馬永軍

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部， 200540)

ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥技術(shù)在芳烴吸附分離裝置中的應(yīng)用

馬永軍

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部， 200540)

介紹了“雙塔雙閥”ACCS控制系統(tǒng)在中國石化上海石油化工股份有限公司600 kt/a芳烴聯(lián)合裝置吸附分離裝置中的應(yīng)用情況。對ACCS控制系統(tǒng)使用前后的工藝狀況進(jìn)行了對比，認(rèn)為ACCS控制系統(tǒng)具有保持工藝條件改變期間流量穩(wěn)定、提高流量控制精度和減少流量調(diào)整響應(yīng)時(shí)間等特點(diǎn)，對確保吸附塔的穩(wěn)定運(yùn)行起到了較好的作用。

芳烴 旋轉(zhuǎn)閥 吸附分離 ACCS控制系統(tǒng) ZTC

在芳烴吸附分離裝置中，目前應(yīng)用較廣的模擬移動(dòng)床對二甲苯(PX)分離工藝主要是美國環(huán)球油品公司(UOP)和法國Axens公司的技術(shù)。美國UOP公司擁有生產(chǎn)芳烴的全套專利技術(shù)，各項(xiàng)工藝技術(shù)先進(jìn)，尤其是吸附分離技術(shù)的核心——模擬移動(dòng)床旋轉(zhuǎn)閥技術(shù)(ACCS)，具有技術(shù)成熟、對二甲苯回收率高、工藝操作簡便以及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是目前芳烴裝置應(yīng)用最為廣泛的工藝技術(shù)。Axens技術(shù)則利用微機(jī)控制144臺遙控閥的順序切斷和開啟，通過144個(gè)控制閥對抽余液、抽出液、脫附劑、原料和反洗液等5股物流進(jìn)行連續(xù)的選擇性吸附分離的操作，而且單系列裝置不受規(guī)模影響，系統(tǒng)簡單可靠，但裝置運(yùn)行周期相對較短。截至2010年，國內(nèi)共有芳烴聯(lián)合裝置18套，其中15套采用了UOP技術(shù)，PX產(chǎn)能共5 450 kt/a;3套采用Axens技術(shù)，PX產(chǎn)能共2 100 kt/a。

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)600 kt/a芳烴聯(lián)合裝置中的吸附分離裝置就是采用了美國UOP公司的Parex專利技術(shù)，即采用ACCS先進(jìn)控制系統(tǒng)控制2個(gè)IV號旋轉(zhuǎn)閥，利用旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動(dòng)來模擬移動(dòng)床吸附－解吸操作，將PX與其同分異構(gòu)體(鄰二甲苯、間二甲苯和乙苯)分開。芳烴聯(lián)合裝置上采用的雙吸附塔與雙旋轉(zhuǎn)閥組合的ACCS技術(shù)設(shè)計(jì)方案的工業(yè)化應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首次。

1 ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)工藝原理

美國UOP公司Parex工藝的核心設(shè)備是吸附塔、旋轉(zhuǎn)閥和循環(huán)泵。Parex工藝流程見圖1。

圖1 Parex工藝流程示意

通過ACCS控制系統(tǒng)使旋轉(zhuǎn)閥實(shí)現(xiàn)步進(jìn)床層切換，模擬吸附塔內(nèi)吸附劑的移動(dòng)。用泵送循環(huán)泵和壓送循環(huán)泵將兩個(gè)吸附塔首尾連接起來，利用旋轉(zhuǎn)閥分別將6種凈物流(進(jìn)料、解吸劑、抽出液、管沖洗、二次沖洗和抽余液)管線同時(shí)連接到24個(gè)床層管線中的1根管線上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥(RV)步進(jìn)時(shí)，所有的凈物流按一定次序進(jìn)入和導(dǎo)出吸附塔的不同床層，并順次經(jīng)歷吸附(Ⅰ區(qū))、精制(Ⅱ區(qū))、解吸(Ⅲ區(qū))、緩沖(Ⅳ區(qū))4個(gè)不同的作用階段，該過程在吸附塔的24個(gè)床層管線間順次移動(dòng)、循環(huán)進(jìn)行。

Parex工藝旋轉(zhuǎn)閥工作原理示意見圖2。

PRC－壓力控制閥

2 ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)的功能

ACCS技術(shù)所采用的2個(gè)吸附塔加1個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的單系列標(biāo)準(zhǔn)模式在技術(shù)上成熟可靠，但受IV號旋轉(zhuǎn)閥性能的限制，采用單個(gè)IV號閥時(shí)吸附分離裝置的加工能力約為350 kt/a。為了擴(kuò)大裝置加工能力，國內(nèi)通常采用2個(gè)系列并聯(lián)的方式來擴(kuò)大產(chǎn)能，即采用4個(gè)吸附塔、2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的雙系列模式，使裝置加工能力達(dá)到600 kt/a。上海石化600 kt/a吸附分離裝置由于受到占地面積限制，在設(shè)計(jì)時(shí)就提出了“雙塔雙閥”的設(shè)計(jì)方案，即2個(gè)吸附塔、2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥。

600 kt/a吸附分離裝置的2個(gè)吸附塔和2個(gè)IV號旋轉(zhuǎn)閥共用一套液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過ACCS系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)閥的步進(jìn)，實(shí)現(xiàn)以下操作功能:當(dāng)凈流股從2號吸附室流到1號吸附室時(shí)，改變泵送循環(huán)流量設(shè)定值，以保持適當(dāng)?shù)奈绞已h(huán)流量;每個(gè)區(qū)域的泵送循環(huán)流量設(shè)定值利用凈工藝流量設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算;自動(dòng)調(diào)節(jié)各工藝流量、吸附室和拱頂?shù)膲毫?、泵送循環(huán)流量、壓送循環(huán)流量、封頭沖洗和拱頂密封液流量;當(dāng)工藝變量測量值偏差大時(shí)啟動(dòng)工藝變量的自動(dòng)切換功能，即工藝變量測量自動(dòng)切換;實(shí)現(xiàn)區(qū)域轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)(ZTC)閥位的超前控制;用2個(gè)調(diào)節(jié)閥控制泵送循環(huán)、壓送循環(huán)及提余液流量;雙旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)同步步進(jìn)切換。

3 ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)的操控

由操作站對雙旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)進(jìn)行工藝控制。操作站可以顯示圖形概覽、系統(tǒng)參數(shù)、輸入頁面、實(shí)時(shí)和歷史趨勢、系統(tǒng)狀態(tài)和報(bào)警信息等內(nèi)容，并能對控制系統(tǒng)的所有功能進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。美國UOP公司提供了一個(gè)可編程控制系統(tǒng)，用來與離散控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行通訊。DCS的數(shù)字和模擬輸出以及DCS的輸入通過DCS界面進(jìn)出控制系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)示意

由于裝置是首次采用有2個(gè)吸附塔和2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的ACCS控制系統(tǒng)，操作中2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的同步運(yùn)行顯得非常重要，一旦發(fā)生2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥不同步問題，就會使進(jìn)出旋轉(zhuǎn)閥的各股物料發(fā)生混流，影響吸附塔內(nèi)各區(qū)域的物料配比，將導(dǎo)致產(chǎn)品PX不合格。因此，在應(yīng)用此項(xiàng)控制技術(shù)時(shí)特別增加了2個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的不同步報(bào)警裝置:邏輯床層不同步報(bào)警和邏輯區(qū)域不同步報(bào)警，并設(shè)置了轉(zhuǎn)閥手動(dòng)同步按鈕，用以解決旋轉(zhuǎn)閥不同步的問題。當(dāng)雙旋轉(zhuǎn)閥步進(jìn)時(shí)相差為0.05 s時(shí)，控制系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警提示，由操作人員及時(shí)進(jìn)行檢查和處理，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

為了更好地控制ACCS系統(tǒng)中的各股物料區(qū)域流量切換，使得區(qū)域流量能快速達(dá)到設(shè)定流量，美國UOP公司在ACCS控制系統(tǒng)中采用了ZTC控制技術(shù)，記錄調(diào)節(jié)閥開度，利用前一個(gè)循環(huán)周期泵送、壓送閥位進(jìn)行超前控制。系統(tǒng)通過控制吸附塔的泵送循環(huán)閥門、壓送循環(huán)閥門及抽余液出閥門，使區(qū)域流量在旋轉(zhuǎn)閥步進(jìn)過程中短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定流量，并保持對泵送循環(huán)及輸出物料較高精度的流量控制，減少系統(tǒng)切換過程吸附塔的壓力波動(dòng)，確保吸附劑的長周期運(yùn)行，同時(shí)提高產(chǎn)品PX的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率。

沒有應(yīng)用泵送ZTC控制技術(shù)時(shí)，各區(qū)域泵送循環(huán)流量均存在著較明顯的波動(dòng)，而且波動(dòng)情況不固定，各區(qū)域之間流量變化也存在著滯后的現(xiàn)象，波動(dòng)幅度也較大，達(dá)到50～100 m3/h。旋轉(zhuǎn)閥步進(jìn)時(shí)區(qū)域流量需要2個(gè)床層步進(jìn)后才能穩(wěn)定在設(shè)定流量上，比如IV區(qū)只有3個(gè)床層，剛調(diào)整至設(shè)定流量，又需要進(jìn)行調(diào)整，各區(qū)域流量不穩(wěn)定，形成額外區(qū)域流量，泵送循環(huán)流量從大流量Ⅲ區(qū)降到小流量IV區(qū)以及從Ⅳ區(qū)的1 500 m3/h流量提高到Ⅰ區(qū)2 500 m3/h流量，通常需要100 s時(shí)間才能達(dá)到設(shè)定流量，各區(qū)域流量變化也呈現(xiàn)曲線型波動(dòng)，造成產(chǎn)品PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，收率降低。

應(yīng)用ZTC控制技術(shù)后，泵送循環(huán)流量發(fā)生變化時(shí)能在3 s左右就快速達(dá)到設(shè)定流量，泵送循環(huán)流量曲線走勢呈直線型波動(dòng)。

圖4為ZTC技術(shù)應(yīng)用前后泵送循環(huán)流量走勢對比。

圖4 ZTC系統(tǒng)投用前后泵送循環(huán)流量走勢對比

在壓送ZTC系統(tǒng)未投入使用時(shí)(系統(tǒng)由PID調(diào)節(jié)控制)吸附塔壓力在0.75～1.03 MPa范圍內(nèi)波動(dòng)，吸附塔壓力波動(dòng)加劇造成吸附塔內(nèi)各流量波動(dòng)加大，同時(shí)也縮短了吸附劑使用壽命。而使用ZTC控制技術(shù)后，吸附塔壓力波動(dòng)范圍可控制在0.84～0.92 MPa范圍內(nèi)，吸附塔壓力波動(dòng)幅度較小。

圖5為ZTC技術(shù)使用前后壓送循環(huán)流量走勢對比。

圖5 ZTC系統(tǒng)投用前后壓送循環(huán)流量走勢對比

使用ZTC控制技術(shù)后，由于吸附分離系統(tǒng)的區(qū)域流量變化小，吸附塔壓力穩(wěn)定，PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到99.86%左右，PX收率也達(dá)到了98.6%左右。因此，確保ZTC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，才能更好地穩(wěn)定裝置運(yùn)行，確保吸附分離裝置產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)PX產(chǎn)品，并且能降低裝置運(yùn)行綜合能耗。

5 結(jié)語

在芳烴裝置吸附分離裝置上應(yīng)用ACCS雙旋轉(zhuǎn)閥控制技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了工藝變量的自動(dòng)切換，確保了旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)出物料的穩(wěn)定。ZTC超前控制技術(shù)的應(yīng)用，消除了超調(diào)量，減少了響應(yīng)時(shí)間，提高了流量控制精度，確保了吸附塔的穩(wěn)定運(yùn)行。ACCS控制雙旋轉(zhuǎn)閥技術(shù)自2009年在芳烴裝置上應(yīng)用以來，吸附裝置采用一套液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雙旋轉(zhuǎn)閥，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品PX的質(zhì)量和收率均滿足裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)。

Application of ACCS Dual Rotary Valve Technology in Aromatics Adsorption Separation Unit

Ma Yongjun
(Aromatics Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The application of ACCS control system of“twin towers and dual valve”program in the adsorption separation unit of 600 kt/a aromatics united plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited was introduced．Based on comparison of process conditions before and after using of ACCS control system，this paper concluded that ACCS control system could maintain stable flow，improve accuracy of flow control and reduce response time of flow adjustment during the process conditions changing period，which played an important role for ensuring stable operation of the adsorption tower．

aromatics，rotary valve，adsorption and separation，ACCS control system，ZTC

1674－1099 (2012)03－0050－04

TP272

A

2012-03-26。

馬永軍，男，1974年出生，畢業(yè)于上海石油化工高等?？茖W(xué)校石油化工專業(yè)，長期從事芳烴生產(chǎn)與技術(shù)管理工作。