煤制甲醇裝置自動化解決方案

一、前言

甲醇不僅是重要的化工原料，也是潔凈燃料。發展大型煤制甲醇，并加工為烯烴和替代燃料，以煤代替石油，是國家能源安全的需要，也是化學工業高速發展的需要。隨著煤氣化技術、甲醇合成技術和設備、機械加工技術的進步，甲醇的裝置平均生產規模已達2000~3000t/d，最大已達7000t/d。

生產甲醇的原料有煤、焦炭、天然氣、石油液體烴（石腦油、減壓渣油）及含有H₂/CO或CO-CO₂的工業尾氣等。不同原料、不同規模、不同投入下的甲醇生產可以有不同的技術選擇。由于我國“富煤貧油少氣”，因此，煤制甲醇取代天然氣制甲醇成為甲醇生產的主要方式。

二、工藝流程簡介

煤制甲醇生產工序主要分為原料氣制備、變換和脫碳、氣體凈化、氣體壓縮、甲醇合成、粗甲醇精餾以及涉及安全環境保護（如廢催化劑回收、水處理）等工序。原料氣制備方法主要有煤氣化法（德士古TEXACO水煤漿氣化、謝爾SHELL干粉煤氣化、GSP干粉煤氣化、魯奇碎煤氣化和UGI常壓氣化）、天然氣轉化法、焦爐煤氣法；原料氣處理、精制、壓縮工藝的生產則同傳統的合成氨生產工藝類似；甲醇合成工藝則有：ICI低壓甲醇合成工藝、Lurgi低壓甲醇合成工藝、TEC的新型反應器以及正趨向成熟的液相法甲醇合成工藝。

由煤經煤氣化制取合成氣，再由合成氣在銅基催化劑條件下合成甲醇的典型流程見圖1。

煤與來自空分的氧氣在氣化爐內制得高CO含量的粗煤氣，經高溫變換將CO變換為H₂來實現甲醇合成時所需的氫碳比，再經凈化工序將多余的CO₂和硫化物脫除后得到甲醇合成氣。由于煤制甲醇碳多氫少，必需從合成弛放氣中回收氫來降低煤耗和能耗。回收的氫氣與凈化后的氣體形成甲醇所需的合成氣，即(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)＝2.00~2.05，經過壓縮、合成等工序制得含水粗甲醇，經過精餾工序精制得到產品甲醇。上述八個工序中的氣化和合成是二個決定性的工藝；而空分、變換、凈化、壓縮、氫回收、精餾均為常見工藝，與相關行業（如冶金、合成氨工業）的工藝基本一致。

三、控制方案

3.1 針對Texaco氣化爐的控制方案

德士古氣化爐控制主要包括常規控制、順序控制和安全儀表系統，安全儀表系統是其控制難點與重點。

德士古氣化爐常規控制以簡單調節為主，有一些測量具有一定的特點。如氣化爐溫度測量，冷激室液位測量等涉及安全，控制主要為保證安全，具有一定的特殊性，爐內測溫電偶多重、液位測量常配備三臺液位計，控制時可以選用不同的測量值作為SP值。

氧煤比及負荷升降調節是控制中較為復雜的一個回路，流程圖如圖2所示，控制框圖如圖3所示。

3.2 針對SHELL氣化爐的控制方案

• 氧煤比控制系統

粉煤流量的中值選擇——粉煤流量的控制采用煤粉調節閥或改變發料罐壓力進行控制，對粉煤流量設計了中值選擇回路，將粉煤流量三選二后取中值進行PID調節控制發料罐的壓力或煤粉調節閥的開度。

氧氣流量的補償和純度校正——入爐氧氣流量是影響氣化爐溫度的關鍵因素，氧氣流量的準確性尤為重要，設置了氧氣流量的溫度，壓力補償，補償計算得到的補償流量與氧氣純度進行校正，最終得到氧氣流量來進行控制。

氧煤比控制——氧煤比控制采用標準比例功能和內部儀表的比例計算保證氧煤比的穩定，氧煤比給出值經過乘法器計算氧氣流量OSP，作為氧氣回路的遠程給定，取倒數后經乘法器計算出粉煤流量，作為煤粉單參數回路的遠程給定，從而實現交互控制。煤粉流量發生變化，通過氧煤比自動控制，通過實測的煤粉流量計算氧氣流量，通過PID調節輸出值控制氧氣自調閥動作。

氧氣流量發生變化，通過氧煤比自動控制，計算對應煤粉量，通過PID調節后的輸出值控制煤粉調節閥，使粉煤流量按氧煤比變化。

• 氣化爐負荷控制

氣化爐負荷控制由給出，為了防止氣化爐負荷過大，設置了速度限制器，將負荷的每分鐘變化限制在一定的范圍內。為防止氧氣過量設置高低選擇器，在粉煤回路上設置高選器，將測量出的煤粉量與負荷給定的煤粉量進行比較，取高者作為煤粉回路的遠程給定的最終值，在氧氣回路上設置了低選器，將測量出的煤粉量與負荷給定的煤粉量進行比較，將其低者作為氧氣回路的給定值。

3.3 甲醇合成工序控制方案

甲醇合成部分控制以簡單控制為主，包括馳放氣一次減壓后壓力、馳放氣二次減壓后壓力、出工段副產中壓蒸汽壓、閃蒸槽液位調節、甲醇分離器液位、洗醇塔液位調節、洗醇塔底馳放氣手動、進工段合成手動遙控、出工段循環氣手動遙控、粗甲醇緩沖槽液位調節、廢熱鍋爐出口轉化氣溫度、鍋爐給水預熱器出口水、汽包操作壓力、升溫氣體壓力等。

復雜回路控制主要有鍋爐液位三沖量控制。內環調節的是進鍋爐工段給水流量，外環調節的是汽包液位，前饋是出工段副產中壓蒸汽流量，如圖4所示。

合成工段涉及的安全聯鎖是在汽包液位低低（小于規定值）時，聯鎖動作，停原料氣壓縮機和合成氣壓縮機，如圖5所示。

四、典型業績

中控在甲醇行業部分典型業績如表所示：