先進智能控制系統在MTBE裝置的應用

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(洛陽煉化宏力化工有限責任公司 ， 河南 洛陽 471012)

先進智能控制系統在MTBE裝置的應用

岳斌，紀紅進

(洛陽煉化宏力化工有限責任公司 ， 河南 洛陽 471012)

MTBE裝置生產技術比較成熟，但仍存在DCS操作自動化率較低、操作平穩性較差和能耗較高等問題。宏力化工公司在DCS操作的基礎上增加先進智能控制系統(APC)，對公司MTBE裝置進行技術改造優化。優化結果表明先進控制系統能大幅度提高MTBE裝置操作平穩率，減輕操作人員勞動強度，有效降低裝置生產能耗。

MTBE ； APC ； 平穩率 ； 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。洛陽煉化宏力化工有限責任公司擁有2套MTBE裝置(MTBE一單元和MTBE二單元)。裝置分為醚化反應系統、催化蒸餾系統、甲醇萃取系統和甲醇回收系統，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，其中一單元設計生產能力為6萬t/a MTBE，以輕C4(C5含量平均在0.1%左右)做原料，生產的MTBE產品為公司的MTBE優級品；二單元設計生產能力為4萬t/a MTBE，以重C4做原料(C5含量平均在1.5% 左右)，生產的MTBE 產品為公司的MTBE合格品。

圖1 MTBE裝置工藝流程圖

先進智能控制與優化技術(即APC)是從20世紀70年代末發展起來的一項新型的綜合性工業技術，它的核心是多變量控制理論。APC的推廣應用，可以有效穩定裝置操作，減輕操作負荷，提高產品質量，降低成本，提高控制水平。APC是建立在常規控制回路之上的。實施先進控制不會改變已有的常規控制策略。在實施先進智能控制時APC與常規控制回路之間會有一個嚴格的、保證它們之間無擾動和安全切換的邏輯，只有下游常規控制回路正常的情況下，相應先進控制回路才能切到在線；同樣下游的常規控制回路不正常時，相應APC回路也會自動回到常規控制狀態。

宏力化工公司基于提高產品質量和節能降耗的考慮，與洛陽宏達卓陽科技有限公司進行技術合作，結合兩套MTBE裝置實際生產現狀，先后對公司MTBE二單元和MTBE一單元進行先進智能控制技術(APC)改造。本論文以APC在MTBE二單元生產上的應用為例進行改造前后效果的闡述。

1 MTBE二單元裝置現狀

1.1原料系統不穩定，裝置負荷波動較大

宏力化工公司MTBE二單元裝置C4原料來自于中國石化洛陽分公司氣分裝置，受上游裝置波動影響，使MTBE裝置二單元的負荷在6～28 t/h波動，裝置工藝調整頻繁，操作難度加大，無法達到最佳的操作工況。

1.2原料質量不穩定，產品質量控制難度加大

根據MTBE設計要求，C4原料指標中異丁烯含量>13%(質量百分數)，受原料來源波動影響，異丁烯含量波動較大，進而影響醇烯比，對后續反應造成不利影響，產品質量控制難度加大。

1.3手動控制較多，操作勞動強度較大

目前MTBE二單元共有控制回路21個，其中手動狀態11個，手動狀態占總控制回路將近50%，操作人員的勞動強度加大，不利于裝置的安全生產。

1.4MTBE產品中C5含量高，MTBE優級品少

催化精餾塔出裝置分析中C5含量有時高達15%，影響MTBE含量<85%，且無法通過精餾塔塔頂蒸出。

2 APC系統投用前后效果對比分析

2.1自動化程度對比

APC投用后，大幅提升了MTBE二單元自動化水平，自動控制率全面提高，使用APC控制的關鍵回路的自控率由原來的不足50%，提升到100%。大幅降低了工人勞動強度。21個控制器投用情況如表1、表2所示。

表1 進料、反應、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大。②來料量過大，超過設計負荷最大值28 t/h以上。③公用工程部分波動幅度過大。FV-1502切除原因為當日調度調整MTBE一單元、MTBE二單元間加工負荷。刨除不可控因素，APC控制器的投用率可達到100%。

2.2操作穩定性對比

APC系統投用后，改善了裝置進料大幅波動情況，同時穩定了C4進料、醚化反應、催化精餾、甲醇萃取、回收單元的各工藝參數，有效減少了生產波動，使設備長期保持在最優工況下運行，有利于裝置安穩長優平穩生產。

當進裝置原料C4量大幅波動(26 t/h降到18 t/h)時，APC在確保原料罐液位的前提下，進反應器流量以每分鐘變化量≤0.5 t/h的速度緩慢調整，使進料變化對催化精餾塔T1501靈敏點溫度、液位等被控變量的影響降到最低，從而確保了整個裝置的穩定生產。

2.3產品質量對比

APC投用后使生產實現卡邊操作，從而使產品質量得到優化，增加了MTBE產品的合格率和優級品率。

產品質量對比結果如表3所示。

表3 投用前后催化精餾塔T1501底MTBE產品質量對比

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

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

2.4操作能耗對比

本裝置能耗情況采用蒸汽抄表與冷回流量折合蒸汽量兩種方式對比APC控制器投用前后的生產單耗。

2.4.1以抄表方式計量對比結果

APC控制器投用前后以抄表方式計量能耗對比結果如表4所示。

表4 投用前后以抄表方式計量能耗對比表 t

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

2.4.2以冷回流方式計能耗對比結果

APC控制器投用前后以冷回流方式計量統計能耗對比結果如表5所示。

表5 投用前后以冷回流方式計量能耗對比表 t

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

2.4.3節能效果核算

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

①以抄表計量方式核算節能效果：

每年節約蒸汽折算1 939 204.3元。每年節約循環水折算544 813.7元。全年合計2 484 018.0元。

②以冷回流方式核算測試期間節能效果：

每年節約蒸汽折算2 156 665.7元。每年節約循環水折算544 813.7元。全年合計2 701 479.4元。

其中：蒸汽價格為159元/t，循環水價格為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控制系統后至少每年能為企業節能創效200萬元以上。

3 結論

宏力化工公司MTBE裝置增上APC控制系統。APC控制系統投用后，自動化率由原來的50%提高至100%，顯著提高了MTBE裝置的自動化率，大大減輕了職工的操作強度；APC系統能在原料來料大幅度波動的情況下，對進料量進行緩慢調節，從而避免進料大幅度波動對裝置各工藝參數的影響，因此APC系統大幅度提高了MTBE裝置的穩定性；APC系統投用后使生產實現卡邊操作，一定程度提高了產品質量；APC系統投用后經過測算，可以使生產能耗得到有效降低，每年為企業節能創效200萬元以上，取得了良好的經濟效益。

大連化物所二氧化碳加氫合成甲酸研究取得進展

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

CO2加氫合成甲酸是一個原子經濟性反應，生成的甲酸是重要的化工原料，并可作為理想的液態儲氫材料。CO2分子中的碳原子處于最高價態且化學性質相對惰性，對其進行有效活化是實現CO2高效轉化的關鍵。該團隊設計了一種席夫堿修飾的納米金催化劑，利用席夫堿基團中的氮中心與CO2發生弱相互作用生成氨基甲酸鹽兩性離子，并進一步在納米金催化劑上發生加氫反應生成甲酸。實驗結果表明，不同于傳統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化為甲酸，在溫度90 ℃、壓力8.0 MPa的反應條件下，生成甲酸的轉化數可達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，從事化工生產技術管理工作，電話：0379-66992976。