概述

環己酮是應用十分廣泛的石油化工原料，一般依其應用可分為酰胺用和非酰胺用兩大類。酰胺用環己酮主要用于生產己內酰胺（CPL）與己二酸；非酰胺環己酮主要作為有機溶劑使用，廣泛應用在各種涂料、油漆、油墨及樹脂溶劑和稀釋劑，以及感光、磁性紀錄材料涂布用溶劑等。

2005年中國石化南京化學工業有限公司新建一套60kt/a環己酮裝置。該裝置采用環己烷空氣氧化法工藝，以苯和氫氣為原料，通過加氫反應制備成環己烷，并將環己烷氧化脫氫制得環己酮。

主要工藝流程

60kt/a環己酮裝置采用環己烷空氣氧化法工藝制取環己酮。其工藝流程框圖如圖1所示：

圖1 60kt/a環己酮裝置主要工藝流程框圖
苯加氫

來自界外的新鮮氫氣和脫氫工段的補充氫氣在一定的溫度和壓力下與苯進行汽化，苯氫混合氣體在充填以氧化鋁為載體的鎳催化劑的列管反應器內迅速反應，轉化為環己烷，同時放出大量熱量。

氧化

環己烷在五臺氧化反應器內依次按序經過。在反應開始前，需要加入環烷酸鈷和HEDP酯作引發劑。氧化反應正常后，加入HEDP酯作添加劑，使氧化產物主要停留在環己基過氧化氫階段。隨后進入分解系統，環己基過氧化氫在催化劑醋酸鈷和氫氧化鈉的堿性條件下分解為環己酮和環己醇，大量的環己烷經環己烷塔分離出醇酮后進行循環，環己烷單程轉化率在5%(mol)以下。氧化反應器為導流筒式內循環反應器。

醇酮精制

來自罐區的粗醇酮液經輕塔真空蒸餾，以降低殘存在醇酮液中的低沸物；經酮塔減壓蒸餾，進行環己酮、環己醇的分離；經醇塔真空蒸餾，以去除高沸點雜質，得到純質的環己醇。

脫氫

來自罐區的環己醇經預熱、蒸發，轉化后以氣體方式進入脫氫反應器，在列管式反應器內反應，轉化為醇酮液進入罐區貯存，而生成的氫氣作為原料進入苯加氫工段參與反應。脫氫反應是吸熱反應，所需的熱量由導熱油系統提供。

罐區

罐區貯罐為原料苯、產品環己酮、中間產品環己烷、環己醇和粗醇酮等罐組成。

控制系統總體設計

由于環己酮生產過程中存在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等因素，是典型的、危險的化工生產裝置，因此在總體設計時必須考慮環己酮生產過程中對系統的基本要求：安全、可靠、穩定、快速動作，操作方便。根據環己酮的工藝要求，環己酮生產過程中自動控制系統主要由中控的WebField控制系統(DCS)和HONEYWELL專用的緊急停車系統（FSC）、氫氣壓縮機控制系統(PLC)組成，DCS與FSC之間通過網關卡FW244 采用RS232 Modbus協議采集數據，DCS與PLC（S7-300）通過網關卡FW244 采用RS485 Modbus協議采集數據，調度中心與控制中心的歷史數據站之間通過信息網（MIS網），采用OPC通訊方式采集數據，通訊介質均采用屏蔽通訊電纜，本系統總體配置圖如圖2所示。

圖2 60Kt/a環己酮裝置控制系統總體配置圖
60kt/a環己酮裝置的WebField ECS-100控制系統由4個操作站、1個工程師站、2個控制站、1個歷史數據站、7個外配柜和1套過程控制網絡組成，涉及兩個控制站共同使用的信號采用站間數據交換功能； 60Kt/a環己酮裝置緊急停車系統采用ESD實現安全聯鎖和保護聯鎖。

環己酮裝置存在工藝流程長，工序多，控制點多，設備對生產環境要求較高等諸多特點，特別是大規模連續生產，對工藝操作熟練程度、自動化設備全面性和實用性提出了更高的要求，同時原料和產品的易燃易爆有毒特性，對控制系統的可靠性和穩定性提出了更嚴格的要求，因此在生產過程中任一運行條件的不具備，均會降低產品的產量和質量，嚴重時會危及設備和人身安全，在總體設計中，必須考慮以下幾點：

安全實現

由于環己酮生產環境存在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等因素，屬于典型的危險場所，防止生產過程可能出現的跑、冒、滴、漏危及生產設備和人身安全，不僅在生產裝置和工藝操作上要考慮安全性的設計，而且在自動化設備選擇與控制方案設計時要考慮對意外事件的反應速度與有效解決方案，從而在硬軟件上保證生產過程的安全。為此主要采取了以下安全措施：

（1）控制系統與現場設備之間的模擬量采用安全柵進行隔離、開關量DI和DO均采用繼電器進行隔離。
（2）采用可燃氣體檢測設備和在線分析儀進行監視各類原料和生產過程。
（3）采用了專用的緊急停車系統（ESD）實現安全聯鎖和保護聯鎖；
（4）在軟件設計時，對操作參數和操作行為進行了操作行為限制和屏蔽操作界面的設計，即不同級別的操作人員對應不同的操作界面并進行不同的動作。

可靠運行

在正常操作中，如果系統不能進行準確地可靠動作，則會造成生產危險，特別是生產裝置出現工況不正常時，則更需要控制系統準確、及時地進行可靠聯鎖動作，否則會造成停車和安全事故。主要采取了以下措施：（1）對關鍵現場設備我們設計選用了高質量、高精度的設備和部件，如在線氫/氧分析儀器、流量計、切斷閥、繼電器。（2）控制系統的主控卡、數據轉發卡、關鍵卡件、系統電源、網絡、系統供電等我們設計時采用了雙重冗余措施。（3）緊急停車聯鎖系統采用軟、硬結合的方式，操作人員既可操作輔助操作臺上的按鈕，又可操作計算機操作畫面上的軟按鈕。

異構系統互聯

隨著網絡應用的普及和深入，針對企業綜合自動化的要求，人們不再滿足于DCS應用只是局限于生產過程。在60kt/a環己酮裝置中，ECS-100系統采用多種接口與ESD等其它控制系統間進行了聯接，接口的結構圖如圖3所示。

圖3 ECS-100與異構系統的接口
ECS-100系統采用了OPC軟件透過防火墻單向地與全廠MIS網進行聯接，DCS與ESD之間通過網關卡FW244 采用RS232 Modbus協議進行聯接，DCS與PLC（S7-300）通過網關卡FW244 采用RS485 Modbus協議進行聯接。

全面實用的自動化

60kt/a環己酮裝置不僅采用了控制系統（DCS），而且采用了專用的緊急停車系統(ESD)對生產過程進行自動監控。本裝置檢測點多，在控制系統（DCS）實際使用點數為1568點；現場儀表設備多，檢測變送測量裝置364臺、切斷閥82臺、氣動調節閥143臺、在線分析儀6臺、受控電氣設備160臺、可燃氣體檢測設備64臺；自控程度高，控制回路共有143個，以常規控制為主，有部分分程控制、比例控制、串級控制以及智能協調控制。系統規模如表1所示。