自動控制系統(tǒng)在煤制甲醇項目中的應(yīng)用

劉 偉

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

甲醇作為目前化學(xué)工業(yè)行業(yè)中最為廣泛運用的原料以及化工產(chǎn)品，是一種十分重要的清潔能源。同時，隨著全球各地對石油等資源的大量消耗，尋找可以代替石油的新型燃料就成為十分迫切的事情，對于我國而言，我國的煤炭資源相對而言比較豐富，所以利用煤來制造甲醇，將甲醇作為替代石油的新型燃料，不僅是對煤炭資源的一項綜合利用，同時也是對于不可再生資源的一種有效保護，甲醇在各行各業(yè)的廣泛利用將對我國的資源節(jié)約以及社會可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。而隨著時代的發(fā)展進步和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煤制甲醇的生產(chǎn)過程也逐漸開始向自動化的方向進行發(fā)展。

1 煤制甲醇工藝流程

在甲醇的工業(yè)生產(chǎn)中，通常是利用CO氣體和H2氣體之間的化學(xué)反應(yīng)來制得甲醇。而CO氣體和H2氣體則是通過煤的氣化反應(yīng)所得到的，但是由煤的氣化反應(yīng)所得到的CO氣體和H2氣體除了彼此之間的比例不適宜甲醇的生產(chǎn)之外，同時在粗煤氣中還含有很多會對甲醇生產(chǎn)造成不良影響的雜質(zhì)氣體，因此在進行CO氣體和H2氣體合成甲醇反應(yīng)之前，首先要對得到的粗煤氣進行凈化等一系列操作，之后才能進行CO氣體和H2氣體的甲醇合成反應(yīng)，并對合成得到的甲醇進行精制。如圖1所示即為本單位生產(chǎn)甲醇的大致工藝流程圖。

圖1 殼牌煤氣化制甲醇流程圖

2 煤制甲醇項目中的自動控制系統(tǒng)

在現(xiàn)代化工行業(yè)生產(chǎn)中，如何以實際生產(chǎn)條件為基礎(chǔ)，通過采取與之相適應(yīng)的控制策略，使得生產(chǎn)流程中的各項生產(chǎn)性能以及產(chǎn)品質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程控制的最優(yōu)化是所有生產(chǎn)單位和相關(guān)企業(yè)一直在不斷探索的主要核心問題。目前，這類企業(yè)為了實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)化控制，主要采取的控制方式為DCS控制，其特點為集中管理、分散控制。煤制甲醇項目生產(chǎn)過程中的自動化控制主要是為了實現(xiàn)對氣化爐和精餾塔等生產(chǎn)設(shè)備以及整個生產(chǎn)流程的控制最優(yōu)化，煤制甲醇項目中的自動控制系統(tǒng)主要包括檢測儀表、控制器、執(zhí)行器等部分。對煤制甲醇項目進行自動化控制的主要目的是在滿足生產(chǎn)性能要求的前提下，將生產(chǎn)流程的控制管理過程盡量最簡化，在提高生產(chǎn)效率的同時減少生產(chǎn)成本支出，并降低對環(huán)境的污染和對資源的消耗[1-2]。

目前在煤制甲醇的生產(chǎn)過程中常用的自動控制系統(tǒng)包括德士古以及殼牌兩種不同的氣化技術(shù)，這兩種氣化技術(shù)各有其長處和不足，在實際生產(chǎn)中我們要根據(jù)實際生產(chǎn)需要，綜合這兩種自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)點，選擇出更為合適的自動控制方案。下面將以同煤廣發(fā)公司所采用的殼牌氣化技術(shù)為例，進行著重分析[3]。

3 SHELL氣化爐中的自動控制

3.1 煤粉加壓系統(tǒng)的順序控制

順序控制是一種按時間順序或邏輯順序進行控制的控制方式，其特點是按照預(yù)先規(guī)定的順序進行檢查、判斷、控制的過程。順序控制系統(tǒng)是一種應(yīng)用十分廣泛的工業(yè)控制系統(tǒng)，在化工生產(chǎn)領(lǐng)域有了順序控制系統(tǒng)的引入能夠在很大程度上節(jié)省操作工的操作次數(shù)，也避免誤操作，使生產(chǎn)更加的穩(wěn)定可靠。下面以煤粉加壓系統(tǒng)的順序控制為例來分析說明順序控制在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

下面以同煤廣發(fā)殼牌12單元煤粉加壓輸送的順序控制來深入分析順序控制在煤制甲醇生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。如圖2所示，磨煤機磨出來的煤粉進入到常壓煤粉罐中，然后再下到煤粉鎖斗中，此處的煤粉鎖斗是個可以沖壓的設(shè)備，煤粉鎖斗通過氮氣或者二氧化碳的沖壓達到4.7 MPa后就可以和底下煤粉給料罐連通，將煤粉下到高于氣化爐壓力的煤粉給料罐中，從而可以把煤粉通過煤線打到氣化爐中。以上過程的控制都是如圖3所示的順序控制來實現(xiàn)的，圖3中方塊為動作功能塊，當(dāng)?shù)谝徊絼幼魍瓿珊?，通過判斷十字形的條件功能塊，當(dāng)條件滿足時才可以執(zhí)行下一步的指令。通過這種控制方式，我們可以準(zhǔn)確快速地對工藝參數(shù)進行判斷處理。

圖2 煤加壓流程圖

圖3 順控示意圖

3.2 氣化工序的工藝聯(lián)鎖

同煤廣發(fā)公司的SHELL氣化爐中的工藝自動控制主要是對氣化單元的聯(lián)鎖控制，儀表聯(lián)鎖是現(xiàn)代化工生產(chǎn)中比較常用的一種控制措施，可以對控制系統(tǒng)中檢測結(jié)果進行停機控制。化工裝置中儀表聯(lián)鎖主要通過安全儀表系統(tǒng)來實現(xiàn)控制功能，對化工生產(chǎn)過程中存在的異常情況進行監(jiān)控，可避免發(fā)生安全事故，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故則通過控制系統(tǒng)直接進行停車控制，保證生產(chǎn)流程規(guī)范性，有效控制事故影響范圍，提高化工生產(chǎn)安全性[4-5]。

氣化單元的聯(lián)鎖控制主要目的為通過SIS系統(tǒng)軟件組態(tài)實現(xiàn)對4條燒嘴防回火保護、氣化爐壓力限制保護、氣化爐復(fù)產(chǎn)蒸汽產(chǎn)量保護、氣化爐循環(huán)水汽流量保護、燒嘴冷卻保護、渣系統(tǒng)高溫保護、氣化爐渣口堵渣保護，具體如表1所示。

表1 氣化爐連鎖統(tǒng)計表

氧線和氣化爐的壓差為例說明聯(lián)鎖控制的必要性和安全性。13PDT-0007A/B/C的聯(lián)鎖主要是確保氧氣管線的壓力大于氣化爐壓力，這樣就可以保證氣化爐的火焰不會回到氧氣管線。以上每個聯(lián)鎖都是為了工藝、設(shè)備、人員安全而設(shè)置的聯(lián)鎖條件，只有這些聯(lián)鎖正常投用才能確保安全生產(chǎn)。

除了同煤廣發(fā)公司所采用的上述兩種主要的自動控制系統(tǒng)之外，SHELL氣化爐中還包括復(fù)雜控制回路等自動控制系統(tǒng)，例如氣化爐的負(fù)荷控制系統(tǒng)等，這里就不再贅述。

4 結(jié)語

隨著國家“煤改氣”政策的大力推廣，甲醇作為清潔能源在國內(nèi)的市場需求急劇增大，得益于此，同

煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司的經(jīng)營狀況得到了較大改善，產(chǎn)品常常出現(xiàn)供不應(yīng)求得狀況。在此期間，自動控制系統(tǒng)在公司生產(chǎn)過程中的重要作用得到充分體現(xiàn)。該系統(tǒng)的運用大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)難度，使生產(chǎn)工作人員對技術(shù)設(shè)備的操作更加簡便，隨著國內(nèi)自動化控制系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用，其對該行業(yè)的生產(chǎn)必將發(fā)揮越來越重要的作用，也將進一步推動了煤化工產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。