MTBE工藝中在線分析復雜控制的應用

＊張揚 陳孟春 李煥良

（浙江恒逸工程管理有限公司 浙江 311200）

引言

如今在線分析儀表[1-3]在化工廠已經大規模應用，在線分析儀表的技術和質量穩定性不斷提高，在線分析儀表的功能，正在從簡單代替離線分析儀表發展到了參與簡單的過程控制，甚至積極參與到裝置核心功能的復雜控制[4-6]，由此為常規的復雜控制拓展了一個新的空間。將分析儀表引入到復雜控制，可以提高控制的直觀性，提高工藝操作的精確度。將會是未來工藝設計和改進的一個重要的組成，和四大常規參數并肩，并互相配合，將操作安全和生產效率推向一個新的高度。然而，在線控制方案的具體實施，特別是在線控制參數選擇、在線控制計算方法和在線控制整體方案，還需進一步在實踐中優化[7-8]。

本文以MTBE裝置烯醇比比例控制在線分析儀表的應用為案例，分析其技術控制參數選擇和在線控制計算方法，以及該在線控制方法為生產帶來的操作直觀性、生產高效性和安全性。并在案例的啟發下，分析討論其未來可能的發展方向。

1.MTBE裝置進料比例控制分析

裂解抽余碳四原料中的異丁烯和工業甲醇，以大孔強酸性離子交換樹脂為催化劑，在35-70℃、0.65-1.10MPa操作條件下，合成甲基叔丁基醚（簡稱MTBE）。反應方程如下：

上述反應發生于液相中，反應為可逆放熱反應。除了上述主反應外，在反應條件下尚存在下列副反應：

從上述反應機理可了解，MTBE反應進料的醇烯比直接影響了MTBE反應效率及產品質量。以下列舉當下3種常用的裝置操作人員控制醇烯比的手段，以此來體現出在線分析儀表的在此控制中的作用不斷的提高，以及由此帶來的控制效果。

2.抽余液異丁烯離線分析控制方案

抽余液進料為定值，以抽余液原料離線分析異丁烯含量為參考數據，通過手動計算摩爾數，手動調節甲醇進料量；具體儀表配置和控制見圖1。此方案屬于比較早期的設計，控制簡單，精度低。如果抽余液原料進料量或者異丁烯的成分有所變化，都不能及時做出反應，直接影響到反應器及后續工段催化蒸餾塔的操作，嚴重可導致MTBE產品不合格。因為已經不是主流控制，不做贅述。

圖1 抽余液異丁烯的離線分析控制方案Fig.1 Off-line analysis control scheme for raffinate isobutylene

3.抽余液異丁烯在線分析控制方案

抽余液進料為定值，以進料異丁烯在線數據為參考數據，通過如下三個公式：

（1）AT-異丁烯×FT-抽余液/58=進料異丁烯摩爾質量流量；

（2）FT-甲醇/32=甲醇的摩爾質量流量；

（3）甲醇的摩爾質量/異丁烯的摩爾質量比=1.05。

推導出最佳的異丁烯和甲醇的質量流量比，以此作為流量比例控制的設定值。給比例控制器進行比例的設定。然后此比例控制器自動調整甲醇進料量。來保證最佳的醇烯比。當抽余液的流量有變化，甲醇可以自動跟蹤調整，保證比例。

這種調節方式較第一種方式有了明顯的進步，可以自動跟蹤抽余液進料量的變化進行甲醇進料的調整，但無法響應抽余液中異丁烯含量變化導致的醇烯比變化。在分析儀表中異丁烯含量數據出現波動時，需要操作人員重新計算兩股進料流量比例值，進行比例值的重新設定，需要操作人員適當介入計算。所以要求操作人員有一定的DCS畫面監屏能力。而且，導致操作人員操作頻繁，生產易波動。其具體儀表配置和控制實現方案如圖2。

圖2 抽余液異丁烯在線分析控制方案Fig.2 On-line analysis control scheme for raffinate isobutylene

抽余液異丁烯在線分析復雜控制框圖如圖3所示。

圖3 抽余液異丁烯在線參數控制框圖Fig.3 On-line parameter control flow diagram for raffinate isobutylene

4.混合液醇烯含量比在線分析控制方案

此控制是通過將分析儀表后置到混合器后，通過在線分析儀直接測量異丁烯和甲醇的量，并通過比例控制器算出其比值，并在控制器中設定好的最佳的比值設定值。其儀表配置控制方案如圖4所示。

圖4 混合液醇烯含量比在線分析控制方案Fig.4 On-line analysis control scheme for ratio of alcohol to olefin in mixture

混合液醇烯含量比在線分析復雜控制框圖如圖5所示。

圖5 混合液醇烯含量比在線參數控制框圖Fig.5 On-line parameter control flow diagram for ratio of alcohol to olefin in mixture

比例控制器將會通過控制甲醇進料量來保證烯醇比的比值和設置值的一致性，很好的解決了上兩種方案的無法完全自動控制的缺點。減少內操的工作量，且能更迅速的響應C4抽余液中異丁烯成分比例的變化或是抽余液的流量變化。

調整生產中工業甲醇的使用量，保證了裝置的醇烯比一致處于理想狀態。在甲醇的流量控制回路中增加針對比例控制器突然大幅變化的限制條件，就可以避免因為分析儀故障引起的生產波動，使得生產既高效，且穩定。

5.總結

總之，從上述的應用案例中可以看出在MTBE生產裝置中在線分析儀表參與復雜控制，可以有效的提升生產裝置的自動控制有效性，提高生產的高效性和穩定性。

通過在線分析使用核心的反應理論數據來參與對溫度、流量、壓力的控制是化工裝置控制的主要方向，但是需要注意控制參數的選擇和控制方法的有效性。