天然气制甲醇装置水碳比控制及联锁设计探讨

王磊　李云鹏

摘要：在我们现在的生活中，需要合理的控制水碳比，转化炉是甲醇装置的重要组成部分。如果不能合理控制转化炉，整个装置的能耗将非常大。碳水比是整个装置运行中一个非常重要的参数。如果水碳比在运行中过高，将导致大量的蒸汽消耗。如果水的碳比过低，将导致反应效率下降，甚至造成经济损失。因此，改善对功能性碳水比的控制非常重要。本文就针对以天然气为原料，如何合理的控制水碳比。并针对以上内容进行分析，希望可以在实际的操作过程中起到帮助的作用。

关键词：水碳比;控制;联锁

1概述

在使用甲醇装置的时候，其核心部件就是转化炉，转化炉的能耗占据了整个装置的60%。在转化炉进行运转的过程中，最重要的工艺参数就是水碳比参数，因为水碳比增高就会加大蒸汽的消耗，消耗能源，增加企业成本。如果水碳比的参数过低，导致转化催化剂中的碳沉淀，这将影响反应活性，降低转化率，在严重的情况还有可能会造成嚴重的经济损失。因此，设计一套安全、可靠、可操作的碳水和互联关系控制系统，将碳水关系控制在合理范围内，对于企业降低甲醇的生产成本，提高收益具有十分重要的意义。

2水碳比控制工艺流程简述

甲醇装置的天然气流程使用常规转化技术前的蒸汽制备，首先是经过饱和后的原料经过蒸汽产生的气体会进入到催化炉，然后产生反应，之后会有一定的小的流量进入到出料口，此时，如果装置出现了问题，那么上游的蒸汽就会暂停，但是这股蒸汽可以吹扫转化炉。并且这股小流量蒸汽以及原料产生的水碳比也会计入蒸汽的总量中，但是这些水碳比却不收控制模块的控制。最终也是流入转化炉进行反应的。

其实，使用天然气制造甲醇主要依据的原理是蒸汽转换，在原料中注入蒸汽后得到的液体需要预热，然后进行转化，进行化学反应。

2.1控制原理

在控制水碳比的操作中，一般有两种工作模式。有一种模式是超前，一种是滞后，当蒸汽的流量速度高于天然气的流量速度时，被称为超前模式，当蒸汽的流量速度低于天然气的流量速度时，被称为滞后模式。通过以上两种模式的的才做，可以完成对水碳比的控制，也可以使蒸汽的总量达到预期的要求，并且可以防止装置突然出现暂停的情况，同时，也可以保护催化剂。

为了使水碳比的控制更加平衡，蒸汽在运行的过程中需要有一定的压力，并且经过精确的计算，计算出水分子的流量大小。与此同时，天然气在此过程汇总，也要进行一定的温度补偿以及压力补偿，然后得出碳分子的流量大小，最后，水分子除以碳分子流量，得出的数值，就是水碳比。

2.2控制方案

碳水比计算和控制关系应采用DCS系统，这样可以提高水中碳水比控制的稳定性，以及在特定事件下复杂控制和参数的完整计算。在超前和延迟模式下，在装置的设计过程中，蒸汽应略大于水碳比例控制中规定的数量，以确保水碳比例大于装置允许的最小水碳比例，并对转化炉入口水的碳比进行控制。将蒸汽输入转化炉后，应添加一些蒸汽。在这一环节中，每种产品将产生一些塔蒸汽。现在，碳水的比例将失去控制。因此，在调整碳水比的过程中，碳水比的控制也应控制平均压力蒸汽流量。

如果水碳比的正常值增加，应分析增加的总量。由于催化剂添加的蒸汽不会参与计算，因此必须从计算连接中的所有转化反应中减去添加的蒸汽量。当水碳比固定值降低时，还必须确保所需蒸汽不小于所需总蒸汽的最小值。减去设定值后，可以验证所需总蒸汽的最小值是否在降低。此时，应通过计算模块进行计算，以便在流量调节阀的帮助下调整增加的蒸汽流量。为了避免蒸汽突然减少，应在连接水的碳比控制装置时设计限速器调节器，以降低蒸汽流量的减少速率。

如果水碳比的最小值增加，则总蒸汽的最小值也将增加。如果总蒸汽的最小值仍在规定值内，蒸汽系统不会改变。采用延迟函数后，天然气流量也可以保持恒定。

2.3联锁方案

SIS装置可连接水的碳比，为了不断提高SIS的可靠性，在对水碳比进行计算的时候，需要使用到现场测量仪表，现场测量仪表是独立的，与DCS系统不同。SIS装置的主要目的是参与水碳比的最终计算中去，并且SIS装置是基于联锁方案设计的，因此，它还具备联锁保护的功能，但是不会参与到装置的控制中去。

在进行物质催化的时候，一旦水碳比与总水碳比的值低于联锁值，那么这个装置就会出现暂停的状态，SIS装置在计算水碳比的时候与DCS系统的原理相同，在计算的时候，都会采用压力进行补偿的方法。

使用SIS装置的时候，需要有很高的权限，一般的工作人员都不具备操作的权限，因此，在设备进行运行的时候，设定分子量的时候，需要设定一定的系数。

2.4设计特点和应用效果

因为水碳比的控制是一个比较复杂的过程，因此在设计的时候，会有大量的计算问题，因此，应该使用两套独立的系统对设备进行保护。SIS在进行联锁保护的时候，是使用的监测的方式，因此，这个系统也是独立于其他系统的，DCS水碳比在运行过程中的监控是比较复杂的，但是通过这个系统可以实现水碳比在运行过程中的实时监控，这个系统在进行计算的时候，是可以将信号传送到另一个控制器中，然后通过SIS的装置平台进行操作，并可以提高声音和视觉报警的效果。水碳比控制互联的设计方案稳定性好，实现了自动控制。

3结语

对水碳比的控制是一个长久的、平稳的检测过程，在一般情况下，水碳比的值都比较固定，水碳比发生变动的情况一般都是因为负荷发生了变动。因为水碳比的联锁反应级别比较高，涉及的范围比较广，因此，一旦触发联锁反应，就会使整个操作流程暂停，因此，在我们的实际生活生产过程中，为了保证节能键能，增加企业的利润，在保证催化环境安全的情况下，一定要尽可能的保证降低水碳比的比例。

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