煤制甲醇項目中自動控制系統的應用

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摘要：隨著相關生產技術的革新和發展，煤制甲醇已經成為甲醇最主要并且最為經濟環保的生產途徑，使用煤來代替石油作為生產原料來進行甲醇的生產，是化學工業技術和行業發展以及國家有關能源安全的必然要求。以同煤廣發公司的SHELL氣化技術為例，主要對煤制甲醇項目中的自動控制系統的應用進行深入剖析，并對其工藝進行簡略的介紹，以便為煤制甲醇產業帶來現實參考。

關鍵詞：自動控制系統；煤制甲醇；工藝；自動控制

引言

甲醇作為目前化學工業行業中最為廣泛運用的原料以及化工產品，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，甲醇在各行各業的廣泛利用將對我國的資源節約以及社會可持續發展具有重大意義。而隨著時代的發展進步和現代科學技術的飛速發展，煤制甲醇的生產過程也逐漸開始向自動化的方向進行發展。

1煤制甲醇工藝流程

在甲醇的工業生產中，通常是利用CO氣體和H2氣體之間的化學反應來制得甲醇。而CO氣體和H2氣體則是通過煤的氣化反應所得到的，但是由煤的氣化反應所得到的CO氣體和H2氣體除了彼此之間的比例不適宜甲醇的生產之外，同時在粗煤氣中還含有很多會對甲醇生產造成不良影響的雜質氣體，因此在進行CO氣體和H2氣體合成甲醇反應之前，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，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甲醇的大致工藝流程圖。

2煤制甲醇項目中的自動控制系統

在現代化工行業生產中，如何以實際生產條件為基礎，通過采取與之相適應的控制策略，使得生產流程中的各項生產性能以及產品質量達到標準，實現對生產過程控制的最優化是所有生產單位和相關企業一直在不斷探索的主要核心問題。目前，這類企業為了實現對生產過程的精準化控制，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。煤制甲醇項目生產過程中的自動化控制主要是為了實現對氣化爐和精餾塔等生產設備以及整個生產流程的控制最優化，煤制甲醇項目中的自動控制系統主要包括檢測儀表、控制器、執行器等部分。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性能要求的前提下，將生產流程的控制管理過程盡量最簡化，在提高生產效率的同時減少生產成本支出，并降低對環境的污染和對資源的消耗［1－2］。目前在煤制甲醇的生產過程中常用的自動控制系統包括德士古以及殼牌兩種不同的氣化技術，這兩種氣化技術各有其長處和不足，在實際生產中我們要根據實際生產需要，綜合這兩種自動化控制系統的優點，選擇出更為合適的自動控制方案。下面將以同煤廣發公司所采用的殼牌氣化技術為例，進行著重分析［3］。

3SHELL氣化爐中的自動控制

3．1煤粉加壓系統的順序控制

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，其特點是按照預先規定的順序進行檢查、判斷、控制的過程。順序控制系統是一種應用十分廣泛的工業控制系統，在化工生產領域有了順序控制系統的引入能夠在很大程度上節省操作工的操作次數，也避免誤操作，使生產更加的穩定可靠。下面以煤粉加壓系統的順序控制為例來分析說明順序控制在化工生產中的應用。下面以同煤廣發殼牌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過程中的應用。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備，煤粉鎖斗通過氮氣或者二氧化碳的沖壓達到4．7MPa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的，圖3中方塊為動作功能塊，當第一步動作完成后，通過判斷十字形的條件功能塊，當條件滿足時才可以執行下一步的指令。通過這種控制方式，我們可以準確快速地對工藝參數進行判斷處理。

3．2氣化工序的工藝聯鎖

同煤廣發公司的SHELL氣化爐中的工藝自動控制主要是對氣化單元的聯鎖控制，儀表聯鎖是現代化工生產中比較常用的一種控制措施，可以對控制系統中檢測結果進行停機控制。化工裝置中儀表聯鎖主要通過安全儀表系統來實現控制功能，對化工生產過程中存在的異常情況進行監控，可避免發生安全事故，一旦出現生產事故則通過控制系統直接進行停車控制，保證生產流程規范性，有效控制事故影響范圍，提高化工生產安全性［4－5］。氣化單元的聯鎖控制主要目的為通過SIS系統軟件組態實現對4條燒嘴防回火保護、氣化爐壓力限制保護、氣化爐復產蒸汽產量保護、氣化爐循環水汽流量保護、燒嘴冷卻保護、渣系統高溫保護、氣化爐渣口堵渣保護，具體如表1所示。氧線和氣化爐的壓差為例說明聯鎖控制的必要性和安全性。13PDT－0007A／B／C的聯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。以上每個聯鎖都是為了工藝、設備、人員安全而設置的聯鎖條件，只有這些聯鎖正常投用才能確保安全生產。除了同煤廣發公司所采用的上述兩種主要的自動控制系統之外，SHELL氣化爐中還包括復雜控制回路等自動控制系統，例如氣化爐的負荷控制系統等，這里就不再贅述。

4結語

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的市場需求急劇增大，得益于此，同煤廣發化學工業有限公司的經營狀況得到了較大改善，產品常常出現供不應求得狀況。在此期間，自動控制系統在公司生產過程中的重要作用得到充分體現。該系統的運用大大提高了生產效率，降低了生產難度，使生產工作人員對技術設備的操作更加簡便，隨著國內自動化控制系統的不斷推廣應用，其對該行業的生產必將發揮越來越重要的作用，也將進一步推動了煤化工產業的繁榮發展。

參考文獻：

［1］王建國．煤制甲醇工藝分析及過程自動化解決方案［J］．科技創新與生產力，2012，221（6）：59－60．

［2］馬俊．淺談煤制甲醇項目的煤氣化技術選擇［J］．價值工程，2014，151（4）：64－65．

［3］董斌．煤制甲醇合成塔的工藝設計探討［J］．商品與質量，2016，51（4）：230．

［4］劉立新，謝劍軍．我國的新型煤化工產業———煤制甲醇［J］．化學教育，2014，35（24）：7－12．

［5］劉英波．煤制甲醇工藝探析［J］．化工管理，2016，29（10）：261．

作者：劉偉 單位：同煤廣發化學工業有限公司