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煤制乙二醇项目解决方案介绍为了推广一体化解决方案在煤制乙二醇装置上的应用，提高国产自控系统的竞争力，降低国内同类项目全生命周期成本，和利时HOLLiAS一体化解决方案提供了覆盖用户工厂全部需求的产品和服务，从工艺控制、安全管理、资产管理、控制优化、生产管理等方面为用户提供增值的解决方案，使生产运营逐步实现精益化、智能化，最终的目标是实现企业运营最优化。一体化方案在乙二醇装置上的优势和实力，可为今后国内同行业自控装置的选型与配置提供借鉴和支撑。

关键词：K系列DCS；乙二醇；一体化方案；控制

案例背景介绍

目前，和利时已成功实施多个煤制乙二醇项目，为用户提供了DCS与SIS系统的一体化解决方案，并对氧煤比等主要回路进行优化控制，实现安全稳定、优化控制与操作方便的统一。

1 行业简述

乙二醇（EG）是一种重要的有机化工原料，主要用于生产聚酯纤维和防冻剂，此外还可用于生产不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等，用途十分广泛。

截至2015年底，中国已投产运行和试车成功的煤（合成气）制乙二醇（CTMEG）项目共10个，总产能170万吨。早期投产的示范项目运行渐入佳境。

2016年将是中国煤制乙二醇产能爆发的开端之年，将新建10个项目，总计乙二醇产能166万吨/年。草酸酯路线煤制乙二醇的技术研发正在向低成本、高选择性、长催化剂寿命和环境友好的方向发展。由于产品质量不断优化，煤制乙二醇已经开始被大规模应用于聚酯化纤行业。来自亚化咨询的消息称，至2020年中国将总计建成41个煤制乙二醇项目，总产能将达到1026万吨。煤制乙二醇将成为中国聚酯化纤行业的重要原料来源。

2 主要工艺介绍

目前我国乙二醇的生产技术主要有两种路线。一种是以乙烯为原料经环氧乙烷（EO）非催化液相水合法生产乙二醇的石化路线。这种工艺存在乙烯氧化制环氧乙烷的选择性较低、环氧乙烷水合副产物多（主要为二乙二醇、三乙二醇）、分离精制工艺复杂、能耗大等问题，生产乙烯的原料是石油产品，原油来源受控因素较多。

另一种是以煤或者天然气为原料，先制得合成气（CO+H2），再通过直接法或者间接法制得乙二醇的煤化工路线。从原料选择的经济合理性及我国的能源结构组成考虑，采用合成气合成乙二醇较适合我国现状。目前由合成气直接合成乙二醇技术仍处于实验室阶段。合成气间接法生产乙二醇的主要反应包括一氧化碳（CO）与亚硝酸甲酯（MN）生成草酸二甲酯（DMO）的羰化反应，草酸二甲酯加氢生成乙二醇（EG）的反应，一氧化氮、氧气和甲醇（ME）生成亚硝酸甲酯的酯化再生反应，生成的亚硝酸甲酯返回偶联过程循环使用；亚硝酸钠、硝酸反应生成一氧化氮。工艺如图1所示。

合成气制乙二醇工艺装置流程如下：

空分-煤气化-一氧化碳变换-酸性气体脱除-CO深冷分离-PSA制氢-硫回收-草酸二甲酯合成-乙二醇合成与精馏-成品罐区。

案例实施与应用情况

3 方案策略

以阳煤深州化工22万吨乙二醇实际项目为例，介绍系统网络、配置及工艺控制方案。本工程网络包括造气、净化、甲醇、乙二醇、空分、锅炉6个域。

3.1 系统网络

采用中央控制室（CCR）和现场机柜室（FAR）分离设置的方式。造气、净化、乙二醇生产装置的操作站设置在中央控制室，甲醇、空分、锅炉的操作站设置在现场操作室。控制站设置在相应的现场机柜室。每个FAR设置工程师站兼操作员站，并与控制站构成独立的控制网络。FAR与CCR通过冗余光缆进行信息传递，形成整个控制网络。当中央控制室的网络设备尚未搭建或现场机柜室与中央控制室之间的网络联系中断或发生通信故障时，现场控制网络完全可以承担对本装置的监视和控制作用，不会对生产造成影响。现场仪表信号通过电缆连接到现场机柜室。6个域通过三层交换机连接为一个系统，实现数据的共享。

在CCR机柜间设置1个冗余控制站，用于监控现场一次水、循环水、除盐水、污水处理、装车控制系统的5套PLC，设置电源柜2面，控制柜及网络柜各1面。

大屏幕系统可以显示现场视频及操作员站画面。

校时系统1套，用于全厂系统时钟的统一。

3.1.1 系统网络结构图

各装置的DCS控制单元必须独立设置，减少关联影响，以保证装置正常生产和开停工过程的需要。每个域之间能相互查看，但不允许相互操作。

3.1.2 网络安全

根据不同的域，系统将网络划分为六个独立网段的VLAN，通过三层网络交换机的路由功能实现各个域之间的通讯共享，网络交换机采用1:1冗余设置。控制单元本身具备网络风暴甄别与防范机制，并且每个端口均进行了网络的流量限制，避免了发生网络风暴的可能。操作员及工程师站采用白名单模式，只允许列入白名单的系统标志数据传输，有效抑制病毒的传播。网络安全特点：

• 多域结构的分布式控制系统，分层设计控制系统网络；

• 硬件防火墙的设置，控制层与工厂信息网络的安全隔离；

• 安全可靠的网络架构便于安全策略的部署；

• 交换机端口级网络流量限制，严格的防网络风暴测试；

• 和利时系统可靠的防病毒机制；

• 便于扩展的系统网络结构设计。

3.2 工程典型配置

各装置物理测点统计及分站，工程师及操作员站的配置情况。气化炉及净化、空分、锅炉等装置，由于不同的工艺测点差异较大，在此不予列出。

3.2.1 甲醇合成

总计480点（AI/96、RTD/168、TC/8、AO/32、DI/80、DO/96），67个模块。1个现场控制站：热交换、纯分离、汽水分离、循环机。各类机柜3面。

操作员站3台，工程师站1台，均在现场操作室。

3.2.2 乙二醇合成

总计3521点（AI/1443、AO/256、DI/1054、DO/768），459个模块。

现场控制站9个：净化提氢（28#站）、DMO合成（24#站/25#站）、DMO精制与水分离（26#站）、脱氢（20#站/21#站）、脱脂（20#站）、亚脂回收（27#站）、乙二醇合成（22#站）、乙二醇回收（20#站）、乙二醇精制（20#站）、成品罐区（23#站/27#站）。

操作员站9台，其中2台双屏。工程师站3台：现场2台、中控室1台。各类机柜30面：主控柜9面、扩展柜5面、安全栅柜7面、端子柜5面、电源及网络柜各1面。SIS系统操作站、工程师站各1台，机柜2面。

3.3 典型画面

DMO合成：将净化后的一氧化碳原料气与亚硝酸酯混合，其含量（体积比为一氧化碳为25%～90%，亚硝酸酯为5%～40%，导入装有以氧化铝作载体的钯催化剂的反应器中进行催化反应。金属含量为载体中的0.1%～5%，接触时间为0.1～20s。反应温度80℃～200℃。反应产物经冷凝分离后得到草酸酯。