先进控制技术在甲醇精馏过程中的应用

赵文瑞

摘 要：甲醇精馏生产过程中采取科学的控制管理技术，不但可以有效解决生产成本过高的问题，同样也可以满足整体控制要求，降低人员工作强度，提升产品生产质量。本文首先介绍了甲醇精馏生产的工艺流程，其次探讨了甲醇精馏生产过程中的先进控制技术，最后则阐述了应用先进控制技术后，甲醇精馏生产的整体效益水平，希望可以为进一步推广使用先进控制技术，促进行业发展提供思路与借鉴。

关键词：先进控制技术;甲醇精馏系统;应用

0 引言

甲醇精馏生产工艺的技术调整，往往与装置控制水平与控制管理系统的构建密切相关。整体来看，我国的甲醇精馏生产水平与国际先进工艺存在不小的差距，主要在于自控技术、信息技术的应用与相关性方面。在化工生产中实施先进控制技术，不但能够满足安全、稳定与高效的要求，同样也可以促进行业的稳步高速发展，提升企业的综合竞争能力。在实际自动化控制过程中，先进控制技术还有许多需要改善的内容，通过对装置、工艺流程进行技术改造，能够有效提升装置的运行效果，确保经济效益与社会效益。为了进一步探讨甲醇精馏生产过程中应用先进控制技术的策略，现就甲醇精馏生产的工艺流程分别探讨如下。

1 甲醇精馏过程概述

甲醇精馏生产项目实施过程中，主要需要经历五个核心步骤：第一个步骤是煤浆、氧气在煤气化装置中充分混合并获得合成气;第二个步骤是变换工段，该工段将合成气里的一氧化碳和二氧化碳配比进行调整达到合适的氢碳比;第三个步骤为酸脱工段，该工段主要任务是对合成气进行低温甲醇洗，达到净化合成气的目的;第四个步骤为合成甲醇，获得粗制甲醇;第五个步骤为精馏提纯环节。

在整个甲醇精馏生产过程中，需要做到在相同温度条件下，利用同一液体混合物的不同组分挥发度差异，经过多次汽化与多次部分冷凝，最终达到获得相对较为纯净的组分，能够实现混合连续操作的要求。在该装置当中，选择了四塔精馏的模式，该模式能够有效去除掉各种粗甲醇组分，同时在加压塔的协助下完成水中重组分的去除工作。在整个常压塔排出的液体当中，可以实现回收塔进料回收，满足整个精馏单元的使用要求。在甲醇精馏生产装置当中采用集散控制系统，能够满足多回路合理控制的要求，各个回路本身属于相互独立的模式，系统正常运行条件下，能够满足基础监控的同时实现先进控制的接入，为后期的拓展功能奠定了基础。整个系统采取四塔精馏的设计理念，各个塔之间存在复杂的进料出料连接关系，同时热量上也存在集成管理的特征。所以，对于整个精馏装置而言，其具有复杂工业的多变量特征。另外，从装置运行条件上来看，其具有系统负荷高、再沸器压力条件稳定等特征，常规的变量控制只能够借助于输入输出的方式进行信息的反馈，但是不能够解决更为复杂的过程控制问题，也无法解决系统优化的问题，所以针对这个方面的问题还需要进一步升级改善。

2 先进控制技术在甲醇精馏过程中的应用

甲醇精馏生产过程中融入先进控制技术，是现阶段最为有效的提升产品质量的方式。在应用先进控制技术时，需要特别解决一些现阶段面临的问题与矛盾，包括产品系统统筹不足、装置最大效益的分析不到位等问题。现阶段的控制过程中应用最为广泛也是最为有效的控制技术是PID控制技术，这是一种单参数定值线性控制模式。常规条件下，该控制能够满足温度、压力与流量等常规的参数控制要求，在整个工艺形成过程中，能够采取闭环控制的方式进行独立控制。由于该控制系统最大的特征是单输入、单输出，这也就意味着整个控制系统实施控制时是无法实现多变量联合控制的，所以要想实施更为科学的控制，满足不同单元的控制需求，就必须要借助于多变量控制系统，该技术能够满足复杂工艺条件下的生产要求，不但能够适应生产装置工艺指标，也可以满足控制与优化管理的要求。

为了进一步满足生产装置经济价值的构建要求，除了采用多变量控制预估管理，同时还需要引入产品价值优化管理的概念。在实施产品质量控制时，需要考虑到装置优化的内容，并且根据产品质量合格的标准化要求，在此基础上追求产品的产量与生产稳定性。一般来说，化工生产最大的特征就是连续性，所以连续、稳定的生产效益才是生产的关键。根据控制方案的具体要求，采取在线分析设备，配合工艺推断与测量技术，就整体系统控制架构内容构建如下图1。

甲醇精馏生产装置采取了如上图所示的控制设备，其中主要包括预精馏、加压精馏、常压精馏以及回收等多个控制器，各个控制器之间存在相互关联特征，能够根据生产的实际进程来进行热量、物料以及气液平衡模拟，借助于相互结合的方式实施科学优化，满足被控变量的调整要求。在整个控制系统构建完成后，可以完成各种不同类型信息的调整与配合利用。其中，预精馏塔子系统当中主要进行回流量、蒸汽流量以及抽出量的操控，做好这些系统的操控后，可以满足预精馏塔塔顶温度、二段温度与一段温度的控制要求，从而达到精准逻辑判断。针对加压塔子控制系统，则主要进行加压塔回流量、采出量、抽出量与蒸汽流量的控制，从而达到对加压塔塔顶温度、一段二段温度的合理调整。常压塔子系统控制主要包括回流量、采出量以及塔底抽出量的控制分析，以塔顶温度、三段温度、二段温度、一段温度为主要控制目标。采取先进控制系统，可以将常压塔精馏塔的回流比进行科学控制，控制在1.8～2之间，同时采取回流比3～3.2的控制模式，达到采出量正确对比要求。加压精馏回流控制比则是以回流量、采出量的比例为依据，通过调整合适的控制比例并实施长期科学控制，为促进行业的稳定高速发展创造了条件。

3 效果评价

甲醇精馏生产过程中融入先进控制技术，可以显著改善甲醇精馏单元的整体运行状态，从而满足生產实际调整与经济效益的要求。在实施效果评价后发现，通过甲醇精馏生产能够有效提升装置整体控制性能，降低被控变量的方差达到22%。另外，借助于提升自控投用率的方式，降低了操作干预影响，减轻了工作人员的工作压力与工作强度负担，同时也降低了人工成本，提升了系统的平稳性。在精馏单元产品质量的控制过程中，为了进一步满足加压塔、常压塔的产品质量控制要求，推广采用了多元协调控制技术，确保产品质量稳定性提升，最终产品质量通过率达到了99.99%，效率惊人。在确保甲醇产品质量的基本条件下，进一步实施装置物料平衡与气液平衡优化，进一步改善热量平衡的分配方式，调整技术条件，整体获得蒸汽用量减轻的优势。最终经过统计分析后发现，蒸汽整体用量减少了2.5%以上，具有良好的经济效益与稳定性发展效果。

4 总结

综上所述，采取先进控制技术应用于甲醇精馏生产过程中，不但可以有效解决常规PID控制遭受干扰影响生产效率的问题，同时也可以进一步改善系统自动化控制的环境，从而进一步加强工艺操作稳定性，提升生产效率与生产可靠性，降低风险。为了取得良好的经济效益，必须进一步提升产品质量，最佳的途径就是引入先进的控制技术，降低产品单体能耗，提升产品质量，从而确保产品的市场竞争力，希望该控制技术能够在行业内得到重视与关注。

参考文献：

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