毕 业 设 计题目：乙烯裂解装置自控系统的设计摘 要在石油的化工生产过程生产中，裂解过程是一个重要的工艺生产环节，常常对裂解过程的自动控制的要求比较高。其目的是将混合物中各组分裂解分离，达到规定的程度。裂解过程实质就是利用气压温度等条件使原料裂解，从而实现分离的目的。因此选择烯烃裂解塔单元作为工艺装置来进行自控工程设计具有实际应用和代表意义。近年来，智能仪表，在化工生产过程中的应用已经的比较成熟的技术，而DCS控制系统应用于化工生产过程控制的自动报警及连锁保护系统是较新的技术，本设计试图通过常规仪表与DCS控制系统结合的工程设计和新型智能化自动化装置的应用，从而既能掌握在哦懂控制工程设计的基础程序和方法，又能对新型智能化自动化装置在化工生产过程中的应用技术有一定的了解，从而得到一次解决实际工程技术问题的基本训练。由于原料中的二烯烃易产生结焦，因此应预先将其选择性加氢转化成烯烃。由于使用的催化剂寿命较短，因此通常选用有利于催化剂再生的FCC型反应器。最近报道了可采用通过与蒸汽共存延长催化剂寿命的固定床反应器的新工艺。目前自动化专业日新月异，信息技术在自动控制中得到了充分的利用，智能仪表控制系统中集散控制系统（DCS）等控制系统已经成为如今工业生产过程不可缺少的一部分。为此我们决定用DCS控制系统来实现该项目的过程控制。采用DCS控制系统，能够降低烯烃在裂解过程中的损失，增加产量，降低装置的能耗，使其处于最佳的工作状态。关键字：DCS ， 烯烃裂解装置 ，组态 ， 自动控制系统1绪论1.1 课题来源 本设计是基于烯烃车间裂解工艺流程为对象而进行的。烯烃裂解技术是将较高级烯烃转化为乙烯、丙烯等较低级烯烃的烯烃转换技术。其工艺以烯烃的热力学平衡为基础，采用一种合适的催化剂（如改性的ZSM-5或其它类型的沸石），把C4和C5等高碳烯烃转换为低碳烯烃（主要为乙烯、丙烯和丁烯）。低碳烯烃具体组成与原料烯烃的碳数无关，由反应条件和催化剂决定。通常使用的原料为蒸汽裂解装置的C4和C5馏分、FCC装置的C4馏分和汽油中的C5馏分。石脑油经急冷水及裂解炉F101烟道气预热，注入稀释蒸汽后，进入裂解炉裂解。来自裂解炉TLE的裂解气经急冷后送至油冷塔T101进一步冷却。裂解燃料油(PFO)和裂解柴油(PGO)从T101中抽出，汽油和较轻的组份作为塔顶气体。急冷油循环实现裂解气中热量的脱除回收，同时产生低压蒸汽。水冷塔T103中冷凝的汽油作为T101的回流液。裂解燃料油被送到裂解燃料油汽提塔 T102，裂解柴油被送至T102的下部汽提段，以控制闪点。塔底的燃料油通过燃料油泵送入燃料油罐。T101顶的裂解气，通过T103部分冷凝,塔顶裂解气被送到下一工段。T103中冷凝的汽油，与循环急冷水和塔底冷凝的稀释蒸汽分离，冷凝后作为回流进入T101和送往其他工段。T103中冷凝的稀释蒸汽（工艺水）经顶部进料换热器预热后进入T104，将酸性气体和易挥发烃类汽提后返回T103。汽提后的工艺水经急冷油预热进入稀释蒸汽发生器，然后被中压蒸汽和稀释蒸汽发生器中的急冷油汽化，产生的蒸汽被中压蒸汽过热，用作裂解炉中的稀释蒸汽。由于原料中的二烯烃易产生结焦，因此应预先将其选择性加氢转化成烯烃。由于使用的催化剂寿命较短，因此通常选用有利于催化剂再生的FCC型反应器。最近报道了可采用通过与蒸汽共存延长催化剂寿命的固定床反应器的新工艺。目前自动化专业日新月异，信息技术在自动控制中得到了充分的利用，智能仪表控制系统中集散控制系统（DCS）等控制系统已经成为如今工业生产过程不可缺少的一部分。为此我们决定用DCS控制系统来实现该项目的过程控制。1.2 选题依据低碳烯烃在石化工业中起着举足轻重的作用。目前，其仍以高能耗、高二氧化二碳排放的热裂解生产过程为主，热裂解的强吸热特性使其进一步发展的空间变小。 本论文以正己烷、环己烷、异辛烷和正癸烷为模型化合物，对高碳烷烃经氧化裂解过程制低碳烯烃进行了研究。侧重对不同烷烃经气相氧化裂解(GOC)制低碳烯烃并联产一氧化碳过程及铂基催化剂催化的正己烷临氢氧化裂解催化过程进行了研究。论文的主要目的是，通过将氧气、氢气(或合成气)引入低碳烯烃生产过程，实现低碳烯烃生产的低能耗、低排放和高碳资源利用率；并试图为共同加工天然气和重质原料烃过程寻找结合点。对于国石化所用乙烯原料，主要有石脑油、轻石脑油、芳烃抽余油，应遵循易烯则烯，易芳则芳 和分储分炼 的原则，就是说，有利于两烯收率的原料做裂解原料，有利于芳烃收率的原料做芳烃原料；对于不同组成的裂解原料，要进行分开储存、分开裂解。石脑油是目前我公司最主要的乙烯裂解原料，裂解石脑油优化的核心是选用烷烃含量高的馏分作乙烯原料，石脑油所含芳烃和环烷经脱氢反应可生成苯类产品，这部分烃类应考虑作为芳烃的原料。我们充分发挥炼油化工一体化的优势，实行原料和产品互供，以实现乙烯原料优质化和整体效益最佳化。炼油厂550万吨/年常减压装置投产以来，石脑油产量大幅度提高，在140万吨/年重整装置尚未建成投产之前，重整石脑油处于过剩状态，裂解装置原料油目前供量不足，这样就造成辽化部石脑油物料处于不平衡状态。550万吨/年常减压装置原设计初、常顶及常一线石脑油出装置是以三合流方式进石脑油罐区的，该公司把这部分过剩石脑油作为裂解原料，但这些石脑油并不适宜做裂解原料，根据对炼制俄油石脑油产品的质量分析，可将其中的初顶油作为裂解装置的原料油，如果将其分储分运，可增加裂解原料80t/h，把初顶油作为裂解料，常顶及常一线的馏分作为重整料，实现宜烯则烯、宜芳则芳，又满足乙烯扩能改造后裂解料的需求。 不同原料烃的气相氧化裂解实验表明，与热裂解相比，气相氧化裂解在较低温度下就具有很高的烷烃转化率和高的烯烃收率；对难开环热裂解的环烷烃仍具有优良的裂解性能，所以适合加工富环烷烃的重烃组分。气相氧化裂解是一个高碳资源利用率的生产过程，除低碳烯烃外，其产物中的产物主要为一氧化碳，而二氧化碳的选择性低于1。热力学计算结果表明，气相氧化裂解过程可在自热条件下进行，这将大大降低因燃料燃烧而向大气排放出的二氧化碳量。由于产物中相当量一氧化碳的存在，气相氧化裂解过程不适合生产纯的低碳烯烃，更适合为诸如加氢甲酰化等同时需要一氧化碳和低碳烯烃的过程提供原料。 典型催化剂催化下的正己烷催化氧化裂解实验表明，碳氧化合物的选择性很难控制，且烷烃转化率和烯烃选择性与气相氧化裂解相比不具竞争性。铂基催化剂存在条件下，向原料中添加氢气可大大降低产物中碳氧化合物的选择性，进而提高烯烃选择性。合成气可代替纯氢作为氢源，这不但解决了氢源问题，而且还便于调节产物中氢气、一氧化碳和烯烃的比例，为天然气和重质原料的共同加工提供结合点。1.3 DCS国外发展情况化学工业生产流程从仪表控制到数字控制，再到分布数字控制，发展到今天，DCS技术已十分成熟，但仍在不断探索发展中。一方面DCS把数字处理技术向现场延伸，另一反面针对生产的调度管理和企业管理也开发了相应的接口。可以说DCS发展趋势是将现场过程控制和信息处理技术紧密的结合。DCS产品是在不断满足用户需求基础上发展的，因此要不断提升其功能、实时性、可靠性与安全性。DCS将数字处理技术向现场层（包括传感器、变送器、执行器等）延伸，现场仪表控制装置的数字化与智能化是DCS发展的大趋势。除了对现场的控制外，对上一层传输信息，实现控制与管理功能的集成也是DCS努力的方向，要保证传输信息的全面、准确而及时，为MES的发展奠定了基础。从目前的趋势来看，DCS系统发展的很重要的一点就是系统的开放性。与DCS系统能够相连的不仅仅是一些仪表，甚至还有可能包括电机、变频器等电器产品。过程控制的发展方向即无论是输配电管理，还是配电自动化，系统全程工艺的自动化最终将实现用一个控制系统，也就是DCS系统实现终端控制，这很需要过程控制系统的开放性，将DCS与现场总线，工业以太网、故障安全总线等系统相连，实现一个过程控制系统不仅仅能够在设备正常运行下进行标准控制，也能够实现在发生紧急故障时停车检修。过去几年，DCS在市场上逐渐成为主流，尤其是在重大装备上的控制系统，基本上都已采用了DCS。未来DCS的发展，将蚕食PLD所占有的大中型控制系统，而留给PLD的，将只是比较简单的单一控制。上述论点皆出自于权威专家之口，确实不无道理。数字通讯是一种趋势，它代表了技术进步，是任何人阻挡不了的。双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力，加速现场装置与控制仪表的变革，开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。这些都是DCS系统所不具备的，而由此产生的优越性以及给火电厂的设计、配置、组态、运行、维护、管理等方面带来的效益也是DCS系统所不及的。再则，FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。由此而得出结论，“FCS将取代DCS”，似乎也是顺理成章之事。同时我们也应看到，DCS系统发展也近30年，在火电厂的应用如此广泛。它的设计思想、组态配置、功能匹配等已达十分完善的程度（当然，DCS也存在进一步发展的需求，例如高级软件开发，以满足信息集成的要求），已渗透到火电厂控制系统的各个领域，并且在FCS系统中也有些体现。从这个角度来看，DCS系统似乎不能说从此消亡。再则，从前面的章节叙述中已经谈到，对那些FCS系统不能充分发挥其特点及优越性的领域，DCS系统仍有用武之地。亚洲的DCS市场将继续推动世界战略问题向前发展中国、印度和其他东南亚新兴的经济发展中国家正在推动亚洲的经济向着更大的高度发展，而亚洲经济的发展则受到重新振兴的日本市场的支持。大量的需求、大规模的投资和不断增加的影响力导致新一轮财富的创造，而亚洲正经历着这样的一个巨大转变。由于制造工业显示出巨大的发展潜力，因此这个地区的分布式控制系统（DCS）市场正在茁壮地成长。低廉的劳务成本、易于获得的技术人力资源和这个地区不同国家之间的经济合作关系是促进其经济发展的一些重要因素。中国呈现了一幅以投资促进发展的美丽图景，而印度则是一个以需求促进经济发展的国家。东南亚国家的兴旺发达则依赖于中国和日本所提供的贸易和投资机会。亚洲市场DCS不断增长的需求使该地区不但成为全球引人注目的市场，而且也使其成为地区性DCS供货商的市场。关于亚洲DCS市场的研究对全系列的问题进行了鉴别和分析，其中包括亚洲DCS市场与众不同的特点、市场的规模、市场的划分、供货商的市场份额和市场定位。它也探讨了市场的主要推动力以及在亚洲DCS市场获得成功所需要采用的适当战略。为了更好地了解亚洲的DCS市场，凡是想要增加他们市场份额的供货商们需要开发和应用适当的战略。亚洲DCS市场研究就是通过分析各种关键的问题，以提供必要的输入数据，其中包括：主要自动化承包商的作用就是为供货商提供扩大和创业机会；亚洲是大型基层现场总线项目的展示场地；大型燃煤火力发电厂面临着巨大的挑战；老的工厂也存在着急速增长的翻新改造机会。2 裂解装置工艺要求与控制方案2.1生产原理原料烃在裂解过程中发生反应甚为复杂，一种烃可以平行地发生很多种反应（一次反应），又可以连串地发生许多后继反应(二次反应),下面以轻柴油为例，来解释裂解反应的机理。2.2裂解工序工艺流程说明本装置共包括A、B、C、D、E、F六台裂解炉，正常情况下，五台炉裂解轻柴油或脑油，D炉或E炉裂解乙烷（乙烷+丙烷）。具体工况的改变可根据生产调度指令来调整，下面分三个系统简述工艺流程：2.2.1.原料预热与裂解界区送来的轻柴油、石脑油分别进入轻柴油贮藏罐117F/FA、石脑油贮罐118F。轻柴油由123J/JA增压后经预过滤器、聚结器，除去焦物、水分进入换热器135C、136C分别与裂解