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流化床反应器的控制与测量系统
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2020-12-09
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【摘要】本文通过分析丙烯腈生产中影响R101流化床反应器单程收率的几个主要因素,并且给出了工艺和自控上对上述因素的控制方法,特别指出利用简单的测量方法,利用DCS的计算功能,对上述一些不能直接测量的因素进行软测量,在实际应用中取得了良好的效果。一、 引言 年产2.5万吨丙烯腈(AN)装置(后扩产为4万吨)系引进美国SOHIO公司丙烯氨氧化法专利技术,以丙烯(C3H6)、氨(NH3)和空气(AIR)为原料,采用国产MB-96微球型催化剂(后经过多次更新,现为MB-99),在流化床反应器中生成AN、乙腈、丙烯醛、氢氰酸及一些重组分;反映气体经过急冷、吸收、精馏等过程得到AN,其工艺较为完善合理。
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流化床反应器的控制与测量系统流化床反应器的控制与测量系统
【摘要】本文通过分析丙烯腈生产中影响R101流化床反应器单程收率的几个主要因素,并且给出了工艺和自控
上对上述因素的控制方法,特别指出利用简单的测量方法,利用DCS的计算功能,对上述一些不能直接测量的
因素进行软测量,在实际应用中取得了良好的效果。一、 引言 年产2.5万吨丙烯腈(AN)装置(后扩产为4
万吨)系引进美国SOHIO公司丙烯氨氧化法专利技术,以丙烯(C3H6)、氨(NH3)和空气(AIR)为原料,采用国
产MB-96微球型催化剂(后经过多次更新,现为MB-99),在流化床反应器中生成AN、乙腈、丙烯醛、氢氰酸
及一些重组分;反映气体经过急冷、吸收、精馏等过程得到AN,其工艺较为完善合理。
【摘要】
本文通过分析丙烯腈生产中影响R101流化床反应器单程收率的几个主要因素,并且给出了工艺和自控上对上述因素的控
制方法,特别指出利用简单的测量方法,利用DCS的计算功能,对上述一些不能直接测量的因素进行软测量,在实际应
用中取得了良好的效果。
一、一、 引言引言
年产2.5万吨丙烯腈(AN)装置(后扩产为4万吨)系引进美国SOHIO公司丙烯氨氧化法专利技术,以丙烯
(C3H6)、氨(NH3)和空气(AIR)为原料,采用国产MB-96微球型催化剂(后经过多次更新,现为MB-99),在流化床反
应器中生成AN、乙腈、丙烯醛、氢氰酸及一些重组分;反映气体经过急冷、吸收、精馏等过程得到AN,其工艺较为完善
合理。目前世界上生产AN的装置大都应用该工艺路线,具有一定的先进水平,工艺过程中的控制测量系统采用日本横河
公司生产的CENTUM-V型集散控制系统(DCS),一次仪表主要以ROSEMOUNT公司生产的1151系列变送器、西门子
公司的氧分析仪、DKK公司的PH计以及其他现场仪表。全装置共有98套控制系统(含复杂控制系统)、386个工艺参数
检测点和12套联锁系统。由于设计合理,整个装置的自控、检测亦达到了相当高的水平。该装置自投用以来,DCS系统
工作稳定可靠、状态良好,有力地保证了生产的正常进行,取得了良好的经济效益。
在丙烯、氨氧化法合成丙烯腈的生产中,流化床反应器(R101)是整个工艺的龙头设备。其工艺条件操作控制的好
坏,直接影响到丙烯腈的产量、原材物料的消耗等关键技术指标。因此,精密控制、准确测量反应器的有关工艺参数,
是保证正常生产和提高经济效益的重要条件。由于采用了较为先进的DCS系统,使得流化床反应器的控制与测量系统具
有模拟仪表不可比拟的优点,特别是较为先进的控制技术得以实现,本文将对其进行着重阐述。
二、二、 工艺概述工艺概述
带控制点的工艺流程简图参见附图一。
液态的丙烯与液氨经过气化后,在管路中汇合后经反应器底部的丙烯、氨分布器进入反应器,压缩空气经反应器底
部的空气分布器进入反应器,三种物料在处于流化状态下的催化剂的作用下,生成丙烯腈。反应方程式为:
在上述反应的同时,还有一系列的副反应。主要生成物有乙腈、氢氰酸、丙烯醛等。合成气体中夹带有催化剂,经
反应器上部的旋风分离器分离,绝大部分催化剂返回到反应器中重复使用。反应气体经过反应气体冷却器(E102)冷却
后,再经中和、吸收、萃取、精制等一系列过程的处理,得到成品丙烯腈。
三、三、 影响流化反应的主要因素及影响流化反应的主要因素及R101控制及测量系统的分析与确定控制及测量系统的分析与确定
1. 反应温度反应温度
反应温度是丙烯、氨氧化法合成丙烯腈的一个重要工艺参数,反应器R101工作的好坏,可以明显地从反应温度上表
现出来,当反应状况良好时,反应温度易于控制。另外反应温度对丙烯腈及副产品乙腈、氢氰酸的单程收率有一定的影
响。见图二:
图二 反应温度对丙烯腈单程收率的影响
如图所示,反应温度高,丙烯腈单程收率高、副产少。但当反应温度过高时,合成物易深度氧化,生成较多的
CO2,温度难以控制;另外,若持续长时间的高温,还会缩短催化剂的寿命。生产中,实际温度控制在450℃左右。为
了控制该反应温度,工艺上和自控上采取如下措施进行控制:
1) R101反应温度的粗调
由于丙烯、氨氧化法合成丙烯腈的过程为一强放热反应,工艺上在R101反应段共加了32组降温水管和?组过热
管,管内通以软水,通过软水汽化产生蒸汽,从而带走反应所放出的热量。生产中,可根据生产负荷的大小投运不同数
量的降温水管。特别是在反应器R101的开车阶段和负荷调整阶段,用该种办法可对反应温度进行粗调。
2) R101反应温度的细调
通过R101反应温度的粗调,可获得一定幅度内的反应温度,但由于多种干扰因素的影响,造成反应温度的不稳定,
进一步的细调则采用了如图三(见下页)所示的温度自控系统,所用仪表及机能见表一。本控制系统实为一反应温度为
主参数,丙烯、氨、空气流量为副参数的串级比值调节系统。其基本构思是:在丙烯腈生产负荷基本稳定的情况下,由
于其反应放热近似为恒量,当投入一定量的降温水管后,反应放热与降温水管所带走的热量基本保持平衡。如果由于受
到某种干扰,反应温度产生一偏差时,调节进入R101的丙烯进料量,在比值系统的作用下,氨、空气的进料量亦随之变
化,使其稳定在给定值上。
表一、R101温度控制系统仪表一览表
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