丁烯与异丁烷烷基化生产装置自控系统的设计.pdf

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1、５５４化工自动化及仪表第４２卷丁烯与异丁烷烷基化生产装置自控系统的设计１２１１２李若岩景丽陈建敏朱雨寒彭蓉（１．中国石油兰州寰球工程公司，兰州７３００６０；２．中国石油兰州化工研究中心，兰州７３００６０）摘要以某厂建设１６万ｔ／ａ工业异辛烷装置项目为背景，设计丁烯与异丁烷烷基化生产过程的自控系统，通过ＤＣＳ和安全仪表系统的设计，分别实现了烷基化装置生产过程和安全联锁系统的自动控制。关键词ＤＣＳＳＩＳ丁烯与异丁烷烷基化反应安全联锁中图分类号ＴＨ８６２文献标识码Ｂ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０５-０５５４-０６随着世界汽车工业的快速发展，车用汽油消作用下异丁烷和丁烯进行加成反

2、应生成烷基化费量增长迅速，相应地车用汽油燃烧尾气排放量油；制冷单元是在压缩机作用下，利用反应物中大也显著增加，导致全球环境污染日益严重。为了量的异丁烷减压汽化吸收反应热，维持反应在低节约能源并保护环境，提高车用汽油产品的质量，温液相状态下进行，同时为烷基化反应系统提供降低汽油中硫和烯烃的含量，清洁汽油的生产显足够的循环制冷剂，保证低温进料和反应物进料得尤为重要。的分子比；精制单元中，将反应生成的烷基化油酸采用汽油调和技术和增加高辛烷值汽油组分洗和碱洗，除去烷基化油中的酸性酯类化合物；分比例的方法可以显著地提升汽油的品质。丁烯与馏单元主要是将精制系统的烷基化油经过脱除未异丁烷烷基化油

3、具有较高的辛烷值（９４～９６）、较反应的异丁烷和正丁烷，在蒸馏塔分离出异丁烷低的蒸汽压、较低的敏感性，不含烯烃、芳烃和硫和正丁烷，得到烷基化反应产物异辛烷产品。化物，挥发性和燃烧性能好的特点，是调和汽油的２烷基化生产装置各单元的自控原理理想组分之一。２．１反应单元某厂经过市场调研和技术论证后，决定利用异丁烷与丁烯的烷基化是放热反应，在反应国内充沛的混合碳四资源，采用硫酸法烷基化技过程中随着反应温度的升高，放热量减小，平衡常术生产工业异辛烷产品，建设年产１６万ｔ／ａ工业数随着反应温度的升高而急剧降低，反应从１０℃异辛烷项目（以下简称异辛烷项目），提高资源的升高到１００℃，反应温度超过

4、１００℃后，平衡常数综合利用率，实现资源优势向经济优势的转化，以的变化趋于稳定，降低幅度减小。因此从热力学提升企业的经济效益。在此，重点介绍１６万ｔ／ａ的角度看，尽可能地使烷基化反应在低温下进行工业异辛烷装置自控系统和安全联锁系统的设计才会获得异丁烷与丁烯烷基化高的反应平衡转化方案。率。反应器进料流量稳定不仅能保持物料平衡，１烷基化装置工艺流程还能保持反应所需的停留时间，避免由于流量变硫酸烷基化工艺是以催化裂化装置副产的混化使反应物带入的热量和放出的热量发生变化，合碳四烃中的异丁烷和丁烯为原料，以浓度为从而影响反应温度，因此研究进料流量的控制十９０％～９８％的硫酸为催化剂，在低温下

5、液相反应分必要。烷基化反应器进料控制原理如图２所生成烷基化油的工艺过程，硫酸烷基化急冷工艺示。流程如图１所示。烷基化装置全流程由反应单元、制冷单元、酸烃沉降分离单元和产物精制分馏单元组成。烷基化反应单元中，在硫酸催化剂的收稿日期：２０１５-０２-１２（修改稿）第５期李若岩等．丁烯与异丁烷烷基化生产装置自控系统的设计５５５图１硫酸烷基化急冷工艺流程示意图流量表现为剧烈波动，压缩机与所连接的管网系统和设备也发生强烈振动，甚至会导致压缩机的损坏。因此，离心式压缩机组的主要控制就是防喘振控制。离心式压缩机的压缩比（压缩机出口压力ｐ２与入口压力ｐ之比，即ｐ／ｐ）与进口气体体积流１２１量Ｑ之间

6、的关系如图３所示，其中ｎ为压缩机转速，Ｑ为安全运行区进气量，Ｑ为喘振临界点进ＡＢ气量。可以看出，在每一转速下，都有一个ｐ／ｐ２１值最高的点（称为驼峰）。将不同转速下的各个驼峰点连接起来就可以得到一条喘振边界线（图２中的粗虚线）。边界线左侧阴影部分为不稳定图２烷基化反应器进料控制原理的喘振区，边界线右侧部分则是安全运行区。混合碳四经过过滤器的过滤处理和聚结器的分离处理后，采用进料总管压力与各反应器进料流量串级控制，保证反应进料流量平稳，各反应器负荷相同；当酸烃混合物温度过高（超过２０℃）时，安全联锁关闭各反应器的进料调节阀，确保烷基化反应在低温下进行，以达到较高的烷基化反应转化率，使

7、丁烯转化率达到９９．５％以上。２．２压缩制冷单元压缩制冷单元的控制技术，主要是离心式压缩机的防喘振控制。离心式压缩机通过原动机带动叶轮高速旋转，以提高气体的动能，再将动能转换为气体的压头。离心式压缩机在运行过程中，图３离心式压缩机工作特性曲线当负荷下降到一定数值时，气体的排送会出现强正常情况下，压缩机的喘振是因负荷的减少，烈的振荡现象，机身亦随之发生剧烈振动，这种现使被输送气体的流量小于该工况下特性曲线喘振象即为喘振。喘振发生时压缩机出口压力和出口点流量所致。因此，只