甲醇三塔精餾工藝改進和PLC過程控制探討

趙文瑞

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037003)

甲醇是一種常見的有機產(chǎn)品，在化工產(chǎn)業(yè)中耗用量較大，且甲醇也被當做重要溶劑而使用。在甲醇生產(chǎn)中，精餾是指將精甲醇從粗甲醇中分離的過程[1]。甲醇精餾控制技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲醇的質(zhì)量，同時對有效控制生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益至關(guān)重要。為實現(xiàn)高質(zhì)量甲醇的要求，工藝上常采取提高回流比等方法，但這些方法會增加生產(chǎn)成本，而且殘液的排放量也會相應增加。因此，研究、開發(fā)比現(xiàn)階段更加節(jié)能的甲醇精餾工藝，并建立簡單、穩(wěn)定的自動控制系統(tǒng)，保障甲醇生產(chǎn)安全及精餾的質(zhì)量和效率，具有重要的作用[2]。

1 甲醇三塔精餾流程

甲醇是應用最為廣泛的有機原料及有機溶劑之一。對于甲醇生產(chǎn)而言，粗甲醇的精制是甲醇產(chǎn)品裝置的最后的一個工段，精餾工藝的優(yōu)劣直接關(guān)系到甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量及全流程的能耗?，F(xiàn)階段，甲醇精餾以三塔精餾工藝應用最廣泛，其能有效利用流程中的潛熱，而且大大節(jié)省冷凝水的消耗。具體的，三塔精餾主要原理是在雙塔的基礎上，將主精餾塔拆成兩個塔，形成雙效精餾，同時做到進一步的熱集成，有效利用流程中的熱能。三塔工藝流程，如第131頁圖1所示。

2 甲醇三塔精餾過程的操作要點

一般而言，對于甲醇三塔精餾工藝流程，有如下控制要點[3]。

2.1 甲醇操作中的質(zhì)量控制

粗甲醇中含有一些酸性物質(zhì)和胺類物質(zhì)，為了避免酸性腐蝕，同時為促進胺類利羥基物的分解，一般根據(jù)預塔塔底的pH實際情況，在預塔進料的同時補入1%～5%的堿液，使精甲醇酸堿度即pH值控制在9～10的范圍內(nèi)。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量分析中水混溶性試驗的控制

按照相關(guān)規(guī)定，精甲醇產(chǎn)品需要通過1+3水混溶性試驗。隨著甲醇蒸餾過程的進行，粗甲醇中含有的高級醇、烷烴等雜質(zhì)會逐漸積累，且當其含量在成品中含 15×10-6以上時就對水溶性試驗產(chǎn)生影響，以致造成精醇成分不好，含量最高的雜質(zhì)采不出來，因此需要適當采出預塔冷凝器Ⅱ的冷凝液和常壓塔中、上部的雜醇，同時要盡量減少此雜質(zhì)帶入后面主塔的機會。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量分析中乙醇的控制

通過色譜分析數(shù)據(jù)可知，生產(chǎn)中乙醇主要積累在常壓塔中，如若公司產(chǎn)品中對乙醇含量有特殊要求，需在塔下部適當位置取出一部分甲醇液。

3 三塔精餾工藝流程的改造

三塔精餾是指由預塔、加壓塔和常壓塔所組成的甲醇精餾系統(tǒng)，基于上述分析，為了更好地發(fā)揮出三塔精餾工藝流程的優(yōu)勢，使甲醇產(chǎn)品的收率和質(zhì)量得到有效提高，可以對整個工藝流程進行如下優(yōu)化。

3.1 改變側(cè)線采出位置和采出量

為了優(yōu)化采出工藝，首先要對原有的工藝流程、工藝控制指標、原料、產(chǎn)品等不合理的地方作出改動；其次，還需根據(jù)生產(chǎn)負荷等情況對側(cè)線采出位置和采出量進行變動。此外，還可以通過利用水稀釋粗甲醇中乙醇來控制精餾過程中的乙醇含量，并在衡量計算過熱料熱量基礎上，建立一個甲醇精餾的模型，從而實現(xiàn)對整個精餾工藝流程進行技術(shù)改造和優(yōu)化操作。

圖1 甲醇三塔精餾工藝流程

3.2 預精餾塔回流槽的改進

預精餾塔回流槽的作用是緩沖甲醇，并將甲醇和醚、雜醇分離開。通過將醚、雜醇分離的出口由1個改為3個，同時槽的液位采用自調(diào)閥來調(diào)節(jié)的改造后，可以明顯提高甲醇的分離效率。

3.3 進一步做好節(jié)能降耗

在“節(jié)能減排”逐步融入經(jīng)濟發(fā)展主旋律的今天，為了進一步凸顯三塔精餾工藝流程的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢，就必須在生產(chǎn)過程中進行嚴格的工藝操作管理，嚴格控制精甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量；保證粗甲醇的質(zhì)量，可以降低甲醇精餾過程中蒸汽、水等項目的消耗；根據(jù)實際狀況采取合適的回流比，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的情況下，減小蒸汽消耗量；要重視設備的管理、維護、保養(yǎng)，減少開停車，以降低整個甲醇精餾過程中的蒸汽消耗。

4 基于PLC的甲醇精餾工藝控制

目前，在計算機網(wǎng)絡通信以及當代先進控制理論的引領(lǐng)下，PLC控制被引入到甲醇精餾工藝中，使生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，實現(xiàn)了節(jié)能和效率，保證了生產(chǎn)現(xiàn)場安全。為此，主要探討基于PLC的甲醇精餾工藝控制和過程改進。

可編程邏輯控制器(PLC)是一種運算操作的電子系統(tǒng)，具有可靠性高、抗干擾和通用性強、使用方便等特點[4-5]。根據(jù)以上的工藝分析，結(jié)合生產(chǎn)實際，可以以PLC 為主控制器，采用實用新型技術(shù)方案，實現(xiàn)以低成本達到常規(guī) DCS 控制系統(tǒng)在甲醇精餾工藝中的控制。本實用新型方案甲醇精餾自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及邏輯流程圖，如圖2和圖3所示。

圖2 基于PLC的甲醇精餾自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 基于PLC的甲醇精餾自控系統(tǒng)邏輯流程圖

本實用新型方案的自動監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)工藝過程中具體實施具備以下功能：1) 能實現(xiàn)工藝過程的手動控制，還能實現(xiàn)對閥門、電機、執(zhí)行機構(gòu)的自動控制，且系統(tǒng)還會自動輔以 PID 過程參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。2) 能實現(xiàn)整個工藝過程的各類溫度、壓力等參數(shù)采集、顯示，可以對流量參數(shù)值進行數(shù)據(jù)累積。3) 可采用溫度-流量的串級調(diào)節(jié)方式，且在控制過程中，系統(tǒng)總會自動對安全性要求高的對象進行聯(lián)鎖控制，確保任何情況下找出最佳方案自動進行處理。4) 能實現(xiàn)工藝過程的單回路 PID 自動控制，投入自動后系統(tǒng)就會按設置參數(shù)自動調(diào)節(jié)各參數(shù)對象。5) PLC過程控制器提供了豐富、強大的表達式運算功能，補償了pH值的非線性，可以對pH值有較好的控制效果。6) 能實現(xiàn)與其它系統(tǒng)兼容通信，其他自控系統(tǒng)都能采集數(shù)據(jù)，方便的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

5 結(jié)語

綜上所述，甲醇是應用最為廣泛的有機原料及有機溶劑之一，目前我國甲醇產(chǎn)量呈逐漸增加的趨勢。同時，甲醇精餾控制技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲醇的質(zhì)量，對有效控制生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益至關(guān)重要。本文通過對甲醇精餾流程及三塔精餾過程的操作要點的分析介紹，提出了相應的改進對策，同時提出了以PLC 為主控制器，實現(xiàn)以低成本達到常規(guī) DCS 控制系統(tǒng)在甲醇精餾工藝中控制的實用新型技術(shù)方案，從而真正實現(xiàn)保障甲醇生產(chǎn)安全及精餾的質(zhì)量和效率。