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    丙烯酸装置氧化单元空气温度控制系统优化设计.pdf

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    丙烯酸装置氧化单元空气温度控制系统优化设计.pdf

    30 CHEMICAL ENGINEEIUNG DESIGN 丙烯酸装置氧化单元空气温度控制系统优化设计 李欣平 中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林132002 摘要 通过控制空气预热器的电加热器组别和空气进预混合器前的温度,使新鲜空气进料温度在催化剂 性能允许的操作温度范围内,确保混合气体温度稳定,节约装置蒸汽用量,避免因环境温度变化对装置操作的 干扰,提高丙烯转化率。 关键词 丙烯酸装置空气预热器温度控制系统优化设计 1装置运行过程中存在的问题 丙烯两步加氧法制丙烯酸是在氧化催化剂存 在的条件下进行的,第一步是丙烯氧化生成丙烯 醛,第二步是将丙烯醛进一步氧化生成丙烯酸, 其反应方程式为 C 一c CH]o1 CH2CII2一CHCH0H2O1 CH2CH2一CHCHO1/2 02一CH2CH2一CHcooH 2 在丙烯酸氧化反应中,新鲜空气提供氧气参 与化学反应,用量较大,使用不同厂家的氧化催 化剂对于新鲜空气进料温度有不同的要求。以80 kt/a丙烯酸装置为例,某厂家氧化催化剂性能要 求第一氧化反应器人口混合气体温度在150~ 200%范围,即要求混合前新鲜空气进料温度控制 在160cC以上,多数装置在进料混合器M一1002和 第一反应器R一1001之间设有空气加热器,能耗 较大,且装置操作受环境温度不断变化的干扰, 使得进人第一反应器R一1001的混合气体温度不 稳定,从而影响催化剂性能,影响丙烯酸收率。 2 空气温度控制系统优化设计方案 空气温度控制系统优化设计方案流程见图1。 丙烯酸装置氧化单元反应中新鲜空气、蒸汽、 循环尾气进预混合器M一1001,再与丙烯一起进人 混合器M一1002,进行充分混合,作为第一反应器 R一1001的进料,在催化剂存作用下,丙烯与空气 中的氧气在第一反应器R一100l内进行化学反应, 生成丙烯醛和少量丙烯酸。空气压缩机K一1001 图1 丙烯酸氧化单元新鲜空气温度控制系统优化 设计方案流程简图 出口设有空气预热器H一1001,为第一氧化反应器 R一1001附带设备,其出口气体温度随装置操作环 境温度变化而调整变化。本优化方案中,在压缩 空气进预混合器M一1001前的管道上设有TRC一 1001热电偶,配有温度变送器,其输出信号进装 置的DCS系统,DCS输出信号控制空气预热器H 一1001的电加热器组,控制空气进预混合器M一 1001前的温度在160C~170℃范围;同时在混合 气进入第一反应器R一1001前的管道上设热电偶 TRC一1002,配以温度变送器,其输出信号进装置 的DCS系统,DCS系统的输出信号作TRC一1001 调节系统的给定信号,构成串级调节系统,以第 一反应器R一1001的混合气体温度信号修正空气 进预混合器M一1001的温度给定值。 在我国西北、华北、东北地区,一年四季大 气环境温度变化大,白天黑夜温差较大。本设计 方案优点在于,设有进入第一反应器R一1001的 李欣平高级工程师。2004年毕业于北京石油大学获硕士学位。一直从事化工工艺设计与管理工作。联系电话043263911308, Emailjlylxppetrochina.eom.CD_. 李欣平 丙烯酸装置氧化单元空气温度控制系统优化设计 31 新鲜空气温度控制系统,使新鲜空气进料温度控 制在催化剂性能允许的操作温度范围内,以确保 混合气体温度稳定,节约装置加热蒸汽用量,降 低热能消耗,又避免了因环境温度变化对氧化催 化剂性能的干扰,提高了丙烯转化率和丙烯酸的 收率。 3具体实施案例 目前已有的同类装置是在进料}昆合器M一1001 和第一反应器R一1001之间设有空气加热器,以 中低压蒸汽作为热源,而本优化设计方案的实簏 取消了空气加热器,采用第一氧化反应器R一1001 辅带设备空气预热器H一1001电加热进 行第一反应器人12混合气体温度调节,降低了装 置建设费用和生产成本,减少了能源消耗。 某80 kt/a丙烯酸装置当地极端最低环境温度 一20℃,最热月平均最高环境温度30C,年平均 温度10C。氧化催化剂供应商要求第一氧化反应 器人口气体温度需控制在150qC一200C范围,氧 化反应工艺路线中空气压缩机为二级压缩,出口 温度随环境温度在12O℃~175clC范围变化。通常 二级压缩的空气压缩机均设有级间冷却器,参照 装置操作实际情况,为保证本装置第一反应器R一 1001人口气体温度达到催化剂供应商操作要求, 在不增设空气加热器的同时,采用取消空气压缩 机级问冷却器、提高压缩机出口空气温度的方式。 根据该装置当地环境温度变化情况采取对策 调整H一1001电加热器加热组来满足第一反应器 R一1001人口气体温度达到催化剂操作要求。 1当环境温度达到极端最低温度一20cC时, 空气压缩机出口温度为120℃,此时可通过DES控 制开启电加热器H一1001。H一1001有多组电加热 元件,开启一组可提高进第一反应器R一1001空 气温度15C,开三组可使空气温度从120℃升高至 165C,这样第一反应器R一1001进气温度可达 到150cC。 2在环境温度l0℃时,空气压缩机出口温 度为155cC,不开电加热器H一1001,第一反应器 R一1001进气温度为140℃;开一组电加热器,空 气温度升为170C,第一反应器R一1001进气温度 为150C。 3当环境温度为20℃时,空气压缩机出口 温度约为166C,第一反应器R一1001进气温度为 150℃,可不开加热器。 4在极端最高环境温度30C时,空气压缩 机出口温度为175℃,第一反应器R一1001进气温 度为155℃,可不开加热器。 根据上述计算结果可以看出,当环境温度≥ 20℃时,第一反应器R一1001人口混合气体温度 可达到150~200cc,不需要开启H一1001;当环 境温度在10c【一l9℃时,通过DCS控制开启H一 1001一组电加热器,可满足第一反应器R一1001 人口混合气体温度要求;当环境温度在10~一 lO℃时,通过DCS控制开启H一1001两组电加热 器,可满足第一反应器R一1001人口混合气体温 度要求;当环境温度在一20℃~一l0℃时,通过 DCS控制开启H一1001三组电加热器,可满足第 一反应器人口混合气体温度要求。根据当地气温 情况,当环境温度较低时开启H一1001,其三组电 加热器基本处于一开两备或者两开一备情况,三 组电加热器需要同时开启的时间在一年中几率很 小。因此H一1001三组电加热器始终有一组或两 组处于备用状态,这样可以保证H一1001稳定、 正常运行。 如果上述实例装置建设地所在环境温度的极 端最低温度在一4OqC一一20℃范围,可根据实际情 况,增加H一1001电加热器组数或提高单组电 加热器功率,以满足加热空气压缩机出口气体使 其达到要求温度。 4 结语 在装置刚开车阶段,装置的操作人员可通过 DCS手动控制开关H一1001电加热器加热组来进 行第一反应器入口气体温度的调节;当装置开车 一段时间后,DCS控制H一1001方式即可由操作 人员手动控制改为DCS自动控制,这样使装置操 作更安全、可靠,同时也节约了装置岗位人员投 入,提高整体效益。 参考文献 1 中国石化集团上海工程有限公司等.化工工艺设计手册 上册[M].化学工业出版社,第四版,21309.6. 2王抚华.化学工程实用专题设计手册[M].学苑出版 社,2002. 3天津大学化工原理教研室.化工原理[M].天津科学技术 出版社,1999. 收稿日期20130103

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