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UW500集散控制系統在甲醛生產過程中的應用

行業方案


1、 概述

甲醛用途廣泛、生產工藝簡單、原料供應充足的大眾化工產品,是甲醇下游產品的主干,世界年產量在2500萬噸左右,30%左右的甲醇都用來生產甲醛。甲醛生產過程是個復雜的化學反應過程,對于甲醛裝置的操作,以前人們是憑借實踐檢驗和單元組合式儀表來進行的,由于缺乏生產過程參數的準確測量和實時控制,使得甲醛產品成本高、操作費用大、產品在市場上缺乏競爭力。為此,需要對甲醛實行優化操作和控制。
    UW500集散控制系統具有可靠性高、系統開放、功能強大、維護簡單等眾多優點,能夠對甲醛生產提供高效優質的監控,提高控制的穩定性和協調性,降低產品生產成品并提高產品質量,提升產品市場競爭力。


2、工藝簡介

空氣氧化法制備甲醛有兩條工藝路線:1、以電解銀,浮石銀為催化劑的銀法工藝,使用這種方法時,甲醇在原料混合氣中的濃度高于爆炸極限區上限(36%),即在甲醇過量的情況下操作,由于反應氧化不足,反應溫度較高(一般為600~720℃),有脫氫反應同時發生,所以又稱氧化-脫氫工藝。2、以Fe2O3-MoO作為催化劑的鐵法工藝,此法是在空氣-甲醇混合氣中甲醇濃度低于爆炸區的下限(小于6.7%),即在含有過量的空氣情況下操作,由于空氣過剩,甲醇幾乎全部被氧化,所以又稱此法為純粹的氧化工藝。

1 甲醛工藝流程

原料甲醇由甲醇計量槽經甲醇泵輸送至甲醇高位槽,保持一定流量經過濾后進入甲醇蒸發器,同時由羅茨風機將經過濾后的空氣送入甲醇蒸發器底部。甲醇經過加熱氣化及空氣夾帶,與空氣形成二元混合氣;再和通入一定流量的蒸汽相混合,形成三元混合氣,三元混合氣經過熱器過熱后,進入阻火過濾器,再次過濾后的三元混合氣進入氧化器,在氧化室加熱元件的高溫與電解銀催化劑的作用下,發生氧化脫氫反應。反應氣體快速經過氧化器急冷段并在急冷段的冷卻下,進入1#吸收塔循環吸收,循環液部分采出即為成品甲醛溶液(濃度37%左右),并進入甲醛計量槽及甲醛成品槽。經1#吸收塔循環吸收后的尾氣進入2#吸收塔,以脫鹽水作為吸收劑,經2#吸收塔循環吸收收的尾氣,經尾氣液封槽,最終進入尾氣處理裝置作為燃料燃燒,燃燒后的尾氣直接進入大氣,達到零污染排放。
只要是以甲醇為原料,總是離不開甲醇的輸送、蒸發、原料氣(空氣、配料、甲醇氣)的凈化、過濾阻火、轉化反應、冷卻吸收、產品貯運等環節。各環節手段不同以及不同的組合方式形成不同的工藝路線。


3、控制策略

氧化器的溫度是生產控制的一個重要指標,溫度控制的穩定可以提高觸媒的運行周期,從而可以大大降低生產成本。由上可知,氧化器溫度是整個甲醛生產控制的關鍵,影響氧化器溫度的變量主要有:(1)蒸發器的溫度和壓力;(2)干空氣的流量;(3)配料蒸汽的流量;(4)冷卻器出口的甲醛溫度。當然,甲醇的濃度、空氣的含氧量、空氣的溫度、蒸汽的溫度、壓力都會影響到氧化器的溫度。
    在生產過程中,對氧化器的溫度影響最大的是空氣流量,空氣變化量如果大于5%,氧溫波動可達到10~20℃。因此,從控制角度來說,空氣流量是用來調節氧化器溫度的一個很好的變量。

2 氧化器溫度控制框圖

在該方案的實施過程中,控制系統事先允許操作人員設定或確認最佳允許狀態的一組參數(包括空氣流量、蒸汽流量、氧化溫度、蒸發溫度、風機轉速等),系統將這些參數記錄在運行系統的系統平臺的數據庫中。具體方案是恒定風速,當外界干擾引起的氧溫變化時,首先通過氧溫-蒸汽流量串級調節回路結合蒸發器溫度調節回路快速調節氧溫:當氧水比出現偏離時,根據數據庫中的最佳運行參數、生產的現在,通過模糊數學模型的運算來修正蒸發溫度,改變氧醇比,再次引起氧溫的小幅變化,然后由氧溫-蒸汽流量串級調節回路調節氧溫恢復正常,從而恢復氧水比正常,繼而氧醇比也得到了恢復。

3 UW500氧醇比控制算法

 

 4 UW500氧醇比子程序

另外,對整個生產過程特別是點火階段,我們充分利用DCS信息共享、歷史數據查詢及簡便的自定義控制算法編制等優勢,根據現場具體的工藝情況編制了控制程序。不但提高了控制水平,使產品質量得到穩定和增強,并且大大降低了操作人員的勞動強度。同時保證了生產的安全性,在實際生產中發揮了積極的作用。


4、控制工程
    氧化器溫度是控制的重點,影響到甲醛成品的質量,浙大優穩的控制方案中,通過對風機轉速和主路旁路調節閥的控制來達到氧化器溫度的控制。UW500集散控制系統在甲醛生產的應用,硬件配置、網絡架構及工藝流程圖。 

 

4 系統結構圖

5 氧化工段

5、小結
    甲醛生產在使用了UW500集散控制系統之后,能夠明顯改善工人的工作強度,生產自動化水平得以實現,利用DCS強大集散控制能力,對現場儀表進行協調運行。甲醛產量和質量得到明顯提升,DCS特有的聯鎖控制也提高了甲醛生產安全性,UW500集散控制系統的穩定性也使得生產過程穩定易控。

 

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