丙烯晴反应器的控制与测量系统.doc

丙烯晴反应器的控制与测量系统 标签:? 丙烯? 反应器? 测量系统? 2010-05-15 15:08 【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。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、 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、 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　　1. 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 　　本控制系统有以下几个特点：　　A) 反应温度的测量：由于R101的直径较粗，单一个测温点不足以反映反应温度，选取在R101反应