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，同時放出大量熱量。

氧化

環(huán)己烷在五臺氧化反應(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

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、危險的化工生產(chǎn)裝置，因此在總體設(shè)計時必須考慮環(huán)己酮生產(chǎn)過程中對系統(tǒng)的基本要求：安全、可靠、穩(wěn)定、快速動作，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個操作站、1個工程師站、2個控制站、1個歷史數(shù)據(jù)站、7個外配柜和1套過程控制網(wǎng)絡(luò)組成，涉及兩個控制站共同使用的信號采用站間數(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，控制點多，設(shè)備對生產(chǎn)環(huán)境要求較高等諸多特點，特別是大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，對工藝操作熟練程度、自動化設(shè)備全面性和實用性提出了更高的要求，同時原料和產(chǎn)品的易燃易爆有毒特性，對控制系統(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)過程中任一運行條件的不具備，均會降低產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，嚴(yán)重時會危及設(shè)備和人身安全，在總體設(shè)計中，必須考慮以下幾點：

安全實現(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，而且在自動化設(shè)備選擇與控制方案設(shè)計時要考慮對意外事件的反應(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）實現(xiàn)安全聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)鎖；
（4）在軟件設(shè)計時，對操作參數(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，即不同級別的操作人員對應(yīng)不同的操作界面并進(jìn)行不同的動作。

可靠運行

在正常操作中，如果系統(tǒng)不能進(jìn)行準(zhǔn)確地可靠動作，則會造成生產(chǎn)危險，特別是生產(chǎn)裝置出現(xiàn)工況不正常時，則更需要控制系統(tǒng)準(zhǔn)確、及時地進(jìn)行可靠聯(lián)鎖動作，否則會造成停車和安全事故。主要采取了以下措施：（1）對關(guān)鍵現(xiàn)場設(shè)備我們設(shè)計選用了高質(zhì)量、高精度的設(shè)備和部件，如在線氫/氧分析儀器、流量計、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)計時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上的按鈕，又可操作計算機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，針對企業(yè)綜合自動化的要求，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。

全面實用的自動化

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)對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動監(jiān)控。本裝置檢測點多，在控制系統(tǒng)（DCS）實際使用點數(shù)為1568點；現(xiàn)場儀表設(shè)備多，檢測變送測量裝置364臺、切斷閥82臺、氣動調(diào)節(jié)閥143臺、在線分析儀6臺、受控電氣設(shè)備160臺、可燃?xì)怏w檢測設(shè)備64臺；自控程度高，控制回路共有143個，以常規(guī)控制為主，有部分分程控制、比例控制、串級控制以及智能協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)規(guī)模如表1所示。