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摘要：本文介绍了HPCS3000在MTBE装置生产中的应用，分别对其应用的DCS硬件、软件和网络特点、关键控制进行分析。
关键词：MTBE装置 DCS控制系统 解决方案
一、MTBE的概述
MTBE为甲基叔丁基醚（methyl tert-butyl ether）的英文缩写，是一种无色、透明、高辛烷值的液体，具有醚类所特有的气味，氧含量为18.2%（质量分数）。MTBE能与汽油很好地互溶，是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组分，作为汽油添加剂已经在全世界范围内普遍使用。它不仅能有效提高汽油辛烷值（添加2%MTBE的汽油产品的辛烷值可增加7%）和汽油燃烧效率，汽车尾气中不含铅，而且还能改善汽车性能，CO排放量减少30%，同时减少了其他有害物质（如臭氧、苯、丁二烯等）的排放，降低汽油的成本。
作为汽油中的添加剂甲基叔丁基醚已成为30年来发展最快的化工产品之一。自1973年意大利售价10t/aMTBE装置建成投产以来，在世界各国得到很快的发展。2007-2012年，亚洲MTBE的产能、产量增长率分别为0.7%、2%，中东地区MTBE的产能没有变化，产量年增长率约为1.4%，维持较高的开工率。
二、工艺介绍
甲基叔丁基醚（简称MTBE）是在酸性催化剂的作用下，由甲醇与C4馏分中的异丁烯进行合成反应而得到的，这一反应为可逆放热反应，反应温度越低，平衡常数越大，转化率越高；该反应在液相条件下完成，速度非常快。
本项目属于两段深化转化工艺流程（THC），流程是原料（C4馏分）与甲醇混合进入一段反应器，反应产物进入共沸分馏塔。从塔底出来的MTBE作为产品送出装置，塔顶出来的甲醇和C4馏分共沸物补充甲醇后进入二段反应器继续进行反应。二段反应生成物进入C4分馏塔，C4馏分和甲醇共沸物从塔顶排除，进入甲醇水抽提塔；塔底出来的二段反应生成物（MTBE+甲醇）可与共沸分馏塔底出来的MTBE一起送出装置，也可返回一段反应器再次进行反应。C4馏分、甲醇混合物在甲醇水抽提塔内得到分离，C4馏分送出装置；甲醇水溶液进入甲醇回收塔。分离出来的甲醇打回反应器循环使用。
三、操作条件
影响反应转化率及选择性的因素要有反应温度及甲醇与异丁烯的摩尔比。
（一）反应温度：在一定的异丁烯浓度和醇烯比下，反应温度的高低不仅影响异丁烯的转化率，而且也影响生成MTBE的选择性、催化剂的寿命和反应效率。在低温时反应速度慢，反应转化率由动力学控制，随着反应温度的增加，平衡转化率下降，反应速度增加，达到平衡所需时间缩短，因此在高温时，反应转化率受热力学控制。为了增加平衡转化率，延长催化剂的寿命，减少副反应，提高选择性，应当采用较低的反应温度。适宜温度为50-80摄氏度。提高反应温度，虽可提高反应速度，但二甲醚的生成量也随反应温度的提高而增加。而且反应温度超过140摄氏度时，催化剂将被烧坏。根据放热反应的特点，反应温度低时异丁烯转化率较高。因此当装置设有两台反应器时，常使一台在较高温度下操作，以提高反应速度，另一台在较低温度下操作，以保证所要求达到的高转化率。
（二）醇烯比：甲醇与异丁烯的摩尔比增大，可减少异丁烯二聚物和三聚物的生成，所以选择性增加。另外甲醇与异丁烯的摩尔比上升，异丁烯的平衡转化率也增加，故提高甲醇与异丁烯的摩尔比是有益的。但是，高的甲醇与异丁烯的摩尔比，将使反应生成物的甲醇浓度增加，从而提高了分离、回收系统的操作费用。因此，综合考虑，甲醇与异丁烯之比取1.1-1.2：1较适宜。
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（三）反应压力：反应压力必须保持物料在液相反应，一般为0.8-1.4MPa。
（四）原料纯度：强酸阳离子交换树脂催化剂中的H+会被金属离子所置换而使催化剂失活，因此要求进入反应器的原料中金属阳离子的含量小于1mg/kg；如原料中有碱性物质也会中和催化剂的磺酸根，所以这类杂志也要脱除；C4馏分中水含量必须限制，一般为300-500mg/kg。因为水与异丁烯发生副反应生成民丁醇。
原料C4馏分中异丁烯含量的多少，因来源不同差别很大。催化裂化的C4馏分中异丁烯含量较低，适宜作炼油型的，下游产品可作烷基化原料；而裂解C4馏分经过抽提丁二烯后的萃取剩余C4馏分，异丁烯含量高达40%-60%，可作为化工型的，即转化率>99.5%，才能满足下游生产1―丁烯的需要。
四、系统控制实现方案
基于“集中管理，分散控制”的模式，数字化、信息化环保工程的思想，着眼于企业“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于进一步扩充的集过程控制、监视和计算机调度管理于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个工艺过程及全部生产设备的检测与自动控制，实现“现场无人值守，总站少人值班”的目标。我们用HPCS3000系统对工程进行生产数据的监视、控制回路的控制，完美的实现对生产系统的自动化监控。另外，在设计的时候，在确保先进、可靠、开放、安全的前提下，始终坚持控制成本的原则。
（一）运用国际先进技术和当今高科技成果，建设高可靠性、高效率、高度自动化的控制系统。
（二）检测仪表配置满足工艺流程检测要求、工艺设备控制要求和安全生产要求。
（三）仪表选型立足于可靠性、先进性，并确保工艺的精确要求和实时要求，以及维护方便，运行稳定。
（四）自控系统对MTBE生产过程以分散控制为主，集中调度，达到国际先进水平。
系统的硬件配制：
1、整套HPCS3000系统配置3个操作员站、其中1个兼工程师站、1对冗余现场控制站及I/O模块。其中网络，电源和重要I/O模块冗余配置。
2、工程师站（由操作员站兼任）完成组态修改及下装，包括：数据库、图形、控制算法、报表的组态，参数配置，操作员站、现场控制站及过程I/O模块的配置组态，数据下装等。
3、操作员站进行生产现场的监视和管理，包括：工艺流程图显示，报表打印，控制操作，历史趋势显示，报警管理等。
4、现场控制站又称I/O站，是系统实现数据采集和过程控制的重要站点，主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果传送至上位机等功能。
5、现场控制站由DPU、职能I/O单元、电源但愿和专用机柜四部分组成，在DPU和智能I/O单元上，分别固化了实时控制软件和I/O单元运行软件。
6、现场控制站内部采用了分布式的结构，与系统网络相连接的是现场控制站的DPU，冗余配置。DPU通过控制网络与各个智能IO单元实现连接。
7、系统采用I/O模块DPU组成现成控制站，采用MODBUS现场总线技术，构成先进的、可靠的DCS分布式控制系统。I/O模块和底座组成现场模块单元。现场控制站主要由I/0模块、机箱、电源切换箱组成。
8、系统网站构架：系统的网络由上到下分为：控制网络实现现场控制站与过程I/O模块的通讯；系统网实现工程师站、操作员站，现场控制站之间的互联。
论文作者:张世汉,樊开会
论文发表刊物:《中国经济社会论坛》学术版2018年第5期
论文发表时间:2019/3/4
标签：异丁烯论文; 甲醇论文; 馏分论文; 温度论文; 现场论文; 反应器论文; 系统论文; 《中国经济社会论坛》学术版2018年第5期论文;