变压吸附脱碳装置控制方案的实现与优化

河南煤业化工集团安化公司合成氨扩能升级改造脱碳装置，采用双高两段法变压吸附（PSA）工艺流程，处理原料气能力为10万m3/h，得到产品二氧化碳和脱碳净化气。装置共分为PSA-Ⅰ工序和PSA-Ⅱ工序，PSA-Ⅰ脱除大部分CO2， PSA-Ⅱ进一步脱除CO2，并最终获得合格的净化气。 PSA-Ⅰ由16台吸附塔组成，PSA-Ⅱ由14台吸附塔组成，主运行程序为PSA-Ⅰ16-3-3-8/V和PSA-Ⅱ14-2-2-8/V，其结构和控制的复杂程度对自控设备的正常运行提出了更高的要求。

本装置采用浙江中控公司WebField  JX-300XP分散控制系统，它融合了最先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术、冗余技术和软件技术，结合化工仪表自动化的一些复杂的控制系统，克服了参数实时性、准确性要求高、现场通讯互联设备多等困难，实现了装置监测的集中管理、现场数据的实时采集和信息化管理，保证了此装置的生产能力，达到了整个装置的连续控制、批量控制和顺序控制的组合。

浙江中控技术有限公司于1997年推出了全数字化的新一代集散控制系统JX-300系统，JX-300XP 控制系统是在此基础上发展起来的。JX-300XP控制系统的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通讯网络SCnetII。其运行的方式是在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU），可实现JX-300XP系统与可编程序控制器（PLC）等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS）和相应的应用AdvanTrol-PIMS软件，可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络（Intranet）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据的存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能。JX-300XP控制系统覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能,系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。 JX-300XP系统控制网络SCnetⅡ连接工程师站、操作站、控制站和通讯处理单元。通讯网络采用总线形或星形拓扑结构，曼彻斯特编码方式，遵循开放的TCP/IP协议和IEEE802.3标准。SCnetⅡ采用1∶1冗余的工业以太网（Ethernet），TCP/IP的传输协议辅以实时的网络故障诊断，其特点是可靠性高、纠错能力强、通信效率高。SCnetⅡ真正实现了控制系统的开放性和互连性，通过配置交换器（SWITCH），操作站之间的网络速度达100 Mbps，而且可以接多个SCnetⅡ子网，形成一种组合结构。

我公司配置的JX-300XP控制系统上位机主要配置由3个操作站和1个工程师站，下位机有控制柜、安全栅柜、继电器柜、端子柜共8个控制柜，编程软件为Advantrol Pro2.65。

    为了满足合成氨与甲醇生产要求，本装置在传统双高流程的基础上进行了多方面的优化改良。结合其他变压吸附装置运行情况，本装置采用两段法工艺，由PSA-Ⅰ和PSA-Ⅱ两部分组成。PSA-Ⅰ工段将原料气中CO2含量从28.0%脱除至7.0%左右；PSA-Ⅱ工段将半成品气中CO2含量从7.0%左右脱除至0.5%以下。

以PSA-Ⅰ工段为例，采用16-3-3-8/V工艺 ，即：3个吸附塔同时进料进行吸附，3个吸附塔同时进行预吸附、8次均压、抽空解吸的工艺。每个吸附塔每一次循环均经历吸附、一均降、二均降、三均降、四均降、五均降、六均降、七均降、八均降、逆放一、逆放二、抽空、充压、八均升、七均升、六均升、五均升、四均升、三均升、二均升、一均升、终充、预吸附等23个步骤。

PSA-Ⅰ工段主运行方式为16-3-3-8/V，同时还有16-5-8/V程序作为附程序，这2个程序除了在线吸附的吸附塔数量不同外，主要区别在于16-3-3-8/V程序是带有预吸附的工艺，16-3-3-8/ V程序作为主程序，与16-5-8/V程序之间可以进行相互切换。