双氧水生产过程的解决方案

老朋友瀛丰化工 2017-12-02

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一、概述

双氧水又称过氧化氢，是一种重要的无机化工产品，在纺织、造纸、化工、轻工、医药、电子、食品、环保等领域应用广泛。工业级过氧化氢在常温下能缓慢分解，当温度升高或紫外线照射时，分解速度加快，遇到灰尘、重金属离子或碱性物质时，发生剧烈分解，放出大量氧和热，严重时会发生爆炸。过氧化氢具有较强的氧化能力，可与各类还原性物质发生反应，且制备无机过氧化物、有机过氧化物的原料。由于其优良的氧化性能，双氧水在碱性条件下能破坏有机色素分子中的共轭体系而消色，因此被广泛地用作纺织、造纸等行业的漂白剂。目前我国双氧水产品分工业级、试剂级、医药级和电子级，浓度有27.5%、35%、50%和70%等多种规格。

目前我国双氧水生产方法有蒽醌法和电解法两种。1986年以前电解法是我国双氧水生产的主要方法，由于其需要消耗大量的电力，成本提高，不适于大规模生产，已逐渐被淘汰，但电解法生产的双氧水品质最高，可精制成高浓度产品，适用于食品、医药等行业。蒽醌法比电解法优越，具有技术先进、自动化程度高、生产能力大、成本和能耗低以及“三废”易治理等多种优点。1987年以后，采用蒽醌法的双氧水产最就已超过电解法的产量。蒽醌法根据使用的催化剂不同又分为镍催化剂法和钯催化剂法，两种方法制取双氧水都要经过氢化、氧化、萃取、再生、净化等一系列过程，两者最大的区别在于前者使用的是镍催化剂悬浮床氢化器，后者使用的是钯催化剂固定床氢化器。后者与前者相比，具有工艺流程短、氢化设备简单、催化剂使用寿命长、安全可靠、操作方便等优点，因此具有更强的竞争力。截止1999年底，国内有51个双氧水生产企业，大约66套生产装置，基本上是蒽醌法生产装置，其中钯催化剂固定床氢化工艺是最主要的生产工艺。双氧水生产发展相当迅速，而且趋于向大规模、高技术、自动化控制方向发展。其中DCS集散控制系统在其中的应用变得越来越广泛和重要。

二、系统工艺流程

双氧水的生产过程包含五个工序:氢化工序、氧化工序、萃取净化工序、后处理工序、工作液配制及回收工序:

氢化工序把蒽醌转化蒽氢醌或四氢化蒽醌。

氧化工序用空气中的氧直接氧化蒽氢醌和四氢化蒽氢醌，并转化为蒽醌、四氢化蒽醌，同时生成双氧水。

萃取的作用是用无离子水从氧化液中萃取回收双氧水，生产一定浓度的双氧水溶液，该溶液再经过净化处理后，不仅降低有机碳的含量，而且生产27.5,35%的产品出售市场。

萃取的萃余液经过后处理再生处理后进入下一个使用循环过程。其生产过程如下图所示:

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补充工作液

40,碳酸钾溶液

后处理萃取和净化成品

纯水30,双氧水氢气芳烃

氢气尾气

氢化氧化工作液配置

空气

工艺流程图三、控制方案

根据双氧水的生产工艺过程，控制系统实现如下功能:

1、实现各个单元操作的集中监控，包括:温度、压力、流量、液位等物理量的监测与控制。动态参数检测、控制必须准确、可靠。

2、必要的遥控措施,对突发事件如停电等，系统应采取相应的保护措施，确保在紧急情况下或需要的时候对一些关键的控制点(阀门、马达等)实施遥控。 3、配置必要的报警和联锁。

4、重要参数的记录和方便地查阅其实时趋势和历史趋势。

5、可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况。

6、控制系统操作简单，参数设置、调整方便，便于操作，人性化的操作界面。 7、操作员站显示整个生产工艺流程，修改和打印各种有关参数。

在双氧水生产装置中几种典型的控制策略组态:

PIC102?、氢化塔压力最大值与进气流量串级调节控制策略组态:

PIC103MAX

PIC104

FT-101

PVMOVEPID2

如图所示，PIC102、PIC103、PIC104分别为氢化塔上、中、下塔塔顶压力，工FN101艺操作过程为每两节塔串联使用，要求三节塔的压力最大值与进氢化塔氢气流量FT101串联调节。针对工艺的特点，引入MAX功能模块，利用DCS所提供的功能模块软连接等优点，这样很容易实现在不同情况下对调节阀FN101的控制。 ?、萃取塔界面液位与进水流量串级调节控制策略组态:

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在本装置中投运了串级调节系统，在组态中运用DCS软连接的优点，使手动—自动—串级自由切换，开车时运用单回路调节，生产稳定后操作工可以很容易切换为串级调节，在操作站操作MAN—AUTO—CAS，方便地将软连接切换，调节质量高，操作简单，组态方案如下图:

LIC301SP

FT-301PID2

INVMOVE

FN301

?、参数累积、温度压力补偿计算:

如蒸汽流量，应考须需要要求进行累积,在组态时加入模块——“STAT ”累积计算模块;空气流量，测量用孔板，因此应用DCS软连接引入压力补偿(温度较稳定)。

?、阀位设置:

因工艺安全需要，调节阀有气开式和气闭式，使用时发现，操作工和仪表工必须要清楚每台阀门作用方式气开或气闭，才能进行手动操作的设置，这给操作增加了难度，后来在控制组态中引入而在INV功能块，如FN—401阀门为气闭式。

LT-401PID2

INVMOVE

加入INV功能块，写入表达式，OP=100—PID2.OP气闭式阀门100%输出信号时，FN401阀位全关，组态后在操作上与气开式阀门相同，操作信号为0%时为全关，100%时为全开，使操作方便简单，同时调节的正反作用设置也无须考虑阀门的正反作用，又能保证系统在气源故障时在安全阀位。同时利用功能块设置停车操作按钮，在电源设备突发事故时，操作工只要点击停车按钮，所有调节阀将按工艺要求设置的安全阀位上，保障生产安全。而且当控制点为回路故障，如现场变送器故障、线路断路时，提供了安全保障，可设置控制输出进行保持、全开输出、全关输出、安全值输出等;而且可设置对过程变化异常的报警;对控制输出的微小抖动的限制，从而可以消除调节阀在一个位置上的剧烈抖动，提高控制品质，延长调节阀的寿命。

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四、系统配置

根据双氧水的生产工艺和控制方案的要求，我们为此配置安全可靠的SunyTDCS9200集散控制系统来监督、控制和优化。SunyTDCS9200集散控制系统实现过程控制、逻辑控制、顺序控制等功能;具有模块化柔性设计;提供开放数据接口、现场总线与互联网接入;顺应时代发展潮流，吸收最新电子技术、网络技术、控制技术，具有可靠性高、系统开放、构成灵活、界面友好、功能强大、

操作员站维护简便的特点。工程师站/操作员站

1、系统结构如下图所示:

MNet管理网

SNet系统网

现场控制站Snet驱动Snet驱动控制模板1控制模板1CNet

I/O模板01I/O模板02I/O模板32

I/OM模块01I/OM模块01I/OM模块01

I/OM模块02I/OM模块02I/OM模块02

SmartBusSmartBusSmartBusI/OM模块03I/OM模块03I/OM模块03

I/OM模块16I/OM模块16I/OM模块16现场控制站 2、系统控制检测点:

本系统温度、液位等模拟量检测点较多，大约是:热电阻39个，4,20mA模拟量输入98个，4,20mA模拟量输出 48个,控制回路48个，开关量输入26个。

3、系统的硬件配置:

在系统硬件配置时要纵览全局,从满足生产过程对控制的要求，现场变送器和执行机构等部件特点,传输信号电缆和DCS输入/输出模板等方面全面考虑，从工艺的合理性、投资的经济性、运行的可靠性、维修的方便性等进行综合分析。 3.1冗余的系统服务器/操作站，配置1台工程师站和1台操作站，并预留PC接口，满足了系统的操作需要，在工程师站上安装操作站软件，系统运行时可作为一台操作站使用，系统开车时2个操作站同时参与操作。