1、概述

     甲醛用途廣泛、生產(chǎn)工藝簡單、原料供應充足的大眾化工產(chǎn)品，是甲醇下游產(chǎn)品的主干，世界年產(chǎn)量在2500萬噸左右，30%左右的甲醇都用來生產(chǎn)甲醛。甲醛生產(chǎn)過程是個復雜的化學反應過程，對于甲醛裝置的操作，以前人們是憑借實踐檢驗和單元組合式儀表來進行的，由于缺乏生產(chǎn)過程參數(shù)的準確測量和實時控制，使得甲醛產(chǎn)品成本高、操作費用大、產(chǎn)品在市場上缺乏競爭力。為此，需要對甲醛實行優(yōu)化操作和控制。

    UW500集散控制系統(tǒng)具有可靠性高、系統(tǒng)開放、功能強大、維護簡單等眾多優(yōu)點，能夠?qū)兹┥a(chǎn)提供高效優(yōu)質(zhì)的監(jiān)控，提高控制的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成品并提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升產(chǎn)品市場競爭力。

    2、工藝簡介

    空氣氧化法制備甲醛有兩條工藝路線：1、以電解銀，浮石銀為催化劑的銀法工藝，使用這種方法時，甲醇在原料混合氣中的濃度高于爆炸極限區(qū)上限（36%），即在甲醇過量的情況下操作，由于反應氧化不足，反應溫度較高（一般為600~720℃），有脫氫反應同時發(fā)生，所以又稱氧化-脫氫工藝。2、以Fe2O3-MoO作為催化劑的鐵法工藝，此法是在空氣-甲醇混合氣中甲醇濃度低于爆炸區(qū)的下限（小于6.7%），即在含有過量的空氣情況下操作，由于空氣過剩，甲醇幾乎全部被氧化，所以又稱此法為純粹的氧化工藝。

                

                                       圖1 甲醛工藝流程

    原料甲醇由甲醇計量槽經(jīng)甲醇泵輸送至甲醇高位槽，保持一定流量經(jīng)過濾后進入甲醇蒸發(fā)器，同時由羅茨風機將經(jīng)過濾后的空氣送入甲醇蒸發(fā)器底部。甲醇經(jīng)過加熱氣化及空氣夾帶，與空氣形成二元混合氣；再和通入一定流量的蒸汽相混合，形成三元混合氣，三元混合氣經(jīng)過熱器過熱后，進入阻火過濾器，再次過濾后的三元混合氣進入氧化器，在氧化室加熱元件的高溫與電解銀催化劑的作用下，發(fā)生氧化脫氫反應。反應氣體快速經(jīng)過氧化器急冷段并在急冷段的冷卻下，進入1#吸收塔循環(huán)吸收，循環(huán)液部分采出即為成品甲醛溶液（濃度37%左右），并進入甲醛計量槽及甲醛成品槽。經(jīng)1#吸收塔循環(huán)吸收后的尾氣進入2#吸收塔，以脫鹽水作為吸收劑，經(jīng)2#吸收塔循環(huán)吸收收的尾氣，經(jīng)尾氣液封槽，最終進入尾氣處理裝置作為燃料燃燒，燃燒后的尾氣直接進入大氣，達到零污染排放。

    只要是以甲醇為原料，總是離不開甲醇的輸送、蒸發(fā)、原料氣（空氣、配料、甲醇氣）的凈化、過濾阻火、轉(zhuǎn)化反應、冷卻吸收、產(chǎn)品貯運等環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)手段不同以及不同的組合方式形成不同的工藝路線。

    3、控制策略

    氧化器的溫度是生產(chǎn)控制的一個重要指標，溫度控制的穩(wěn)定可以提高觸媒的運行周期，從而可以大大降低生產(chǎn)成本。由上可知，氧化器溫度是整個甲醛生產(chǎn)控制的關鍵，影響氧化器溫度的變量主要有：（1）蒸發(fā)器的溫度和壓力；（2）干空氣的流量；（3）配料蒸汽的流量；（4）冷卻器出口的甲醛溫度。當然，甲醇的濃度、空氣的含氧量、空氣的溫度、蒸汽的溫度、壓力都會影響到氧化器的溫度。

    在生產(chǎn)過程中，對氧化器的溫度影響最大的是空氣流量，空氣變化量如果大于5%，氧溫波動可達到10~20℃。因此，從控制角度來說，空氣流量是用來調(diào)節(jié)氧化器溫度的一個很好的變量。

                  

                             圖2 氧化器溫度控制框圖

    在該方案的實施過程中，控制系統(tǒng)事先允許操作人員設定或確認最佳允許狀態(tài)的一組參數(shù)（包括空氣流量、蒸汽流量、氧化溫度、蒸發(fā)溫度、風機轉(zhuǎn)速等），系統(tǒng)將這些參數(shù)記錄在運行系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)庫中。具體方案是恒定風速，當外界干擾引起的氧溫變化時，首先通過氧溫-蒸汽流量串級調(diào)節(jié)回路結(jié)合蒸發(fā)器溫度調(diào)節(jié)回路快速調(diào)節(jié)氧溫：當氧水比出現(xiàn)偏離時，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的最佳運行參數(shù)、生產(chǎn)的現(xiàn)在，通過模糊數(shù)學模型的運算來修正蒸發(fā)溫度，改變氧醇比，再次引起氧溫的小幅變化，然后由氧溫-蒸汽流量串級調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)氧溫恢復正常，從而恢復氧水比正常，繼而氧醇比也得到了恢復。

                   

                              圖3 UW500氧醇比控制算法

                      

                              圖4 UW500氧醇比子程序

    另外，對整個生產(chǎn)過程特別是點火階段，我們充分利用DCS信息共享、歷史數(shù)據(jù)查詢及簡便的自定義控制算法編制等優(yōu)勢，根據(jù)現(xiàn)場具體的工藝情況編制了控制程序。不但提高了控制水平，使產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和增強，并且大大降低了操作人員的勞動強度。同時保證了生產(chǎn)的安全性，在實際生產(chǎn)中發(fā)揮了積極的作用。

    4、控制工程

    氧化器溫度是控制的重點，影響到甲醛成品的質(zhì)量，浙大優(yōu)穩(wěn)的控制方案中，通過對風機轉(zhuǎn)速和主路旁路調(diào)節(jié)閥的控制來達到氧化器溫度的控制。

    UW500集散控制系統(tǒng)在甲醛生產(chǎn)的應用，硬件配置、網(wǎng)絡架構(gòu)及工藝流程圖。 
 
                          

                               圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

                     

                             圖5 氧化工段

    5、小結(jié)

    甲醛生產(chǎn)在使用了UW500集散控制系統(tǒng)之后，能夠明顯改善工人的工作強度，生產(chǎn)自動化水平得以實現(xiàn)，利用DCS強大集散控制能力，對現(xiàn)場儀表進行協(xié)調(diào)運行。甲醛產(chǎn)量和質(zhì)量得到明顯提升，DCS特有的聯(lián)鎖控制也提高了甲醛生產(chǎn)安全性，UW500集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也使得生產(chǎn)過程穩(wěn)定易控。