[发明专利]丙烯酸装置中丙烯氧化单元DCS控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯酸生产中的工艺过程自动控制系统。

背景技术

丙烯两步氧化法生产丙烯酸工艺，主要是以丙烯、空气为原料，在催化剂条件下发生气相氧化反应。氧化过程分两步完成，首先是丙烯氧化生成丙烯醛，丙烯醛进一步氧化生成丙烯酸。反应方程式如下：

CH₂＝CH-CH₃+O₂→CH₂＝CH-CHO+H₂O+0.34MJ(80kCal)

CH₂＝CH-CHO+1/2O₂→CH₂＝CH-COOH+0.25MJ(60kCal)

由于该过程为放热的强氧化反应，反应温度较高，为满足催化剂性能和生产规模的要求，需要维持较高的原料浓度。因此，丙烯和氧气混合物在接近爆炸极限的范围内操作，如果不能严格控制各工艺参数，系统随时存在爆炸的潜在危险。另外，高性能的催化剂对原料配比也有着较为严格的限制，只有原料配比达到最佳配比点时，催化剂性能才能得到最大程度的发挥。因此，反应过程的精密工艺控制决定了整套工艺的安全性和经济性。

在以往的丙烯酸生产装置中，受检测控制手段限制，生产过程中的原料配比是由操作人员手动调节，控制各进料浓度在一相对稳定的范围内；为了减少影响配比计算的参数，一般不采用反应尾气循环工艺，而是通过向反应物料中直接加入水蒸汽的方法调节反应气体的浓度，抑制爆炸的发生。但过多的水蒸汽加入不但使蒸汽消耗增加，还直接影响了催化剂的使用寿命，造成后部丙烯酸精制系统分离成本增加。

针对这一问题，目前的丙烯酸氧化工艺进行了改进，其一是将反应过程多采用将经过焚烧后的反应尾气循环回到反应系统，替代部分蒸汽作为反应过程的稀释气体调节丙烯浓度；另一工艺路线是将反应尾气不经过焚烧处理，直接循环回到反应系统，该工艺既回收了丙烯，而且消除了因焚烧系统操作波动对氧化反应过程的影响，操作更加平稳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，针对将未经过焚烧处理的反应尾气直接循环回反应系统的最新工艺路线，提供了一套丙烯酸生产中丙烯氧化单元的自动控制系统。

由于循环尾气和尾气中所携带成分的增加，造成影响反应配比和反应爆炸区范围的因素也相应增加，需要引进更多的工艺参数参与系统运算，涉及到的操作变量由直接蒸汽调节工艺的23个增加到33个，考虑引入的修正参数，参与计算的工艺参数达到60个之多。因此，在装置的DCS组态过程中，充分考虑各参数间的相互关系，以及各参数对工艺过程的影响方式和程度，将这些关系用明确的数学表达式确立下来，这样DCS系统就能够精确、平稳地实现多工艺过程的自动控制，保证反应过程平稳、有序运行。

丙烯两步氧化生产丙烯酸工艺过程为：蒸汽、循环尾气、新鲜空气进预混合器M-1混合后，再进入混合器M-2与新鲜丙烯进料进行充分混合，作为第一反应器R-1进料。在第一反应器R-1内，丙烯与空气中的氧气进行氧化反应生成丙稀醛。第一反应器出口气体与补充的新鲜空气在第二反应器R-2进料混合器M-3内混合后，进入第二反应器继续发生氧化反应，使丙稀醛进一步转化为丙烯酸。该工艺过程的控制系统特征在于：

设有FC-1006新鲜丙烯进料流量自动控制系统，其流量检测元件、调节阀设在第一反应器(R-1)进料混合器M-2的新鲜丙烯管道上，FC-1006系统的流量变送器输出信号作为流量配比系统的主动量信号，进控制室DCS作为主变量参与配比运算；

设有FC-1004新鲜空气进料流量自动控制系统，其流量检测元件、调节阀设在新鲜空气进预混合器M-1的管道上，FC-1004系统的流量变送器输出信号作为流量配比系统的从动量信号之一，进控制室DCS，参与运算；

设有FC-1009蒸汽流量自动控制系统，其流量检测元件、调节阀设在蒸汽进预混合器M-1的管道上，FC-1009系统的流量变送器输出信号，作为流量配比系统的从动量信号之一，进控制室DCS，参与运算；

设有FC-1021循环尾气流量自动控制系统，其流量检测元件、调节阀设在循环尾气进预混合器M-1的管道上，FC-1021系统的流量变送器输出信号，作为流量配比系统的从动量信号之一，进控制室DCS，参与运算；