這個方面的問題還需要進一步升級改善。

2 先進控制技術在甲醇精餾過程中的應用

甲醇精餾生產過程中融入先進控制技術，是現階段最為有效的提升產品質量的方式。在應用先進控制技術時，需要特別解決一些現階段面臨的問題與矛盾，包括產品系統統籌不足、裝置最大效益的分析不到位等問題。現階段的控制過程中應用最為廣泛也是最為有效的控制技術是PID控制技術，這是一種單參數定值線性控制模式。常規條件下，該控制能夠滿足溫度、壓力與流量等常規的參數控制要求，在整個工藝形成過程中，能夠采取閉環控制的方式進行獨立控制。由于該控制系統最大的特征是單輸入、單輸出，這也就意味著整個控制系統實施控制時是無法實現多變量聯合控制的，所以要想實施更為科學的控制，滿足不同單元的控制需求，就必須要借助于多變量控制系統，該技術能夠滿足復雜工藝條件下的生產要求，不但能夠適應生產裝置工藝指標，也可以滿足控制與優化管理的要求。

為了進一步滿足生產裝置經濟價值的構建要求，除了采用多變量控制預估管理，同時還需要引入產品價值優化管理的概念。在實施產品質量控制時，需要考慮到裝置優化的內容，并且根據產品質量合格的標準化要求，在此基礎上追求產品的產量與生產穩定性。一般來說，化工生產最大的特征就是連續性，所以連續、穩定的生產效益才是生產的關鍵。根據控制方案的具體要求，采取在線分析設備，配合工藝推斷與測量技術，就整體系統控制架構內容構建如下圖1。

甲醇精餾生產裝置采取了如上圖所示的控制設備，其中主要包括預精餾、加壓精餾、常壓精餾以及回收等多個控制器，各個控制器之間存在相互關聯特征，能夠根據生產的實際進程來進行熱量、物料以及氣液平衡模擬，借助于相互結合的方式實施科學優化，滿足被控變量的調整要求。在整個控制系統構建完成后，可以完成各種不同類型信息的調整與配合利用。其中，預精餾塔子系統當中主要進行回流量、蒸汽流量以及抽出量的操控，做好這些系統的操控后，可以滿足預精餾塔塔頂溫度、二段溫度與一段溫度的控制要求，從而達到精準邏輯判斷。針對加壓塔子控制系統，則主要進行加壓塔回流量、采出量、抽出量與蒸汽流量的控制，從而達到對加壓塔塔頂溫度、一段二段溫度的合理調整。常壓塔子系統控制主要包括回流量、采出量以及塔底抽出量的控制分析，以塔頂溫度、三段溫度、二段溫度、一段溫度為主要控制目標。采取先進控制系統，可以將常壓塔精餾塔的回流比進行科學控制，控制在1.8～2之間，同時采取回流比3～3.2的控制模式，達到采出量正確對比要求。加壓精餾回流控制比則是以回流量、采出量的比例為依據，通過調整合適的控制比例并實施長期科學控制，為促進行業的穩定高速發展創造了條件。

3 效果評價

甲醇精餾生產過程中融入先進控制技術，可以顯著改善甲醇精餾單元的整體運行狀態，從而滿足生產實際調整與經濟效益的要求。在實施效果評價后發現，通過甲醇精餾生產能夠有效提升裝置整體控制性能，降低被控變量的方差達到22%。另外，借助于提升自控投用率的方式，降低了操作干預影響，減輕了工作人員的工作壓力與工作強度負擔，同時也降低了人工成本，提升了系統的平穩性。在精餾單元產品質量的控制過程中，為了進一步滿足加壓塔、常壓塔的產品質量控制要求，推廣采用了多元協調控制技術，確保產品質量穩定性提升，最終產品質量通過率達到了99.99%，效率驚人。在確保甲醇產品質量的基本條件下，進一步實施裝置物料平衡與氣液平衡優化，進一步改善熱量平衡的分配方式，調整技術條件，整體獲得蒸汽用量減輕的優勢。最終經過統計分析后發現，蒸汽整體用量減少了2.5%以上，具有良好的經濟效益與穩定性發展效果。

4 總結

綜上所述，采取先進控制技術應用于甲醇精餾生產過程中，不但可以有效解決常規PID控制遭受干擾影響生產效率的問題，同時也可以進一步改善系統自動化控制的環境，從而進一步加強工藝操作穩定性，提升生產效率與生產可靠性，降低風險。為了取得良好的經濟效益，必須進一步提升產品質量，最佳的途徑就是引入先進的控制技術，降低產品單體能耗，提升產品質量，從而確保產品的市場競爭力，希望該控制技術能夠在行業內得到重視與關注。

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