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大型煤制甲醇装置自动控制解决方案 一、前言 甲醇不仅是重要的化工原料，也是洁净燃料。发展大型煤制甲醇，并加工为烯烃和替代燃料，以煤代 替石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需要。随着煤气化技术、甲醇合成技术和设备、 机械加工技术的进步，甲醇的装置平均生产规模已达2000~3000t/d，最大已达7000t/d。 生产甲醇的原料有煤、焦炭、天然气、石油液体烃（石脑油、减压渣油）及含有H/CO或CO-CO 的工 2 2 业尾气等。不同原料、不同规模、不同投入下的甲醇生产可以有不同的技术选择。由于我国 “富煤贫油少 气”，因此，煤制甲醇取代天然气制甲醇成为甲醇生产的主要方式。 二、工艺简介 煤制甲醇生产工序主要分为原料气制备、变换和脱碳、气体净化、气体压缩、甲醇合成、粗甲醇精馏 以及涉及安全环境保护（如废催化剂回收、水处理）等工序。原料气制备方法主要有煤气化法 （德士古 TEXACO水煤浆气化、谢尔SHELL干粉煤气化、GSP干粉煤气化、鲁奇碎煤气化和UGI 常压气化）、天 然气转化法、焦炉煤气法；原料气处理、精制、压缩工艺的生产则同传统的合成氨生产工艺类似；甲醇合 成工艺则有：ICI低压甲醇合成工艺、Lurgi低压甲醇合成工艺、TEC 的新型反应器以及正趋向成熟的液相 法甲醇合成工艺。 由煤经煤气化制取合成气，再由合成气在铜基催化剂条件下合成甲醇的典型流程见图1。 图1 煤制甲醇的典型工艺流程图 煤与来自空分的氧气在气化炉内制得高CO含量的粗煤气，经高温变换将CO变换为H 来实现甲醇合2 成时所需的氢碳比，再经净化工序将多余的CO 和硫化物脱除后得到甲醇合成气。由于煤制甲醇碳多氢少，2 必需从合成弛放气中回收氢来降低煤耗和能耗。回收的氢气与净化后的气体形成甲醇所需的合成气，即 (H-CO)/(CO+CO )＝2.00~2.0 ，经过压缩、合成等工序制得含水粗甲醇，经过精馏工序精制得到产品甲醇。 2 2 2 上述八个工序中的气化和合成是二个决定性的工艺；而空分、变换、净化、压缩、氢回收、精馏均为常见 工艺，与相关行业（如冶金、合成氨工业）的工艺基本一致。 1 三、控制方案 3.1针对Texaco气化炉的控制方案 德士古气化炉控制主要包括常规控制、顺序控制和安全仪表系统，安全仪表系统是其控制难点与重点。 德士古气化炉常规控制以简单调节为主，有一些测量具有一定的特点。如气化炉温度测量，冷激室液 位测量等涉及安全，控制主要为保证安全，具有一定的特殊性，炉内测温电偶多重、液位测量常配备三台 液位计，控制时可以选用不同的测量值作为SP值。 氧煤比及负荷升降调节是控制中较为复杂的一个回路，流程图如图2所示，控制框图如图3所示。 图2 入喷嘴水煤浆、氧气及氮气流程图 图3 氧煤比及负荷升降控制框图 2 3.2针对SHELL气化炉的控制方案  氧煤比控制系统 粉煤流量的中值选择——粉煤流量的控制采用煤粉调节阀或改变发料罐压力进行控制，对粉煤流量设 计了中值选择回路，将粉煤流量三选二后取中值进行PID调节控制发料罐的压力或煤粉调节阀的开度。 氧气流量的补偿和纯度校正——入炉氧气流量是影响气化炉温度的关键因素，氧气流量的准确性尤为 重要，设置了氧气流量的温度，压力补偿，补偿计算得到的补偿流量与氧气纯度进行校正，最终得到氧气 流量来进行控制。 氧煤比控制——氧煤比控制采用标准比例功能和内部仪表的比例计算保证氧煤比的稳定，氧煤比给出 值经过乘法器计算氧气流量OSP，作为氧气回路的远程给定，取倒数后经乘法器计算出粉煤流量，作为煤 粉单参数回路的远程给定，从而实现交互控制。煤粉流量发生变化，通过氧煤比自动控制，通过实测的煤 粉流量计算氧气流量，通过PID调节输出值控制氧气自调阀动作。 氧气流量发生变化，通过氧煤比自动控制，计算对应煤粉量，通过PID调节后的输出值控制煤粉调节 阀，使粉煤流量按氧煤比变化。  气化炉负荷控制 气化炉负荷控制由给出，为了防止气化炉负荷过大，设置