天然氣制甲醇裝置水碳比控制及聯(lián)鎖設(shè)計(jì)探討

王磊　李云鵬

摘要：在我們現(xiàn)在的生活中，需要合理的控制水碳比，轉(zhuǎn)化爐是甲醇裝置的重要組成部分。如果不能合理控制轉(zhuǎn)化爐，整個(gè)裝置的能耗將非常大。碳水比是整個(gè)裝置運(yùn)行中一個(gè)非常重要的參數(shù)。如果水碳比在運(yùn)行中過(guò)高，將導(dǎo)致大量的蒸汽消耗。如果水的碳比過(guò)低，將導(dǎo)致反應(yīng)效率下降，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，改善對(duì)功能性碳水比的控制非常重要。本文就針對(duì)以天然氣為原料，如何合理的控制水碳比。并針對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行分析，希望可以在實(shí)際的操作過(guò)程中起到幫助的作用。

關(guān)鍵詞：水碳比;控制;聯(lián)鎖

1概述

在使用甲醇裝置的時(shí)候，其核心部件就是轉(zhuǎn)化爐，轉(zhuǎn)化爐的能耗占據(jù)了整個(gè)裝置的60%。在轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，最重要的工藝參數(shù)就是水碳比參數(shù)，因?yàn)樗急仍龈呔蜁?huì)加大蒸汽的消耗，消耗能源，增加企業(yè)成本。如果水碳比的參數(shù)過(guò)低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化催化劑中的碳沉淀，這將影響反應(yīng)活性，降低轉(zhuǎn)化率，在嚴(yán)重的情況還有可能會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，設(shè)計(jì)一套安全、可靠、可操作的碳水和互聯(lián)關(guān)系控制系統(tǒng)，將碳水關(guān)系控制在合理范圍內(nèi)，對(duì)于企業(yè)降低甲醇的生產(chǎn)成本，提高收益具有十分重要的意義。

2水碳比控制工藝流程簡(jiǎn)述

甲醇裝置的天然氣流程使用常規(guī)轉(zhuǎn)化技術(shù)前的蒸汽制備，首先是經(jīng)過(guò)飽和后的原料經(jīng)過(guò)蒸汽產(chǎn)生的氣體會(huì)進(jìn)入到催化爐，然后產(chǎn)生反應(yīng)，之后會(huì)有一定的小的流量進(jìn)入到出料口，此時(shí)，如果裝置出現(xiàn)了問(wèn)題，那么上游的蒸汽就會(huì)暫停，但是這股蒸汽可以吹掃轉(zhuǎn)化爐。并且這股小流量蒸汽以及原料產(chǎn)生的水碳比也會(huì)計(jì)入蒸汽的總量中，但是這些水碳比卻不收控制模塊的控制。最終也是流入轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行反應(yīng)的。

其實(shí)，使用天然氣制造甲醇主要依據(jù)的原理是蒸汽轉(zhuǎn)換，在原料中注入蒸汽后得到的液體需要預(yù)熱，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)化，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

2.1控制原理

在控制水碳比的操作中，一般有兩種工作模式。有一種模式是超前，一種是滯后，當(dāng)蒸汽的流量速度高于天然氣的流量速度時(shí)，被稱為超前模式，當(dāng)蒸汽的流量速度低于天然氣的流量速度時(shí)，被稱為滯后模式。通過(guò)以上兩種模式的的才做，可以完成對(duì)水碳比的控制，也可以使蒸汽的總量達(dá)到預(yù)期的要求，并且可以防止裝置突然出現(xiàn)暫停的情況，同時(shí)，也可以保護(hù)催化劑。

為了使水碳比的控制更加平衡，蒸汽在運(yùn)行的過(guò)程中需要有一定的壓力，并且經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算，計(jì)算出水分子的流量大小。與此同時(shí)，天然氣在此過(guò)程匯總，也要進(jìn)行一定的溫度補(bǔ)償以及壓力補(bǔ)償，然后得出碳分子的流量大小，最后，水分子除以碳分子流量，得出的數(shù)值，就是水碳比。

2.2控制方案

碳水比計(jì)算和控制關(guān)系應(yīng)采用DCS系統(tǒng)，這樣可以提高水中碳水比控制的穩(wěn)定性，以及在特定事件下復(fù)雜控制和參數(shù)的完整計(jì)算。在超前和延遲模式下，在裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，蒸汽應(yīng)略大于水碳比例控制中規(guī)定的數(shù)量，以確保水碳比例大于裝置允許的最小水碳比例，并對(duì)轉(zhuǎn)化爐入口水的碳比進(jìn)行控制。將蒸汽輸入轉(zhuǎn)化爐后，應(yīng)添加一些蒸汽。在這一環(huán)節(jié)中，每種產(chǎn)品將產(chǎn)生一些塔蒸汽。現(xiàn)在，碳水的比例將失去控制。因此，在調(diào)整碳水比的過(guò)程中，碳水比的控制也應(yīng)控制平均壓力蒸汽流量。

如果水碳比的正常值增加，應(yīng)分析增加的總量。由于催化劑添加的蒸汽不會(huì)參與計(jì)算，因此必須從計(jì)算連接中的所有轉(zhuǎn)化反應(yīng)中減去添加的蒸汽量。當(dāng)水碳比固定值降低時(shí)，還必須確保所需蒸汽不小于所需總蒸汽的最小值。減去設(shè)定值后，可以驗(yàn)證所需總蒸汽的最小值是否在降低。此時(shí)，應(yīng)通過(guò)計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算，以便在流量調(diào)節(jié)閥的幫助下調(diào)整增加的蒸汽流量。為了避免蒸汽突然減少，應(yīng)在連接水的碳比控制裝置時(shí)設(shè)計(jì)限速器調(diào)節(jié)器，以降低蒸汽流量的減少速率。

如果水碳比的最小值增加，則總蒸汽的最小值也將增加。如果總蒸汽的最小值仍在規(guī)定值內(nèi)，蒸汽系統(tǒng)不會(huì)改變。采用延遲函數(shù)后，天然氣流量也可以保持恒定。

2.3聯(lián)鎖方案

SIS裝置可連接水的碳比，為了不斷提高SIS的可靠性，在對(duì)水碳比進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，需要使用到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表是獨(dú)立的，與DCS系統(tǒng)不同。SIS裝置的主要目的是參與水碳比的最終計(jì)算中去，并且SIS裝置是基于聯(lián)鎖方案設(shè)計(jì)的，因此，它還具備聯(lián)鎖保護(hù)的功能，但是不會(huì)參與到裝置的控制中去。

在進(jìn)行物質(zhì)催化的時(shí)候，一旦水碳比與總水碳比的值低于聯(lián)鎖值，那么這個(gè)裝置就會(huì)出現(xiàn)暫停的狀態(tài)，SIS裝置在計(jì)算水碳比的時(shí)候與DCS系統(tǒng)的原理相同，在計(jì)算的時(shí)候，都會(huì)采用壓力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

使用SIS裝置的時(shí)候，需要有很高的權(quán)限，一般的工作人員都不具備操作的權(quán)限，因此，在設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，設(shè)定分子量的時(shí)候，需要設(shè)定一定的系數(shù)。

2.4設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用效果

因?yàn)樗急鹊目刂剖且粋€(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，會(huì)有大量的計(jì)算問(wèn)題，因此，應(yīng)該使用兩套獨(dú)立的系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。SIS在進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)的時(shí)候，是使用的監(jiān)測(cè)的方式，因此，這個(gè)系統(tǒng)也是獨(dú)立于其他系統(tǒng)的，DCS水碳比在運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)控是比較復(fù)雜的，但是通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水碳比在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，這個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，是可以將信號(hào)傳送到另一個(gè)控制器中，然后通過(guò)SIS的裝置平臺(tái)進(jìn)行操作，并可以提高聲音和視覺(jué)報(bào)警的效果。水碳比控制互聯(lián)的設(shè)計(jì)方案穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)水碳比的控制是一個(gè)長(zhǎng)久的、平穩(wěn)的檢測(cè)過(guò)程，在一般情況下，水碳比的值都比較固定，水碳比發(fā)生變動(dòng)的情況一般都是因?yàn)樨?fù)荷發(fā)生了變動(dòng)。因?yàn)樗急鹊穆?lián)鎖反應(yīng)級(jí)別比較高，涉及的范圍比較廣，因此，一旦觸發(fā)聯(lián)鎖反應(yīng)，就會(huì)使整個(gè)操作流程暫停，因此，在我們的實(shí)際生活生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證節(jié)能鍵能，增加企業(yè)的利潤(rùn)，在保證催化環(huán)境安全的情況下，一定要盡可能的保證降低水碳比的比例。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦川，屈振軍.天然氣制甲醇裝置水碳比控制及聯(lián)鎖設(shè)計(jì)研究[J]. 2021（2017-30）：94-94.

[2]康英英，杜倫，帥敏剛.天然氣制甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程及控制要點(diǎn)[J].氮肥技術(shù)，2019，40（5）：3.

[3]王飛.天然氣制甲醇工藝優(yōu)化[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，v.45;No.203（05）：29-30.

[4]蘇為群.制氫裝置中典型的控制和聯(lián)鎖方案及應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2020，56（3）：5.

[5]何佳陽(yáng).天然氣制甲醇工藝流程及其控制[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（03）：14-14.

[6]韋濤.天然氣制甲醇裝置工藝優(yōu)化[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019（5）.