优化PTA氧化反应器控制 降低醋酸消耗

优化反应器控制降低醋酸消耗

------浅谈氧化反应先进控制系统

在浙江逸盛PTA装置中，HAC消耗主要有以下方面：氧化反应的燃烧，生成CO2、H2O和MA；B.残渣系统的损耗；C.D1—508塔的放空；D.D1—631塔底废水排放；E.反应尾气排放；F.系统跑、冒、滴、漏；G.TA产品中所含湿组分。从目前的运行状况来看, 从目前的运行状况来看,反应燃烧及副产物所消耗的HAc应占总HAc消耗的70%以上，其它的HAc消耗可通过优化相应单元的操作控制来降低，而反应燃烧及副产物产生的控制需要对反应器催化剂浓度、溶剂比、反应器中H20含量、Na离子浓度、反应的温度压力、停留时间等影响反应的诸多因素进行分析，且还要考虑粗TA产品质量。

这对操作人员的技术水平及经验提出较高要求，往往付出较多地劳动达不到好的效果，装置运行未能达到较优化的操作区。 为了解决这一问题，朗益科技有限公司为逸盛集团宁波PTA装置提供一套TA氧化工序先进控制解决方案，包括TA氧化多变量控制器(RonilController)及软仪表(4-CBA及OD-340预测)。一、先进控制同常规控制的区别 目前，在装置上应用的控制方法是PID调节器（比例、积分和微分三个控制作用），由于这种控制方法应用历史最悠久，应用面又广，所以称为常规控制。每个PID调节器只控制一个变量（温度、压力、流量或液位等变量），它们之间是相互独立的。但是实际上，装置的各个变量之间都是互相关联的。

先进控制系统把关系密切的一些变量结合在一起组成一个多变量调节器，这个多变量调节器不仅考虑了各个变量之间的相互影响，它们的控制方式也不是简单的PID，而是根据预先测试得到的输入/输出关系模型进行按时、按量的调节，而且是多个变量同时输出，所以又称为“多变量预估控制”。这是先进控制同常规控制的主要区别。二、先进控制的实施 实施先进控制并不需要取代常规的PID调节器，大部分原有的PID调节仍旧留用，这是因为多变量调节器所要控制的不是像流量和液位那样的简单变量，而是诸如产品质量，产品收率和其它一些影响因素比较复杂的综合性变量，也就是多变量调节器的被控变量（CV）。 多变量调节器的输出一般也不是直接连到调节阀，而是去改变一组有关变量的设定值，这些“有关变量”在多变量调节器中称之为操作变量（MV），一般都是由PID控制。多变量调节器的控制变量和操作变量都不是单一的，而是一个组，而且彼此的数量不一定相等。此外，多变量预估控制器的设定值一般是一个范围，不像PID调节器那样是一个设定点，范围的上下限可以操作改变，当然，如果上下限值相等的话，就是一个设定点了。 为了获得多变量调节器的操作变量和控制变量之间的特性数据，必须进行测试。也就是分别对操作变量加上一个扰动，并同时记录操作变量和被控变量的变化数据，然后用数学方法处理成特性方程式，供多变量调节器使用。三、氧化反应先进控制系统 在TA氧化过程中，醋酸燃烧量和反应产品中的4-CBA含量之间是一对矛盾关系：4-CBA量的减少将导致醋酸燃烧的增加。 先进控制器的策略是，通过质量控制，减小4-CBA的波动；然后，在此基础上，通过4-CBA的卡上限操作实现减少醋酸燃烧的控制目标。主要操作变量（MV）A．PX进料；B．溶剂比；C．反应器压力；D．空气进料量；E．抽出水；F．反应器液位；G．进第一结晶器空气进料。主要被控变量（CV）A．反应器尾气氧浓度；B．反应器尾气CO+CO2浓度；C．反应器温度；D．粗TA产品4-CBA浓度；E．反应器中水浓度；F．空气进料阀位；G．色值；H．4个空气进料之间的平衡；I．第一结晶器尾气氧浓度；控制中，对各变量卡上限的有：粗TA产品4-CBA浓度、色值、PX进料、反应器压力、反应器液位、反应器中水浓度；卡下限的有：溶剂比、空气进料量、抽出水、反应器尾气、氧浓度、反应器尾气CO+CO2浓度、反应器温度。

氧化反应器先进控制将粗TA产品中4-CBA含量作为控制约束，控制各个操作变量，使装置运行在一种较优化的状态。将4-CBA卡边控制在上限，避免质量过剩，在保持反应温度、反应压力等关键变量较小波动的前提下，调节溶剂比、补充催化剂量、补充促进剂溴化氢量、空气进料量等，进行优化控制，尽可能减少催化剂、溴化氢及补充新鲜醋酸的量，降低装置醋酸单耗。 使用先进控制后，在满足粗