煤制甲醇项目中自动控制系统的应用

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摘要：随着相关生产技术的革新和发展，煤制甲醇已经成为甲醇最主要并且最为经济环保的生产途径，使用煤来代替石油作为生产原料来进行甲醇的生产，是化学工业技术和行业发展以及国家有关能源安全的必然要求。以同煤广发公司的SHELL气化技术为例，主要对煤制甲醇项目中的自动控制系统的应用进行深入剖析，并对其工艺进行简略的介绍，以便为煤制甲醇产业带来现实参考。

关键词：自动控制系统；煤制甲醇；工艺；自动控制

引言

甲醇作为目前化学工业行业中最为广泛运用的原料以及化工产品，是一种十分重要的清洁能源。同时，随着全球各地对石油等资源的大量消耗，寻找可以代替石油的新型燃料就成为十分迫切的事情，对于我国而言，我国的煤炭资源相对而言比较丰富，所以利用煤来制造甲醇，将甲醇作为替代石油的新型燃料，不仅是对煤炭资源的一项综合利用，同时也是对于不可再生资源的一种有效保护，甲醇在各行各业的广泛利用将对我国的资源节约以及社会可持续发展具有重大意义。而随着时代的发展进步和现代科学技术的飞速发展，煤制甲醇的生产过程也逐渐开始向自动化的方向进行发展。

1煤制甲醇工艺流程

在甲醇的工业生产中，通常是利用CO气体和H2气体之间的化学反应来制得甲醇。而CO气体和H2气体则是通过煤的气化反应所得到的，但是由煤的气化反应所得到的CO气体和H2气体除了彼此之间的比例不适宜甲醇的生产之外，同时在粗煤气中还含有很多会对甲醇生产造成不良影响的杂质气体，因此在进行CO气体和H2气体合成甲醇反应之前，首先要对得到的粗煤气进行净化等一系列操作，之后才能进行CO气体和H2气体的甲醇合成反应，并对合成得到的甲醇进行精制。如图1所示即为本单位生产甲醇的大致工艺流程图。

2煤制甲醇项目中的自动控制系统

在现代化工行业生产中，如何以实际生产条件为基础，通过采取与之相适应的控制策略，使得生产流程中的各项生产性能以及产品质量达到标准，实现对生产过程控制的最优化是所有生产单位和相关企业一直在不断探索的主要核心问题。目前，这类企业为了实现对生产过程的精准化控制，主要采取的控制方式为DCS控制，其特点为集中管理、分散控制。煤制甲醇项目生产过程中的自动化控制主要是为了实现对气化炉和精馏塔等生产设备以及整个生产流程的控制最优化，煤制甲醇项目中的自动控制系统主要包括检测仪表、控制器、执行器等部分。对煤制甲醇项目进行自动化控制的主要目的是在满足生产性能要求的前提下，将生产流程的控制管理过程尽量最简化，在提高生产效率的同时减少生产成本支出，并降低对环境的污染和对资源的消耗［1－2］。目前在煤制甲醇的生产过程中常用的自动控制系统包括德士古以及壳牌两种不同的气化技术，这两种气化技术各有其长处和不足，在实际生产中我们要根据实际生产需要，综合这两种自动化控制系统的优点，选择出更为合适的自动控制方案。下面将以同煤广发公司所采用的壳牌气化技术为例，进行着重分析［3］。

3SHELL气化炉中的自动控制

3．1煤粉加压系统的顺序控制

顺序控制是一种按时间顺序或逻辑顺序进行控制的控制方式，其特点是按照预先规定的顺序进行检查、判断、控制的过程。顺序控制系统是一种应用十分广泛的工业控制系统，在化工生产领域有了顺序控制系统的引入能够在很大程度上节省操作工的操作次数，也避免误操作，使生产更加的稳定可靠。下面以煤粉加压系统的顺序控制为例来分析说明顺序控制在化工生产中的应用。下面以同煤广发壳牌12单元煤粉加压输送的顺序控制来深入分析顺序控制在煤制甲醇生产过程中的应用。如图2所示，磨煤机磨出来的煤粉进入到常压煤粉罐中，然后再下到煤粉锁斗中，此处的煤粉锁斗是个可以冲压的设备，煤粉锁斗通过氮气或者二氧化碳的冲压达到4．7MPa后就可以和底下煤粉给料罐连通，将煤粉下到高于气化炉压力的煤粉给料罐中，从而可以把煤粉通过煤线打到气化炉中。以上过程的控制都是如图3所示的顺序控制来实现的，图3中方块为动作功能块，当第一步动作完成后，通过判断十字形的条件功能块，当条件满足时才可以执行下一步的指令。通过这种控制方式，我们可以准确快速地对工艺参数进行判断处理。

3．2气化工序的工艺联锁

同煤广发公司的SHELL气化炉中的工艺自动控制主要是对气化单元的联锁控制，仪表联锁是现代化工生产中比较常用的一种控制措施，可以对控制系统中检测结果进行停机控制。化工装置中仪表联锁主要通过安全仪表系统来实现控制功能，对化工生产过程中存在的异常情况进行监控，可避免发生安全事故，一旦出现生产事故则通过控制系统直接进行停车控制，保证生产流程规范性，有效控制事故影响范围，提高化工生产安全性［4－5］。气化单元的联锁控制主要目的为通过SIS系统软件组态实现对4条烧嘴防回火保护、气化炉压力限制保护、气化炉复产蒸汽产量保护、气化炉循环水汽流量保护、烧嘴冷却保护、渣系统高温保护、气化炉渣口堵渣保护，具体如表1所示。氧线和气化炉的压差为例说明联锁控制的必要性和安全性。13PDT－0007A／B／C的联锁主要是确保氧气管线的压力大于气化炉压力，这样就可以保证气化炉的火焰不会回到氧气管线。以上每个联锁都是为了工艺、设备、人员安全而设置的联锁条件，只有这些联锁正常投用才能确保安全生产。除了同煤广发公司所采用的上述两种主要的自动控制系统之外，SHELL气化炉中还包括复杂控制回路等自动控制系统，例如气化炉的负荷控制系统等，这里就不再赘述。

4结语

随着国家“煤改气”政策的大力推广，甲醇作为清洁能源在国内的市场需求急剧增大，得益于此，同煤广发化学工业有限公司的经营状况得到了较大改善，产品常常出现供不应求得状况。在此期间，自动控制系统在公司生产过程中的重要作用得到充分体现。该系统的运用大大提高了生产效率，降低了生产难度，使生产工作人员对技术设备的操作更加简便，随着国内自动化控制系统的不断推广应用，其对该行业的生产必将发挥越来越重要的作用，也将进一步推动了煤化工产业的繁荣发展。

参考文献：

［1］王建国．煤制甲醇工艺分析及过程自动化解决方案［J］．科技创新与生产力，2012，221（6）：59－60．

［2］马俊．浅谈煤制甲醇项目的煤气化技术选择［J］．价值工程，2014，151（4）：64－65．

［3］董斌．煤制甲醇合成塔的工艺设计探讨［J］．商品与质量，2016，51（4）：230．

［4］刘立新，谢剑军．我国的新型煤化工产业———煤制甲醇［J］．化学教育，2014，35（24）：7－12．

［5］刘英波．煤制甲醇工艺探析［J］．化工管理，2016，29（10）：261．

作者：刘伟 单位：同煤广发化学工业有限公司