DCS应用于无汞催化合成氯乙烯转化器控制的研究.pdf

43【来稿摘登】Aug.20232023年8 月Polyvinyl ChlorideVol.51,No.8聚氯乙烯第8 期第5 1卷DCS应用于无汞催化合成氯乙烯转化器控制的研究赵忠峰*，张良，张万鹏，郑伟玲，万振国（新疆至臻化工工程研究中心有限公司，新疆石河子8 3 2 0 0 0）PVC是五大通用合成树脂之一，主要用于生产建筑材料（管材、门窗型材等）、包装材料、电子材料和日用消费品等。我国是全球最重要的PVC生产国，2 0 2 1年PVC产能为2568万ta，消费量达到2 2 0 0 万t。我国PVC生产以电石法为主，在电石法PVC生产工艺中，氯化氢和乙炔在固定床转化器内经催化合成氯乙烯。无汞催化技术是解决目前电石法PVC行业汞污染问题的关键，其运行情况越来越受到电石法PVC生产企业的重视。采用DCS进行转化器工艺优化控制，使无汞催化剂在乙炔氢氯化合成氯乙烯转化器中更好地发挥催化作用，值得深入研究和探讨。1乙炔氢氯化合成氯乙烯工艺介绍1.1转化器转化器示意图见图1。图1转化器示意图Fig.1Diagram of convertor乙炔氢氯化合成氯乙烯转化器是一种固定床式反应器，主要由上盖、气体分配板、管板、折流管板、列管、小瓷环、大瓷环、多孔板、下盖和手孔等部件组成。1.2氯乙烯合成工艺来自乙炔车间的乙炔先后经过乙炔砂封、乙炔水封、乙冷却器，再经乙炔除雾器脱水；来自盐酸工段、常规解吸和零解吸装置的氯化氢则经过氯化氢冷却器和氯化氢除雾器冷却脱水。分别脱水的乙炔和氯化氢按物质的量比1：（1.0 2 1.1)在混合器中充分混合，再经过混合气冷却器和除雾器进一步冷却脱水。脱水后的混合气经预热器预热，进人一、二组转化器进行乙炔氢氯化合成氯乙烯的催化加成反应。氯乙烯气体经脱汞器脱汞，冷却器冷却，再经过组合塔、水洗塔和一、二级碱洗塔除去过量氯化氢和少量二氧化碳，送往压缩岗位。2DCS应用于无汞催化合成氯乙烯转化器控制的技术研究2.1可行性分析目前电石法PVC生产中，乙炔氢氯化转化器基本都是手动操作，仅安装了E型测温热电偶监测转化器的反应温度。混合气流量基本通过手动调整进气蝶阀开度来控制。以4 0 万t/aPVC生产装置为例，最少需要安装12 8 台转化器才能达到设计要求。调整转化器反应温度和混合气流量等都需要操作人员现场手动完成，工作强度较大。随着化工生产工艺的发展，化工企业实现精益管理日趋重要。精益管理的重点是推行生产精益化、流程价值化、运营集约化、管控标准化和现场精细化。DCS控制是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调为设计原则的仪表控制系统。DCS在化工生产中已得到广泛应用，不但实现了生产的自动化控制，同时也能对原材料和能源的使用进行合理优化，有利于降低生产成本，提升经济效益，显著推动行业的可持续发展。将DCS应用于乙炔氢氯化无汞催化剂转化器的工艺控制，有助于提高自动化水平。2.2技术方案2.2.1转化器气相进口管线安装气动调节蝶阀氯乙烯合成转化器属于固定床列管式反应器，在乙炔氢氯化反应生成氯乙烯的过程中，单台转化器的混合气进气流【收稿日期】2 0 2 2-0 3-14（修回日期2 0 2 3-0 5-2 1）*【作者简介】赵忠峰（19 7 8 一），高级工程师，2 0 0 2 年毕业于新疆大学化学工程与工艺专业，参与乙炔氢氯化无汞催化剂研发和工业测试工作。44编辑：郝晶门20233年聚氯乙烯来稿摘登量由操作人员根据反应温度、系统阻力和出口乙转化率三者的变化情况前往现场调整。单套氯乙烯生产装置配备的转化器数量少则6 4 台，多则12 8 台，现场操作人员的工作强度和难度极大。针对以上情况，在每台转化器的气相进口管线安装气动调节蝶阀，中控人员可以在DCS上完成混合气进气流量的调整，提高转化工序的自动化控制水平，提升工作效率，减轻操作人员的工作强度。转化器气相进口气动调节蝶阀可以选择法兰式衬氟蝶阀，作用形式选择“气开型”，故障位选择“保持”。每台气动阀配备手轮，当气动阀出现故障时可以手动开启。仪表气压力下降时，该类型气动蝶阀不会自动关闭，能保障工序正常运行，实现安全生产。2.2.2转化器气相进口管线安装混合气流量计目前PVC生产企业中，转化器气相进口管线上普遍没有安装混合气流量计，无法监测单台转化器的进气流量和工作负荷，仅能根据反应温度和产品气中的乙炔含量调整进气流量，不利于转化器产能的有效利用。为此，在每台转化器气相进口管线上安装混合气流量计，精确计量单台转化器的混合气进气流量，实现单台转化器产能和产量的精细化管理。混合气流量计可选择耐腐蚀的孔板流量计或质量流量计，两者都可以准确测量混合气流量。2.2.3转化器气相进出口管线安装压力变送器为精确监测转化器床层阻力，可以在转化器气相进、出口管线安装压力变送器，观察转化器气相进、出口管线的混合气压力，并根据气相进、出口管线的混合气压力的差值判断转化器床层阻力，确定转化器中无汞催化剂的结块情况，判断是否需要更换。通过及时更换催化剂，可以提升单台转化器的进气流量，进而提高PVC树脂产量2.2.4转化器列管内部安装多点阶梯分布热电偶根据反应热点的变化趋势，可以准确判断出催化剂是否已到达终末期，是否需要进行及时更换，有利于提高单台转化器的效率和产能。但目前氯乙烯转化器采用的测温热电偶为E型热电偶，每支热电偶只有4 8 个测温点，而且不是阶梯分布，难以准确测量催化剂反应热点的分布情况和变化趋势。建议在每台转化器测温列管中安装2 支带有8 16个测温点的E型热电偶，且为阶梯式分布。2.2.5转化器水相出口管线安装调节阀目前氯乙烯转化器回水管线普遍没有安装气动调节阀，单台转化器的热水循环量和水温仅靠现场手动截止阀和球阀来调节，有些调节阀和球阀已不能正常关闭，存在安全隐患；手动阀门频繁操作还会增加现场操作人员的工作强度和难度；另外，转化器壳程换热介质温度较高，频繁进行现场操作还存在人身安全隐患。为精确控制转化器上水流量和水温，可以选择在转化器回水管线上安装气动调节单座阀，作用形式选择“气开型”，故障位选择“保持”，每台气动调节阀配备手轮，气动阀出现故障时，可以手动开启，保障转化器水相正常循环，不会因断水而出现安全隐患。2.2.6转化器水相进口管线安装流量计目前氯乙烯转化器上水管线上普遍没有安装流量计，单台转化器的热水循环量和换热效果无法准确测量，催化剂的催化性能难以有效发挥。建议在转化器水相进口管线上安装流量计，可以选择孔板流量计或质量流量计，用于准确计量单台转化器的热水循环量，优化无汞催化剂控制条件，充分发挥催化能力3实施效果要想赢得市场竞争优势，降低生产成本，必须优化生产工艺，加大先进技术投人力度，提高产品质量和产品附加值。从利润最大化角度来说，提高生产效率会直接降低生产的总体费用 2 DCS改造前，乙炔氢氯化合成氯乙烯工艺控制全部采用人工操作模式，存在反应温度、压力、流量无法实时监测和精确控制的弊端。进行上述改造后，转化过程的工艺控制、参数监测和调整实现了自动化控制，整个装置的自动化水平和安全保障能力得到显著提升，进一步提升了企业的盈利能力。4结语目前我国PVC生产企业的产能大多在2 0 万t/a以上，氯乙烯合成转化器数量庞大。如果全部实现DCS自动化控制，仪表设备的一次性投资较大，但是远期收益十分可观。为确保DCS自动化控制方案的可实施性，企业可以先在某条（5 10)万t/a生产线上进行小规模试验，对每台转化器安装气动阀、流量计、压力变送器和热电偶等自动控制仪表。经过试运行和调试改进，逐渐优化DCS自动化控制方案。经过0.5 1年的试用，再根据试验情况分阶段进行大规模推广和应用。采用无汞催化剂的乙炔氢氯化合成氯乙烯转化器工艺操作实现DCS自动化控制后，可以为无汞催化剂的工业推广和应用提供良好的运行条件，提高PVC生产的环保水平，实现行业可持续发展。参考文献1李想.DCS自动控制在化工生产中的应用 J.中国化工贸易，2 0 17(8）：112-114.2刘伟,郭东志，徐强.聚氯乙烯生产中的成本控制分析J.中国化工贸易，2 0 19（4）：1-2.