概述

環(huán)己酮是應(yīng)用十分廣泛的石油化工原料，一般依其應(yīng)用可分為酰胺用和非酰胺用兩大類。酰胺用環(huán)己酮主要用于生產(chǎn)己內(nèi)酰胺（CPL）與己二酸；非酰胺環(huán)己酮主要作為有機(jī)溶劑使用，廣泛應(yīng)用在各種涂料、油漆、油墨及樹脂溶劑和稀釋劑，以及感光、磁性紀(jì)錄材料涂布用溶劑等。

2005年中國石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司新建一套60kt/a環(huán)己酮裝置。該裝置采用環(huán)己烷空氣氧化法工藝，以苯和氫氣為原料，通過加氫反應(yīng)制備成環(huán)己烷，并將環(huán)己烷氧化脫氫制得環(huán)己酮。

主要工藝流程

60kt/a環(huán)己酮裝置采用環(huán)己烷空氣氧化法工藝制取環(huán)己酮。其工藝流程框圖如圖1所示：

圖1 60kt/a環(huán)己酮裝置主要工藝流程框圖
苯加氫

來自界外的新鮮氫氣和脫氫工段的補(bǔ)充氫氣在一定的溫度和壓力下與苯進(jìn)行汽化，苯氫混合氣體在充填以氧化鋁為載體的鎳催化劑的列管反應(yīng)器內(nèi)迅速反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷，同時(shí)放出大量熱量。

氧化

環(huán)己烷在五臺(tái)氧化反應(yīng)器內(nèi)依次按序經(jīng)過。在反應(yīng)開始前，需要加入環(huán)烷酸鈷和HEDP酯作引發(fā)劑。氧化反應(yīng)正常后，加入HEDP酯作添加劑，使氧化產(chǎn)物主要停留在環(huán)己基過氧化氫階段。隨后進(jìn)入分解系統(tǒng)，環(huán)己基過氧化氫在催化劑醋酸鈷和氫氧化鈉的堿性條件下分解為環(huán)己酮和環(huán)己醇，大量的環(huán)己烷經(jīng)環(huán)己烷塔分離出醇酮后進(jìn)行循環(huán)，環(huán)己烷單程轉(zhuǎn)化率在5%(mol)以下。氧化反應(yīng)器為導(dǎo)流筒式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器。

醇酮精制

來自罐區(qū)的粗醇酮液經(jīng)輕塔真空蒸餾，以降低殘存在醇酮液中的低沸物；經(jīng)酮塔減壓蒸餾，進(jìn)行環(huán)己酮、環(huán)己醇的分離；經(jīng)醇塔真空蒸餾，以去除高沸點(diǎn)雜質(zhì)，得到純質(zhì)的環(huán)己醇。

脫氫

來自罐區(qū)的環(huán)己醇經(jīng)預(yù)熱、蒸發(fā)，轉(zhuǎn)化后以氣體方式進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，在列管式反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為醇酮液進(jìn)入罐區(qū)貯存，而生成的氫氣作為原料進(jìn)入苯加氫工段參與反應(yīng)。脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所需的熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)提供。

罐區(qū)

罐區(qū)貯罐為原料苯、產(chǎn)品環(huán)己酮、中間產(chǎn)品環(huán)己烷、環(huán)己醇和粗醇酮等罐組成。

控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

由于環(huán)己酮生產(chǎn)過程中存在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等因素，是典型的、危險(xiǎn)的化工生產(chǎn)裝置，因此在總體設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮環(huán)己酮生產(chǎn)過程中對(duì)系統(tǒng)的基本要求：安全、可靠、穩(wěn)定、快速動(dòng)作，操作方便。根據(jù)環(huán)己酮的工藝要求，環(huán)己酮生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由中控的WebField控制系統(tǒng)(DCS)和HONEYWELL專用的緊急停車系統(tǒng)（FSC）、氫氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)(PLC)組成，DCS與FSC之間通過網(wǎng)關(guān)卡FW244 采用RS232 Modbus協(xié)議采集數(shù)據(jù)，DCS與PLC（S7-300）通過網(wǎng)關(guān)卡FW244 采用RS485 Modbus協(xié)議采集數(shù)據(jù)，調(diào)度中心與控制中心的歷史數(shù)據(jù)站之間通過信息網(wǎng)（MIS網(wǎng)），采用OPC通訊方式采集數(shù)據(jù)，通訊介質(zhì)均采用屏蔽通訊電纜，本系統(tǒng)總體配置圖如圖2所示。

圖2 60Kt/a環(huán)己酮裝置控制系統(tǒng)總體配置圖
60kt/a環(huán)己酮裝置的WebField ECS-100控制系統(tǒng)由4個(gè)操作站、1個(gè)工程師站、2個(gè)控制站、1個(gè)歷史數(shù)據(jù)站、7個(gè)外配柜和1套過程控制網(wǎng)絡(luò)組成，涉及兩個(gè)控制站共同使用的信號(hào)采用站間數(shù)據(jù)交換功能； 60Kt/a環(huán)己酮裝置緊急停車系統(tǒng)采用ESD實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)鎖。

環(huán)己酮裝置存在工藝流程長，工序多，控制點(diǎn)多，設(shè)備對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求較高等諸多特點(diǎn)，特別是大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，對(duì)工藝操作熟練程度、自動(dòng)化設(shè)備全面性和實(shí)用性提出了更高的要求，同時(shí)原料和產(chǎn)品的易燃易爆有毒特性，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提出了更嚴(yán)格的要求，因此在生產(chǎn)過程中任一運(yùn)行條件的不具備，均會(huì)降低產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及設(shè)備和人身安全，在總體設(shè)計(jì)中，必須考慮以下幾點(diǎn)：

安全實(shí)現(xiàn)

由于環(huán)己酮生產(chǎn)環(huán)境存在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等因素，屬于典型的危險(xiǎn)場所，防止生產(chǎn)過程可能出現(xiàn)的跑、冒、滴、漏危及生產(chǎn)設(shè)備和人身安全，不僅在生產(chǎn)裝置和工藝操作上要考慮安全性的設(shè)計(jì)，而且在自動(dòng)化設(shè)備選擇與控制方案設(shè)計(jì)時(shí)要考慮對(duì)意外事件的反應(yīng)速度與有效解決方案，從而在硬軟件上保證生產(chǎn)過程的安全。為此主要采取了以下安全措施：

（1）控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備之間的模擬量采用安全柵進(jìn)行隔離、開關(guān)量DI和DO均采用繼電器進(jìn)行隔離。
（2）采用可燃?xì)怏w檢測設(shè)備和在線分析儀進(jìn)行監(jiān)視各類原料和生產(chǎn)過程。
（3）采用了專用的緊急停車系統(tǒng)（ESD）實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)鎖；
（4）在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)操作參數(shù)和操作行為進(jìn)行了操作行為限制和屏蔽操作界面的設(shè)計(jì)，即不同級(jí)別的操作人員對(duì)應(yīng)不同的操作界面并進(jìn)行不同的動(dòng)作。

可靠運(yùn)行

在正常操作中，如果系統(tǒng)不能進(jìn)行準(zhǔn)確地可靠動(dòng)作，則會(huì)造成生產(chǎn)危險(xiǎn)，特別是生產(chǎn)裝置出現(xiàn)工況不正常時(shí)，則更需要控制系統(tǒng)準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行可靠聯(lián)鎖動(dòng)作，否則會(huì)造成停車和安全事故。主要采取了以下措施：（1）對(duì)關(guān)鍵現(xiàn)場設(shè)備我們設(shè)計(jì)選用了高質(zhì)量、高精度的設(shè)備和部件，如在線氫/氧分析儀器、流量計(jì)、切斷閥、繼電器。（2）控制系統(tǒng)的主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、關(guān)鍵卡件、系統(tǒng)電源、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)供電等我們設(shè)計(jì)時(shí)采用了雙重冗余措施。（3）緊急停車聯(lián)鎖系統(tǒng)采用軟、硬結(jié)合的方式，操作人員既可操作輔助操作臺(tái)上的按鈕，又可操作計(jì)算機(jī)操作畫面上的軟按鈕。

異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及和深入，針對(duì)企業(yè)綜合自動(dòng)化的要求，人們不再滿足于DCS應(yīng)用只是局限于生產(chǎn)過程。在60kt/a環(huán)己酮裝置中，ECS-100系統(tǒng)采用多種接口與ESD等其它控制系統(tǒng)間進(jìn)行了聯(lián)接，接口的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 ECS-100與異構(gòu)系統(tǒng)的接口
ECS-100系統(tǒng)采用了OPC軟件透過防火墻單向地與全廠MIS網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，DCS與ESD之間通過網(wǎng)關(guān)卡FW244 采用RS232 Modbus協(xié)議進(jìn)行聯(lián)接，DCS與PLC（S7-300）通過網(wǎng)關(guān)卡FW244 采用RS485 Modbus協(xié)議進(jìn)行聯(lián)接。

全面實(shí)用的自動(dòng)化

60kt/a環(huán)己酮裝置不僅采用了控制系統(tǒng)（DCS），而且采用了專用的緊急停車系統(tǒng)(ESD)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。本裝置檢測點(diǎn)多，在控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)際使用點(diǎn)數(shù)為1568點(diǎn)；現(xiàn)場儀表設(shè)備多，檢測變送測量裝置364臺(tái)、切斷閥82臺(tái)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥143臺(tái)、在線分析儀6臺(tái)、受控電氣設(shè)備160臺(tái)、可燃?xì)怏w檢測設(shè)備64臺(tái)；自控程度高，控制回路共有143個(gè)，以常規(guī)控制為主，有部分分程控制、比例控制、串級(jí)控制以及智能協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)規(guī)模如表1所示。