甲醇三塔精餾工藝改進(jìn)和PLC過程控制探討

趙文瑞

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037003)

甲醇是一種常見的有機(jī)產(chǎn)品，在化工產(chǎn)業(yè)中耗用量較大，且甲醇也被當(dāng)做重要溶劑而使用。在甲醇生產(chǎn)中，精餾是指將精甲醇從粗甲醇中分離的過程[1]。甲醇精餾控制技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲醇的質(zhì)量，同時(shí)對(duì)有效控制生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量甲醇的要求，工藝上常采取提高回流比等方法，但這些方法會(huì)增加生產(chǎn)成本，而且殘液的排放量也會(huì)相應(yīng)增加。因此，研究、開發(fā)比現(xiàn)階段更加節(jié)能的甲醇精餾工藝，并建立簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保障甲醇生產(chǎn)安全及精餾的質(zhì)量和效率，具有重要的作用[2]。

1 甲醇三塔精餾流程

甲醇是應(yīng)用最為廣泛的有機(jī)原料及有機(jī)溶劑之一。對(duì)于甲醇生產(chǎn)而言，粗甲醇的精制是甲醇產(chǎn)品裝置的最后的一個(gè)工段，精餾工藝的優(yōu)劣直接關(guān)系到甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量及全流程的能耗?，F(xiàn)階段，甲醇精餾以三塔精餾工藝應(yīng)用最廣泛，其能有效利用流程中的潛熱，而且大大節(jié)省冷凝水的消耗。具體的，三塔精餾主要原理是在雙塔的基礎(chǔ)上，將主精餾塔拆成兩個(gè)塔，形成雙效精餾，同時(shí)做到進(jìn)一步的熱集成，有效利用流程中的熱能。三塔工藝流程，如第131頁圖1所示。

2 甲醇三塔精餾過程的操作要點(diǎn)

一般而言，對(duì)于甲醇三塔精餾工藝流程，有如下控制要點(diǎn)[3]。

2.1 甲醇操作中的質(zhì)量控制

粗甲醇中含有一些酸性物質(zhì)和胺類物質(zhì)，為了避免酸性腐蝕，同時(shí)為促進(jìn)胺類利羥基物的分解，一般根據(jù)預(yù)塔塔底的pH實(shí)際情況，在預(yù)塔進(jìn)料的同時(shí)補(bǔ)入1%～5%的堿液，使精甲醇酸堿度即pH值控制在9～10的范圍內(nèi)。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量分析中水混溶性試驗(yàn)的控制

按照相關(guān)規(guī)定，精甲醇產(chǎn)品需要通過1+3水混溶性試驗(yàn)。隨著甲醇蒸餾過程的進(jìn)行，粗甲醇中含有的高級(jí)醇、烷烴等雜質(zhì)會(huì)逐漸積累，且當(dāng)其含量在成品中含 15×10-6以上時(shí)就對(duì)水溶性試驗(yàn)產(chǎn)生影響，以致造成精醇成分不好，含量最高的雜質(zhì)采不出來，因此需要適當(dāng)采出預(yù)塔冷凝器Ⅱ的冷凝液和常壓塔中、上部的雜醇，同時(shí)要盡量減少此雜質(zhì)帶入后面主塔的機(jī)會(huì)。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量分析中乙醇的控制

通過色譜分析數(shù)據(jù)可知，生產(chǎn)中乙醇主要積累在常壓塔中，如若公司產(chǎn)品中對(duì)乙醇含量有特殊要求，需在塔下部適當(dāng)位置取出一部分甲醇液。

3 三塔精餾工藝流程的改造

三塔精餾是指由預(yù)塔、加壓塔和常壓塔所組成的甲醇精餾系統(tǒng)，基于上述分析，為了更好地發(fā)揮出三塔精餾工藝流程的優(yōu)勢(shì)，使甲醇產(chǎn)品的收率和質(zhì)量得到有效提高，可以對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行如下優(yōu)化。

3.1 改變側(cè)線采出位置和采出量

為了優(yōu)化采出工藝，首先要對(duì)原有的工藝流程、工藝控制指標(biāo)、原料、產(chǎn)品等不合理的地方作出改動(dòng)；其次，還需根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷等情況對(duì)側(cè)線采出位置和采出量進(jìn)行變動(dòng)。此外，還可以通過利用水稀釋粗甲醇中乙醇來控制精餾過程中的乙醇含量，并在衡量計(jì)算過熱料熱量基礎(chǔ)上，建立一個(gè)甲醇精餾的模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)精餾工藝流程進(jìn)行技術(shù)改造和優(yōu)化操作。

圖1 甲醇三塔精餾工藝流程

3.2 預(yù)精餾塔回流槽的改進(jìn)

預(yù)精餾塔回流槽的作用是緩沖甲醇，并將甲醇和醚、雜醇分離開。通過將醚、雜醇分離的出口由1個(gè)改為3個(gè)，同時(shí)槽的液位采用自調(diào)閥來調(diào)節(jié)的改造后，可以明顯提高甲醇的分離效率。

3.3 進(jìn)一步做好節(jié)能降耗

在“節(jié)能減排”逐步融入經(jīng)濟(jì)發(fā)展主旋律的今天，為了進(jìn)一步凸顯三塔精餾工藝流程的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，就必須在生產(chǎn)過程中進(jìn)行嚴(yán)格的工藝操作管理，嚴(yán)格控制精甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量；保證粗甲醇的質(zhì)量，可以降低甲醇精餾過程中蒸汽、水等項(xiàng)目的消耗；根據(jù)實(shí)際狀況采取合適的回流比，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的情況下，減小蒸汽消耗量；要重視設(shè)備的管理、維護(hù)、保養(yǎng)，減少開停車，以降低整個(gè)甲醇精餾過程中的蒸汽消耗。

4 基于PLC的甲醇精餾工藝控制

目前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信以及當(dāng)代先進(jìn)控制理論的引領(lǐng)下，PLC控制被引入到甲醇精餾工藝中，使生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和效率，保證了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全。為此，主要探討基于PLC的甲醇精餾工藝控制和過程改進(jìn)。

可編程邏輯控制器(PLC)是一種運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，具有可靠性高、抗干擾和通用性強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)[4-5]。根據(jù)以上的工藝分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，可以以PLC 為主控制器，采用實(shí)用新型技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)以低成本達(dá)到常規(guī) DCS 控制系統(tǒng)在甲醇精餾工藝中的控制。本實(shí)用新型方案甲醇精餾自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及邏輯流程圖，如圖2和圖3所示。

圖2 基于PLC的甲醇精餾自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 基于PLC的甲醇精餾自控系統(tǒng)邏輯流程圖

本實(shí)用新型方案的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)工藝過程中具體實(shí)施具備以下功能：1) 能實(shí)現(xiàn)工藝過程的手動(dòng)控制，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門、電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，且系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)輔以 PID 過程參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。2) 能實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝過程的各類溫度、壓力等參數(shù)采集、顯示，可以對(duì)流量參數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)累積。3) 可采用溫度-流量的串級(jí)調(diào)節(jié)方式，且在控制過程中，系統(tǒng)總會(huì)自動(dòng)對(duì)安全性要求高的對(duì)象進(jìn)行聯(lián)鎖控制，確保任何情況下找出最佳方案自動(dòng)進(jìn)行處理。4) 能實(shí)現(xiàn)工藝過程的單回路 PID 自動(dòng)控制，投入自動(dòng)后系統(tǒng)就會(huì)按設(shè)置參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)各參數(shù)對(duì)象。5) PLC過程控制器提供了豐富、強(qiáng)大的表達(dá)式運(yùn)算功能，補(bǔ)償了pH值的非線性，可以對(duì)pH值有較好的控制效果。6) 能實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)兼容通信，其他自控系統(tǒng)都能采集數(shù)據(jù)，方便的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

5 結(jié)語

綜上所述，甲醇是應(yīng)用最為廣泛的有機(jī)原料及有機(jī)溶劑之一，目前我國甲醇產(chǎn)量呈逐漸增加的趨勢(shì)。同時(shí)，甲醇精餾控制技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲醇的質(zhì)量，對(duì)有效控制生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。本文通過對(duì)甲醇精餾流程及三塔精餾過程的操作要點(diǎn)的分析介紹，提出了相應(yīng)的改進(jìn)對(duì)策，同時(shí)提出了以PLC 為主控制器，實(shí)現(xiàn)以低成本達(dá)到常規(guī) DCS 控制系統(tǒng)在甲醇精餾工藝中控制的實(shí)用新型技術(shù)方案，從而真正實(shí)現(xiàn)保障甲醇生產(chǎn)安全及精餾的質(zhì)量和效率。