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1、PX吸附分离旋转阀系统ZTC控制方案分析蔡军;王虎威;方宏昌;高枢【摘要】This article describes a rotary valve system adsorptive separation simulated moving bed conversion control region (ZTC) program, we discussed specific programs to achieve control of the rotary valve area conversion step, and focuses on the process control and ZTC
2、 related design features, described the entire control system PX adsorptive separation scheme Construction of the rotary valve.% 本文介绍了一种吸附分 离旋转阀系统模拟移动床区域转换控制(ZTC)方案，讨论了旋转阀区域转换步进 时控制方案的具体实现，并重点分析了过程控制和ZTC功能的相关设计，阐述了 PX吸附分离旋转阀整个控制方案的系统构建。期刊名称】 仪器仪表用户年(卷),期】 2016(023)007【总页数】4页(P26-2&29)【关键词】PX(对二甲苯);吸
3、附分离;旋转阀；ZTC控制【作 者】 蔡军;王虎威;方宏昌;高枢【作者单位】 辽阳石化分公司芳烃厂，辽宁 辽阳 111003;辽阳石化分公司芳烃厂， 辽宁 辽阳 111003;辽阳石化分公司芳烃厂，辽宁 辽阳 111003;辽阳石化分公司芳 烃厂，辽宁 辽阳 111003【正文语种】 中 文对二甲苯装置吸附分离单元，是以混合芳烃为原料，利用吸附分离技术生产对二甲 苯。原料中混合芳烃的4 种异构体对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、已基苯其物化性 质很相似，用常规精馏和萃取方法很难分离出对二甲苯1，5。由于上述4种 异构体沸点非常接近，所以很难用分馏方法分馏出合格产品，但上述 4 种异构体 的熔点差别
4、较大。因此，过去常用结晶分离方法，但其效率、纯度、收率较低。 现通常使用分子筛吸附分离方法，利用这 4 种机构体亲合力不同进行分离。吸附 分离法可得到纯度较高的对二甲苯，具有单程收率、物料循环量小、能耗低等优点。下面以美国UOP公司开发的Parex工艺，介绍模拟移动床的吸附分离旋转阀系统ZTC 控制方案。Parex 工艺是利用一种分子筛作为吸附剂，它对混合二甲苯4种异构体具有不同的选择性，优先吸附对二甲苯，然后利用解析剂将吸附在吸附剂上的对二甲苯解析下 来，再经过精馏得到高纯度的对二甲苯产品。因此，吸附分离技术必须使用一种选 择性能良好的吸附剂和解吸性能良好解吸剂1。同时采用使液体和固体吸附剂
5、 逆流接触的模拟移动床原理。ACCS控制系统又称吸附塔控制系统(Adsorbent Chamber Control System)， 本系统采用了美国UOP吸附工艺专利技术，其吸附分离的工艺过程是通过利用分 子筛吸附剂的模拟流动床层( 24床层)的方法，再从混合组分中利用液体解吸剂 提取对二甲苯，其工艺流程如图1所示。ACCS控制系统在整个装置中的主要目的 是保持产品的纯度和约束吸附塔，并关联一些辅助设备，例如旋转阀、吸附塔、循 环泵等。每个吸附塔12个床层，利用2台循环泵，将2个塔首尾相接，使24个床层形成 一个闭合回路，在循环泵的作用下，液流周期性地绕24个床层循环2。旋转 阀把6个净流量
6、中的每一个与24条流动床管线之一相连接。无论什么时候，旋转 阀跨步，所有净流量都以一个精确的间隔按固定的顺序，在一个连续而规则的循环 中从一个流床切换到下一个流床编号3。UOP专利的模拟移动床吸附分离技术除了有4股工艺物料，分别为进料F (Feed )、解吸剂 D( Desorbent)、抽余液 R( Raffinate )和抽出液 E( Extract )之外，为提高对二甲苯的纯度，还增加了3股物料，管线冲洗( Line Flush)(又称一次冲洗)流入HI、流出HO和二次冲洗X (Secondary Flush) 是解吸剂4。模拟移动床共有7股进出料，将24个床层分成了7个区域，主 要区域
7、仍为4个。3.1 概述ZTC是Sorbex类工艺装置，如对二甲苯分离、烷烃分离和间二甲苯Sorbex等， 专用的控制算法。在流量发生步进变化时，即区域转换时，ZTC用于控制上述工 艺装置中吸附室部分的泵送和压送循环阀。因此，得名“区域转换控制”。ZTC 的基本原理是用控制系统记录下循环阀在特定区域里的开度。在以后的周期里，当工艺再次进入到相同区域时，ZTC算法使用之前记录下的开度打开阀门。 该原理通过暂时停止PID控制、在短时间(TO)内用ZTC来控制阀门开度而实现。 之后，ZTC使用“过冲量”计算，在短时间(T1)内把阀门开度调整到“过冲量” 状态，最后在结尾时间(T2 )中，用上一个周期里
8、记录下的开度打开阀门。使用 这种方法来控制循环阀的开度后，发生在区域转换时的流量调整时间能够从典型的 30-40 s减小到13s。已经证明区域转换的持续时间和工艺装置的收率相关联。 区域转换的时间越短，收率就越好(高)。3.2 调整ZTC 参数的最佳设定值是通过观察区域转换时发生的流量变化趋势图来确定的。 首先来讨论以下各个参数.T-1是指：在步进计时器倒计时到0之前启动ZTC功能的时间。ZTC在步进计时Odo +udcyddo) *dxdo只料魁归。迪鰹fc厂E皿吕、吕胆抵、AttM咪 (Odo迪鰹fc厂Eg皿昂ddo ICESW凶/)糊代鰹fc匚厘g呱煤 域凶 JE旺-sitss 、xdo
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10、映邑、ECHHh-Ked 汕、廿 Odo + ( odcyddord H xdo IE 齬能glffi糊代鰹fc厂Eg回_代域凶&ffiJCNs、呱ttJ眠 A CH、o.CNHCNl、cnH-u、moHol、o.oml 只命 gessOSSCES 屁代s*呱煤域凶 I sis乙Iddo OKI ddo SS?K1S SOCNI sw 凶廂 凶廂vffls型汕。铀ss眾E握、槪ddo 。回Eg鰹比匚 ESIulz、M域凶 s、s 2d -ss眠CNl把循环阀门切回到自动控制。这是因为在步进、检查限位开关和床层、区域位置显 示变化之后，需要一些时间来执行“4个决策逻辑中的3 个成立则成立”这一算
11、法 此外，当K=1.0时，总的t1加t2时间值如何在两个计时器之间分配这个问题就 不重要了，但是当k不等于1.0时，这两个计时器之间的时间分配则很重要。K值 通常都不为1, t2计时器通常设定为0.0s。建议当t-1 / 0时，则t0 = 0。即如果t-1不等于0,则t0应该等于0,否则它 们会互相提前取消。而且t-1看上去比实际值要大，而t-1和t0都等于0是可以 接受的取值。图2为典型的ZTC控制曲线图。在T0持续期间，ZTC把控制器输出值切换到手 动，并保持阀门开度为OPc。T0结束后，控制器输出值变成OPx值，并在T1持 续时间内保持这个值。T1结束后，控制器输出值变成OPp值，并在计
12、时器T2的 持续时间内保持这个值。最后，T2结束后，控制器输出值切回到自动PID模式。情况 1：循环流量“过冲”下一区域设定值的目标流量。情况1的ZTC控制曲线图，如图3所示。ZTC导致流量超出期望流量。流量在设 定值下方停留时间并不长，只是有过冲量。首先为第4区转换减小k值。然后减 小T1持续时间，这2个调整都会减小阀门输出值在目标值之下停留的时间和量。 切记：此流量系统与其他所有系统相连,即1个控制器的整定也会影响到其他很 多控制器，对于压送流量来讲这一点最明显。所以在整定泵送ZTC到平稳转换状 态时,还需要看一下压送流量是否有短时震荡。如果有的话,就表明 t-1 和 t0 值 需要再调整
13、,直到泵送流量转换与转阀步进产生的实际流量变化能更好的贴合为止 通过观察Parex或Molex或MX Sorbex模拟转盘能更好地理解这一点。当吸附 室里的进料移走之后,吸附室内的压力减小,而进料进入到吸附室内时,则会增加 吸附室的压力。由于转阀步进,如果进料从一个吸附室内移走,那么该吸附室的压 力下降,而进料进入的另外一个吸附室的压力则会上升。在泵送流量调整之前,这 些压力发生临时改变的时候，吸附室内的压差会影响泵送流量。通过观察流量的高 震荡（高压差）或低震荡，可以确定怎样调整ZTC的t-1和tO步进计时器的值。情况 2：循环流量超过下一区域设定值的目标流量，并且停留在设定值之下的时间 过
14、长。情况2的ZTC控制曲线图，如图4所示。流量过冲超过了期望流量，而且在设定 值之下停留时间过长。这种情况下，减小k值或者T1值中的一个，同时减小T2 值。另外，把控制器的积分作用增强一点，以便为下个周期提取更好的 OPp 值。注：最佳ZTC整定值将随着装置的进料负荷的改变而改变。ZTC整定值将随着装 置的进料负荷的改变而改变。所以，为了把花费在重新整定上的时间最小化，在最 经常使用的进料负荷状态下为装置整定。只有操作状态与正常的负荷状态相距甚远 的情况下才进行重新整定。一般来说2套整定参数就足够使用了。如果通常在超 过100%设计负荷的情况下操作，则需要3套ZTC整定数据。情况 3：循环流量
15、超过下一区域设定值的目标流量，并且停留在设定值之上的时间 过长。情况3的ZTC控制曲线图，如图5所示。流量过冲量超出期望流量，而且在设定 值之上停留时间过长。这种情况下，增加k值或者T1值中的1个，同时减小T0 值。这种调整会使循环控制阀在区域转换过程中的动作更快。同时还会迫使转换初 期的流量变低。另外，把控制器的积分动作增强一点，以便为下个周期提取更好的 OPp 值。使用ZTC取代传统PID控制来控制循环阀的开度后，使发生在区域转换时的流量 调整时间能够从传统典型的30-40 s减小到1 3s。实践已经证明区域转换的持 续时间和工艺装置的收率、产品纯度密切相关联。区域转换的时间越短，收率就越相关文献】1魏军强，许琴模拟移动床在对二甲苯生产中的应用J 辽宁化工，2009 , 38 ( 10 )2 李凤生优化吸附分离装置旋转阀操作提高对二甲苯收率J.石油化工设计，2004 , 21 (3)3Adsorbent Chamber Control System Equipment Instructions CD UOP A Honeywell CompanyB/12956 951924 4 朱现卫旋转阀原理及故障处理 J 聚酯工业， 2009 ， 22 ( 3 ) 5 赵毓璋，景振华吸附分离对二甲苯技术进展 J 炼油技术与工程， 2003 ， 33 ( 5 )
PX吸附分离旋转阀系统ZTC控制方案分析
