1、 TOC o 1-5 h z 1丙烯酸及酯裝置情況介紹31.1發(fā)展情況3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2裝置組成32工藝過程簡介42.1基本生產(chǎn)原理42.2生產(chǎn)過程簡介42.3成套單元與成套設(shè)備53工藝對控制的要求74自動控制方案8 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document ESD8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document DCS9儀表的設(shè)置、選擇及安裝12L.4.3儀表的設(shè)置124.4儀表的選擇124.5儀表的安裝121丙烯酸及酯裝置情況介紹發(fā)展情況

2、吉化2.7萬噸/丙烯酸及酯裝置上海高橋2.7萬噸/丙烯酸及酯裝置吉化0.5萬噸/丙烯酸及酯裝置沈陽蠟化8萬噸/丙烯酸及酯裝置蘭州石化8萬噸/丙烯酸及酯裝置中海油惠州12萬噸/丙烯酸及酯裝置裝置組成丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸丙烯酸精制丙烯酸與醇反應(yīng)生產(chǎn)丙烯酸酯廢水處理廢氣處理 中間罐區(qū)公用工程基本生產(chǎn)原理丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸丙烯通過固體催化劑發(fā)生氣相氧化反應(yīng)。反應(yīng)所需氧氣由空氣經(jīng)壓縮機壓縮供給。中壓蒸 汽作為稀釋劑來防止爆炸并抑制副反應(yīng)發(fā)生。氧化反應(yīng)以連續(xù)反應(yīng)機理進行反應(yīng)，丙烯氧化成 丙烯醛，丙烯醛又進一步氧化成丙烯酸。其反應(yīng)化學方程式為：CH2=CH-CH3+O2CH2=CH-CHO+H2OCH2=CH

3、-CHO+1/2 O2CH2=CHCOOH在此工藝過程中，兩步反應(yīng)分別在不同的氧化反應(yīng)器內(nèi)進行，兩個反應(yīng)器彼此串連，以第 一反應(yīng)器的生成氣直接進入第二反應(yīng)器。每一步反應(yīng)都應(yīng)使其催化劑處于最佳條件下。發(fā)生主反應(yīng)的同時，在一定程度上還發(fā)生若干副反應(yīng)，副反應(yīng)的主要產(chǎn)物是醋酸、一氧化 碳和二氧化碳。酯化反應(yīng)丙烯酸與醇的酯化反應(yīng)是生成有機酯類的反應(yīng)。其化學方程式如下：CH2=CH-COOH + ROH CH2=CH-COO R+ H2O這是一個平衡反應(yīng)，為使反應(yīng)向生成產(chǎn)品的方向進行，使用過量的酸或醇。生產(chǎn)過程簡介以沈陽蠟化8萬噸/丙烯酸及酯裝置為例，主要介紹丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸的生產(chǎn)過程丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸

4、丙烯自罐區(qū)送入裝置進入丙烯蒸發(fā)器汽化，再經(jīng)丙烯過熱器略微過熱?？諝饨?jīng)空氣壓縮機 壓縮送入進料混合器，在混合器中與過熱丙烯、中壓蒸汽及洗滌塔頂部分返回的循環(huán)尾氣充分 混合后進入第一反應(yīng)器，丙烯與氧在氧化催化劑的作用下反應(yīng)生成丙烯醛和少量丙烯酸。反應(yīng) 放出的熱量由熱熔鹽帶走，用來發(fā)生蒸汽。反應(yīng)物在混合器再次與空氣混合后進第二反應(yīng)器， 繼續(xù)發(fā)生選擇性氧化反應(yīng)，生成丙烯酸。反應(yīng)生成物經(jīng)冷卻器冷卻后進入洗滌塔，反應(yīng)產(chǎn)物被 從塔頂進入的洗滌水吸收、冷卻，塔底丙烯酸溶液用泵送至丙烯酸緩沖罐。塔頂未吸收的尾氣 一部分經(jīng)循環(huán)氣壓縮機壓縮后送至予混合器循環(huán)使用，其余送至催化焚燒處理。丙烯酸精制本單元主要是將丙烯酸

5、水溶液提純。丙烯酸水溶液用泵送到輕組份分餾塔，塔底采用泵強 制循環(huán)，低壓蒸汽作為再沸器熱源；利用共沸蒸餾方法使大部分水、醋酸與丙烯酸分離后從塔 頂流出，經(jīng)塔頂冷凝器冷凝，塔頂回流罐中共沸劑與含醋酸的水相進行分層，廢水組成為水和 醋酸，并含少量共沸劑。廢水在經(jīng)泵加壓后送至廢水處理單元。塔底的物料由泵送至醋酸塔，在該塔內(nèi)采用蒸餾的方法，將少量水、醋酸和部分丙烯酸一 起從塔頂蒸出，經(jīng)冷凝冷卻后進塔頂受液罐，凝液除部分回流外，其余返回到輕組份分餾塔塔 底以回收其中的丙烯酸。未被冷凝的氣體用冷凍水進一步冷卻，廢氣排至5100單元處理。塔底 泵將物料送至丙烯酸提純塔，該塔主要是重組分與丙烯酸的分離，塔底以

6、低壓蒸汽為熱源。塔 頂冷凝冷卻器冷凝冷卻的丙烯酸，除用作回流液外，其余經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻至丙烯酸日罐；未 凝氣被蒸汽噴射器抽走，噴射液經(jīng)噴射器冷卻，以回收少量的丙烯酸。含有丙烯酸的重組份送 至二級再沸器，用低壓蒸汽加熱回收部分丙烯酸；剩余物料用泵經(jīng)二聚物冷卻器，物料送至二 聚物分解器，該分解器將二聚物分解為丙烯酸回收，未分解的重組份送至廢水處理單元處理。 DCS的控制站應(yīng)能滿足石油化工裝置常規(guī)過程控制的功能及速度要求，應(yīng)具備連續(xù)過程控制、 批量控制和一般順序控制的功能。丙烯酸輕酯（甲酯/乙酯）甲醇/乙醇和丙烯酸經(jīng)離子交換樹脂固定床反應(yīng)器生成的粗丙烯酸甲酯/乙酯首先進入丙烯 酸分餾塔，塔頂餾份經(jīng)過

7、加水萃取除醇，在醇汽提塔內(nèi)進一步脫除醇等輕組分，最后在丙烯酸 酯精餾塔頂?shù)玫胶细竦谋┧峒柞?乙酯，丙烯酸分餾塔釜液經(jīng)重組份分解器回收一部分丙烯酸 及丙烯酸甲酯/乙酯后，殘液（即廢油）送往廢水處理單元處理。萃取塔的萃取相，經(jīng)醇回收塔 將醇、水分開，塔頂?shù)拇贾匦滤屯セ磻?yīng)，塔底的水則循環(huán)到醇萃取塔。丙烯酸重酯（丁酯/辛酯）丙烯酸和丁醇在復合催化劑存在下經(jīng)第一酯化反應(yīng)器和第二酯化反應(yīng)器進行連續(xù)酯化反 應(yīng)。為保證反應(yīng)向正方向進行，反應(yīng)生成的水連續(xù)由脫水塔脫出。反應(yīng)液經(jīng)萃取催化劑、洗滌、 丁醇汽提和產(chǎn)品精制后，得到合格的丙烯酸丁酯。催化劑萃取塔的萃取相為水及催化劑，返回 到脫水塔，洗滌塔的釜液在丁醇

8、回收塔內(nèi)將醇和水分開，醇返回到反應(yīng)系統(tǒng)，水相送往廢水處 理單元處理。丁醇汽提塔頂部回收的丁醇返回到反應(yīng)系統(tǒng)。酯提純塔的釜液進入重組份分解器， 經(jīng)分解回收的丁醇也返回到反應(yīng)系統(tǒng)，廢油送往廢水處理單元處理。2.3 成套單元與成套設(shè)備丙烯氧化反應(yīng)器空氣壓縮機循環(huán)氣壓縮機廢水處理單元廢氣處理單元冰機丙烯與空氣混合后，形成爆炸氣體。丙烯的爆炸上限11.1%(V/V)，爆炸下限為2.0%(V/V), 因此要求必須嚴格控制丙烯與空氣的比例遠離爆炸危險區(qū)。在丙烯氧化生成丙烯醛與丙烯醛氧化生成丙烯酸的反應(yīng)中同時伴隨著許多副反應(yīng)發(fā)生，為 了有效地阻止副反應(yīng)發(fā)生，催化劑的選擇尤為重要。這就要求在反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)參與

9、反應(yīng)的 物料的組分、流速、溫度、壓力等必須嚴格控制在催化劑允許的范圍內(nèi)。在正常生產(chǎn)操作中允許催化劑出現(xiàn)欠空氣保護及接觸液態(tài)水。丙烯氧化及丙烯醛氧化的反應(yīng)，是劇烈的放熱反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，必須迅速而均勻地撤 走這些反應(yīng)熱，確保反應(yīng)器在相對恒定的溫度下安全正常地工作。為防止丙烯酸容易聚合，降低含有丙烯酸介質(zhì)的操作溫度，蒸餾塔都是在高真空的狀態(tài)下 操作。丙烯酸甲、乙酯及丙烯酸丁、辛酯的生產(chǎn)均采用一條生產(chǎn)線切換操作，產(chǎn)品的切換操作需 自動完成。丙烯酸及酯裝置是一個復雜的化工過程裝置，工藝特點是流程長，操作難度大，要求工藝 參數(shù)控制精度高。裝置運行過程中一旦出現(xiàn)異常，必須采取緊急措施，緊急停車又相關(guān)較多

10、設(shè) 備和閥門，因此對自動化程度要求很高。丙烯酸酯裝置具有工藝流程長，反應(yīng)溫度高，介質(zhì)易燃、易爆、易聚合等特點，對于安全 聯(lián)鎖及自動控制的要求非常高。裝置的安全聯(lián)鎖及自動控制包括緊急停車系統(tǒng)（下稱ESD）和集散 控制系統(tǒng)（下稱DCS）DCS與ESD相互獨立，ESD需在DCS上顯示的報警和狀態(tài)信號采取通訊方式傳送到DCS 上。DCS與ESD緊急停車及聯(lián)鎖有關(guān)的信號通過硬接線連接。4.1 ESDESD采用安全等級不低于SIL 3的可編程序控制器（PLC），其CPU、輸入輸出模件等都采用 三重化設(shè)置，保證其長期穩(wěn)定可靠地運行。在裝置出現(xiàn)異常情況時，ESD必須采取緊急措施，迅速、準確地做出反應(yīng)，確保裝置

11、的設(shè) 備與人員的安全。根據(jù)丙烯酸酯裝置的工藝特點，空氣壓縮機、循環(huán)氣壓縮機、廢水廢氣處理的安全聯(lián)鎖通 常由成套機組完成，因此裝置的ESD主要負責丙烯氧化單元的安全聯(lián)鎖及緊急停車。裝置的ESD是以丙烯氧化單元的兩臺反應(yīng)器為中心設(shè)置的。下面簡要介紹一下ESD的設(shè)置 原則：第一反應(yīng)器防爆第一反應(yīng)起防爆有兩個爆炸區(qū)。一個是關(guān)于由FNYR1、FNYR2和FNXR封閉的第一反應(yīng) 器的條件計算。另一個是關(guān)于由FNYM1、FNYM2和FNXM封閉的混合器的條件計算，操作點 必須在兩個爆炸區(qū)以外。考慮到儀表的誤差，操作點有可能擴展到誤差區(qū)。如果此誤差區(qū)與爆 炸區(qū)接觸，則必須由ESD停止氧化反應(yīng)。第二反應(yīng)器防爆進

12、入到M-103的惰性氣體和空氣的比例必須保持在3： 7。如果比例降到2.7： 7.3，則必須 由ESD停止氧化反應(yīng)器系統(tǒng)。防止欠空氣的催化劑保護對于催化劑保護，操作點必須在FNYR3區(qū)域以下。如果操作點的誤差區(qū)與此保護區(qū)接觸，則必須由ESD邏輯停止氧化反應(yīng)。防止進入液態(tài)水的催化劑保護氧化催化劑被水浸濕而損壞。如果M-102的進氣條件接近露點，則必須由ESD邏輯停止氧 化反應(yīng)器系統(tǒng)。丙烯直接氧化制取丙烯酸的操作要求見圖4-1丙烯氧化操作區(qū)域圖圖4-1丙烯氧化操作區(qū)域圖DCSDCS負責完成整個裝置工藝參數(shù)的集中監(jiān)視、控制、操作及報警。其過程控制及緊急停車 和聯(lián)鎖全部實現(xiàn)自動化。根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對自

13、動控制的要求，DCS需實現(xiàn)對整個裝置的工藝參數(shù)的顯示、報警、 簡單回路控制、復雜回路控制、順序控制等。復雜回路控制包括流量補償運算、串級控制、比值控制、選擇控制、分程控制、壓縮機防 喘振控制等；順序控制主要是針對阻聚集配置、產(chǎn)品貯存與輸送罐的切換、備用泵的自動啟動、緊急操 作程序、生產(chǎn)線切換操作順序等。下面簡要介紹幾種對于裝置的操作非常關(guān)鍵的控制。流量補償運算對于參與氧化反應(yīng)的丙烯、空氣、蒸汽、惰性氣的流量，必須進行溫度、壓力補償，換算 成質(zhì)量流量，參與氧化反應(yīng)器的進料控制。對于與裝置消耗定額有關(guān)的進出裝置的蒸汽、工藝空氣、氮氣、儀表空氣等也需要進行溫度、壓力補償，換算成質(zhì)量流量。氣體流量補償

14、方框圖 見圖4-2氣體溫度壓力補償框圖圖4-2氣體溫度壓力補償I圖氧化反應(yīng)器的進料控制參與氧化的空氣、惰性氣體分成兩路，空氣的一路、惰性氣體的一路與中壓蒸汽在第一混 合器混合后進入第二混合器與丙烯混合后進入第一氧化反應(yīng)器進行氧化反應(yīng)；第一氧化反應(yīng)器 進行氧化反應(yīng)產(chǎn)物與空氣的另一路、惰性氣體的另一路進入第二氧化反應(yīng)器進行氧化反應(yīng)。氧 化反應(yīng)器的進料量應(yīng)與其操作負荷相適應(yīng)，操作負荷以丙烯流量為基準進行計算和調(diào)節(jié)，進料 計算設(shè)定器向各個流量調(diào)節(jié)器給出設(shè)定點。氧化反應(yīng)器的進料控制方框圖見圖4-3氧化反應(yīng)器進 料控制框圖-5)*5)急冷水進給計算器水進給計算器空氣進給計算器*5）INT（惰性氣體）進給計

15、算器*5)室氣進給計算器*5)R/G進給計算器NOPQ設(shè)定設(shè)定設(shè)定設(shè)定、,， 、f、設(shè)定到 18. 4. 14載荷計算器Hi截除文件空氣空氣去空氣 濕度R/G設(shè)定 計算器2空氣設(shè)定 計算器2蒸汽設(shè)定 計算器1去M-103的 再循環(huán)氣體去M-101的 再循環(huán)氣體空氣設(shè)定 計算器1R/G設(shè)定 計算器1惰性流量計算器2VAI-1003FIC-1007FIC-1010FIC-1003FIC-1022FIC-1011FIC-1023PVIPIDPIDPIDPIDPIDPID圖4-3氧化反應(yīng)器進料控制框圖第一反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)溫度控制丙烯在第一氧化反應(yīng)器中進行氧化反應(yīng)的同時放出大量的熱，反應(yīng)熱由殼程 的熔鹽帶走

16、，在換熱器中與脫鹽水換熱，產(chǎn)生中壓蒸汽，工藝流程見圖4-4第一氧 化反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)溫度控制流程示意圖。在正常操作條件下，第一氧化反應(yīng)器反應(yīng) 區(qū)的溫度控制在333 C，其兩側(cè)的溫度差控制在2 C以內(nèi)，達到2C時報警，超過 3C時，ESD聯(lián)鎖停車。TDIC-1通過調(diào)節(jié)閥TV-1A控制兩側(cè)溫度差，TIC-1通過調(diào)節(jié)閥TV-1B控制溫度?？刂品娇?圖見圖4-4第一氧化反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)溫度控制框圖。.圖4-4第一氧化反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)溫度控制框圖PV (TDIC-1 )= abPV (TIC-1) = (a+b)/2緊急操作程序當ESD系統(tǒng)執(zhí)行緊急停車(ESD)邏輯時，DCS系統(tǒng)將立即執(zhí)行緊急操作順序，以支持操 作

17、人員操作。緊急操作程序使與之相關(guān)的調(diào)節(jié)器，如參與丙烯氧化反應(yīng)的丙烯、空氣、蒸汽、 循環(huán)惰性氣體等的流量、壓力調(diào)節(jié)器均被強制手動并且輸出值為預先定義值。5儀表的設(shè)置、選擇及安裝儀表的設(shè)置參與緊急停車（ESD）邏輯的檢測器、變送器、閥門應(yīng)單獨設(shè)置，對于安全等級達到SIL3 的，變送器應(yīng)采取三取二邏輯。儀表的選擇儀表的防爆應(yīng)根據(jù)爆炸危險區(qū)域劃分和爆炸性氣體的分級、分組，正確選擇儀表的防爆型式和防爆等 級成套儀表下述的成套設(shè)備密切相關(guān)的、關(guān)鍵或特殊的儀表應(yīng)與設(shè)備成套提供：丙烯氧化第一、第二反應(yīng)器上安裝的一支多點熱電偶、單支熱電阻（偶）、熔鹽調(diào)節(jié)閥、熔鹽 泵上的液位變送器等?？諝鈮嚎s機、循環(huán)惰性氣體壓縮機上安裝的入口導葉閥、軸振動與軸位移測量儀表、潤滑 油系統(tǒng)測量儀表、機組控制系統(tǒng)等。 儀表的型式應(yīng)根據(jù)裝置的工藝流程特點及介質(zhì)特性選擇合適的儀表。對于易凝固、易聚合的介質(zhì)如丙烯酸。其流量測量宜采用質(zhì)量流量計、渦街流量計、轉(zhuǎn)子 流量計等，不宜采用帶導壓管線的流量計如節(jié)流裝