СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2010 года по МПК C07C51/10 C07C53/08 C07C51/12 G05B13/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к способу управления процессом получения уксусной кислоты карбонилированием метанола или карбонилируемого его производного, и особенно, к способу управления процессом во время его сбоев и во время его восстановления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время среди используемых в промышленном масштабе способов синтеза уксусной кислоты наиболее применимым является каталитическое карбонилирование метанола монооксидом углерода, как показано в патенте США № 3769329, выданном Паулику (Paulik) с соавторами 30 октября 1973 г. Катализатор карбонилирования содержит родий - или растворенный, или иным способом диспергированный в жидкой реакционной среде, или нанесенный на инертный твердотельный носитель наряду с таким галогенсодержащим промотором катализатора как иодистый метил. Родий может быть введен в реакционную систему в любой из многих форм, и конкретная природа родиевого компонента в активном комплексе катализатора является неопределенной. Более того, не является критичной природа галогенидного промотора. Патентообладатели раскрывают очень большое число приемлемых промоторов, большинство из которых является органическими иодидами. Обычно и эффективно проводят реакцию с помощью непрерывно барботирующего газообразного монооксида углерода через жидкую реакционную среду, в которой растворен или суспендирован катализатор.

В патентах США №№ 5001259, выданном 19 марта 1991 г.; 5026908, выданном 25 июня 1991 г.; и 5144068, выданном 1 сентября 1992 г; и Европейском патенте №ЕР 0161874 В2, опубликованном 1 июля 1992 г., раскрыто усовершенствование в уровне техники способа карбонилирования спирта с целью производства карбоновых кислот, имеющих на один атом углерода больше, чем спирт, в присутствии родиевого катализатора. Как там раскрыто, уксусную кислоту получают из метанола или карбонилируемого его производного в реакционной среде, содержащей метилацетат, метилгалогенид, главным образом, йодистый метил, и родий присутствует в каталитически эффективной концентрации. Эти патенты утверждают, что стабильность катализатора и производительность реактора карбонилирования могут поддерживаться на необычайно высоких уровнях даже при очень низких концентрациях воды, т.е. 4 мас.% или менее. В реакционной среде (несмотря на обычную промышленную технологию поддерживания 14-15 мас.% воды) поддерживается в реакционной среде наряду с каталитически эффективным количеством родия и, по меньшей мере, конечной концентрацией воды заданная концентрация иодид-ионов в добавление к содержанию иодида, который присутствует в качестве йодистого метила или другого органического иодида. Иодид-ион присутствует в виде простой соли, предпочтительно в виде иодида лития. Патенты утверждают, что концентрации метилацетатных и йодистых солей являются существенными параметрами влияния на скорость карбонилирования метанола с получением уксусной кислоты особенно при низких концентрациях воды в реакторе. При использовании относительно высоких концентраций метилацетатных и иодистых солей получают неожиданные уровень стабильности катализатора и производительность реактора, даже если жидкая реакционная среда содержит воду в концентрациях при уже примерно 0,1 мас.%, таких низких, что может быть вообще определено как "конечная концентрация" воды. Более того, используемая реакционная среда улучшает стабильность родиевого катализатора, т.е. сопротивление каталитическому осадкообразованию, особенно при извлечении продукта. На этих стадиях дистилляцией для извлечения уксуснокислого продукта стремятся удалить из катализатора монооксид углерода, который, поддерживаемый в реакционной емкости, является лигандом, стабилизирующим родий. Патенты США №№ 5001259, 5026908 и 5144068 включены в настоящее описание в качестве ссылки.

Как любой сложный химический процесс, процесс карбонилирования метанола, описанный выше, требует текущего контроля и управления рядом условий процесса, таких как скорости подачи метанола и монооксида углерода, температуры и давления в реакторе, скачки температуры и давления, условия дистилляции и подобным. В частности, условия процесса регулируют с высокой точностью для обеспечения высокой чистоты ацетоуксусного продукта, в результате чего он является по существу свободным от воды, метанола и пропионовой кислоты. Следовательно, если одно или более из этих условий процесса изменяется внезапно из-за неожидаемого изменения условия, такого как внезапное снижение подачи монооксида углерода, выхода из строя насоса подачи катализатора или подобного, то необходимо переустановить скорость образования - обычно снизить - для гарантии того, чтобы уксуснокислый продукт продолжал отвечать требованиям, предъявляемым качеству. Однако желательным является как можно скорее после нарушения процесса вернуться к нормальным рабочим условиям. Однако было замечено, что контроллеры процесса, использующие линейные алгоритмы управления, не обеспечивают достаточно быстрого восстановления серьезных нарушений крупномасштабных процессов, потому что контроллеры настроены на поддерживание регулирования в узком диапазоне "нормальных" рабочих условий, а не в широком диапазоне, получающемся при серьезном нарушении. В частности, линейные регуляторы ограничены в том, что усиление регулятора (т.е. зависимость между величиной отклонения от заданных условий, связанной с определенным переменным параметром(ами) управления, и величиной корректирующего управляющего воздействия, достигнутого при использовании регулирующего параметра(ов)) является фиксированным и не поддающимся изменению. Примером усиления является величина изменения потока пара, требуемого в теплообменнике для изменения на порядок температуры технологического потока. Во время изменений скорости, таких как сбои, состав технологического потока будет изменяться, вызывая изменение в количестве потока, требуемого для осуществления изменения температуры на один порядок. Из-за этого ограничения линейных контроллеров большинство многовариантных упреждающих контроллеров не способно регулировать и быстро восстанавливать серьезные нарушения крупномасштабного процесса. Даже когда эти контроллеры функционируют на основе эмпирической или теоретической модели процесса, то основополагающим допущением этой схемы регулирования является то, что усиления процесса (т.е. величина отклика процесса на управляющее воздействие) являются более или менее линейными. Оказывается, это допущение является в некоторой степени ненадежным для химических процессов, особенно там, где отклонение от заданных условий является очень большим, или где ряд взаимосвязанных реакций происходит одновременно.

Например, заявка на патент США № 2003/0018213 Тибо (Thiebaut) направлена на способ текущего управления получения уксусной кислоты и/или метилацетата в непрерывном процессе карбонилирования метанола или карбонилируемого производного метанола монооксидом углерода в жидкой фазе, в присутствии воды и гомогенной каталитической системы, осуществленного на промышленной установке, содержащей реакционную зону, зону импульсного испарения и зону дистилляционной очистки, в котором температуру реактора и скорость подачи метанола или карбонилируемого производного в упомянутый реактор подчиняют регулированию, предпочтительно посредством многовариантного упреждающего контроллера скорости подачи монооксида углерода и, по меньшей мере, одного из параметров, определяющих состав реакционной среды и/или клапаны. Однако способ направлен на регулирование в нормальных рабочих условиях, но не во время изменения состояния процесса и не изменения состояния технологического оборудования.

Такой как раз является ситуация в реакторе синтеза уксусной кислоты, где дополнительно к карбонилированию метанола одна молекула метанола может реагировать (обратимо) с молекулой уксусной кислоты с образованием метилацетата и воды; две молекулы метанола могут реагировать с образованием диметилового эфира и воды; и метилацетат может также реагировать непосредственно с монооксидом углерода и водой с образованием уксусной кислоты. Фактически, оказывается, что, по меньшей мере, некоторые из нарушений процесса в реакторе карбонилирования метанола являются не только нелинейными, а являются в действительности признаком изменения, зависящим от условий процесса. Во время серьезных сбоев процесса карбонилирования метанола особенно маловероятно, чтобы усиления были постоянными, делая линейное регулирование менее эффективным.

Несмотря на очевидные недостатки линейных контроллеров, основанных на использовании модели, для ацетоуксусных реакционных систем обычно не считают целесообразным использовать нелинейные контроллеры. До сих пор полагали, что нелинейные контроллеры больше всего предназначены для условий эксплуатации, когда установки процесса изменяют сознательно (например, изменить сорт продукта), и задачей является минимизировать время перехода между сортами продукта. Использование нелинейного регулирования сфокусировано на производстве полимеров, где имеются частые изменения сортов продукта. Эти применения не сфокусировали на скорости взаимных изменений. Однако остается необходимость регулирования систем, которые поддаются управлению нелинейными схемами в ответ на неожидаемые возмущения, для того чтобы обеспечить быстрое их восстановление.

Сейчас практически доступной одной такой системой является система из ASPEN- технологии (Automatic System for Performance Evaluation of the Network - автоматическая система оценки технических характеристик сети), которая использует два различных компонента для управления сбоем процесса. Вдобавок к динамическому контроллеру для поддержания регулирования, пока происходило нарушение, решение с помощью ASPEN- технологии использует отдельный, планирующее усиление компонент, который сконструирован для управления возвратом к нормальным рабочим условиям. В сущности, усилительный блок управления обрабатывает данные по возврату из аномальных (непредусмотренных) условий к нормальным и налагает на возврат по существу линейные преобразования. Тем не менее, остается необходимость в управляющей системе, которая объединяет эти компоненты. Настоящее изобретение достигает этой цели.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С одной точки зрения, настоящее раскрытие описывает способ управления процессом получения уксусной кислоты карбонилированием метанола или карбонилируемого его производного, который включает в себя текущий контроль скорости образования уксусной кислоты; уменьшение скорости образования в ответ на изменение состояния процесса или состояния технологического оборудования; регулирование процесса при уменьшенной скорости образования после того как скорость образования уменьшается; и повышение скорости образования после направления упомянутого изменения до тех пор, пока, по меньшей мере, скорость образования не возвратится в нормальный рабочий диапазон; при этом во время, по меньшей мере, одной из стадий уменьшения скорости образования, регулируя процесс при уменьшенной скорости образования и повышая скорость образования до тех пор, пока скорость образования не возвратится к нормальному рабочему диапазону, процессом управляют нелинейным многофакторным регулированием, основанным на модели процесса. Раскрытый способ может поддерживать управление во время изменений состояния, включающего в себя, но не ограниченного одним или более из следующего: а) существенные уменьшения оксида углерода; (b) выход из строя катализатора или питающего насоса; (c) снижение теплоемкости или потеря охлаждающей способности; (d) захлебывание ректификационной колонны; (е) значительные отклонения от ожидаемых составов одного или более потоков, связанных с ректификационной колонной (например, недостаточная вода или избыточная уксусная кислота в верхнем погоне легких фракций колонны, которые могут привести к потере фазового разделения); (f) недостаток вместимости резервуара продукта; и их комбинации. Способом возможно также поддерживать управление, если преобразованием является запланированная скорость образования или изменение сорта.

С другой точки зрения, настоящее раскрытие описывает способ получения уксусной кислоты карбонилированием метанола, включающий стадию регулирования, по меньшей мере, реакционного участка процесса и/или ректификационного участка процесса, использующий нелинейный многофакторный упреждающий контроллер, основанный на нелинейной модели процесса. Контроллер использует такую же модель процесса для управления процессом во время нормальных условий, во время состояния сбоя процесса и также во время восстановительного периода, после того как произошел сбой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Несмотря на то, что изобретение чувствительно к различным модификациям и альтернативным формам, конкретные варианты осуществления были показаны в виде примера на чертежах и будут описаны более подробно в этом описании. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми частными воплощениями. Точнее, изобретение намерено охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, являющиеся частью объема изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.

Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму процесса карбонилирования метанола, пригодного для использования с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой график зависимости скорости образования уксусной кислоты от периода времени, включающего в себя нарушение режима процесса и затем ожидаемый восстановительный период, когда применяют нелинейный, основанный на модели контроллер согласно одному аспекту настоящего раскрытия.

Фиг.3 представляет собой график зависимости скорости образования уксусной кислоты от времени восстановительного периода, следующего за нарушением процесса. Кривая А представляет собой отклик при комбинации управляемой оператором стабилизации с последующим стандартным линейным регулированием, основанным на модели. Кривая В представляет собой улучшенный отклик, полученный при использовании нелинейного контроллера, основанного на модели, согласно одному аспекту настоящего раскрытия.

ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже описаны один или более иллюстративных вариантов осуществления изобретения. В этом описании для наглядности описаны не все признаки фактической реализации. Конечно, следует принять во внимание, что в развитии любого такого фактического варианта осуществления многочисленные решения конкретного воплощения следует рассмотреть для достижения конкретных целей разработчиков, таких как выполнение с ограничениями, связанными с системой и производством, которые будут отличать одну реализацию от другой. Более того, следует принять во внимание, что такая работа по развитию будет сложной и трудоемкой, но, тем не менее, не будет стандартным делом для рядовых специалистов этой области техники, использующих это изобретение.

Фиг.1 изображает обычно используемый процесс получения уксусной кислоты карбонилированием метанола. Как объяснено в патентах США №№ 3769329 и 5001259, которые включены в настоящее описание в качестве ссылки, реакцию карбонилирования обычно осуществляют введением монооксида углерода и сырья, содержащего метанол и/или карбонилируемое его производное, в химический реактор смешения с катализатором, например родиевым или иридиевым катализатором, таким органическим иодидом как йодистый метил и (в случае родиевого катализатора), неорганическим иодидом, таким как иодид лития, как описано выше.

Потеря пара для нагревания дистилляционных колонн может также повлечь временное снижение скорости. Захлебывание ректификационной колонны, которое указывает на изменение состава реакционной системы, может также повлечь снижение скорости. На деле, уменьшение скорости может быть также необходимым, если имеет место недостаток рабочей емкости резервуара для уксуснокислого продукта.

Когда разрыв процесса влечет уменьшение скорости образования уксусной кислоты, то конечно очень важно минимизировать продолжительность уменьшения скорости. Если разрыв является относительно несущественным, то типичный линейный многовариантный упреждающий контроллер может это корректировать автоматически, но в случае существенного разрыва прогнозирующая модель, предусмотренная в контроллере, обычно не является достаточно надежной для правильной оценки требуемого корректирующего действия. В частности, так как такой контроллер предполагает, что усиления процесса являются линейными, то выходной сигнал с контроллера будет изменяться очень медленно (и с постоянной скоростью) во избежание перекомпенсации. Как результат, для ацетоуксусного процесса восстановление из существенного возмущения процесса даже после того как возмущение само было направлено, может занять несколько часов или даже дней. Когда установка работает в условиях, близких к номинальной мощности, так как потребность является высокой, то длительные потери рабочего времени на возвращение к проектной мощности могут исчисляться миллионами долларов потерянной прибыли.

Одним альтернативным подходом, который был выполнен с некоторым успехом, является "планирование усиления". Этот подход использует ограниченное число определенных наборов настроек контроллера для управления отдельными хорошо охарактеризованными оперативными зонами внутри всего рабочего диапазона процесса. Фактически, при этом подходе нелинейные усиления процесса направляют с помощью подразделения процесса на оперативные зоны, внутри которых усиление процесса является более или менее линейным. Двумя основными проблемами в реализации этого подхода являются разработка множественных определенных наборов параметров управления и точной идентификации точек перехода между оперативными зонами.

Это также чрезвычайно важно для гарантии того, что управление процессом поддерживается во время серьезных возмущений. С точки зрения эффективности, это может быть невозможным или неподходящим при разделении восстановительного периода на несколько интервалов. Таким образом, системы, планирующие усиление, являются неэффективными. Планирующие усиление системы является не особенно пригодными для управления возмущениями процесса, так как они являются первоначально разработанными для соотношения между плановым преобразованиям между двумя конечными состояниями, а не ускорять восстановление из неожиданного существенного изменения рабочих условий. В частности, подход планирования усиления фактически требует отдельного набора параметров процесса для восстановления каждого из вероятных возмущений. Для сравнения - нелинейная, основанная на модели система регулирования согласно настоящему изобретению потребовала бы только единственный набор параметров управления, так как модель сама вычисляет возмущения процесса.

Как отмечено выше, до последнего времени полагали неподходящим использование системы нелинейного регулирования процесса, основанного на модели, для сложных химических процессов, такого как карбонилирование метанола, из-за большого числа конкурирующих реакций и сложного протекания усиления процесса, а также высокой стоимости разработки точной модели процесса, пригодной для реализации нелинейного регулирования. Однако заявители открыли, что нелинейное регулирование, основанное на точной модели процесса, может обеспечить значительно более быстрое восстановление от возмущений процесса, чем подход планирования усиления или подобный, потому что контроллер лучше способен точно упредить влияние изменений выходного сигнала контроллера на процесс. Такое более быстрое восстановление приводит к увеличению экономической эффективности, потому что процесс возвращается более быстро к оптимальному функционированию.

Это улучшенное время восстановления изображено схематически на фиг.2, которая является обобщенным графиком зависимости скорости образования кислоты от времени. Запланированную скорость образования R1 поддерживают до времени t1, если возмущение процесса (такое как внезапное уменьшение подачи монооксида углерода) требует уменьшения скорости образования до R2 при времени с t2 до t3, то при этом корректируют состояние, требующее резкого снижения скорости. При использовании нелинейного регулирования, основанного на модели, согласно настоящему изобретению, нелинейный многовариантный контроллер возвращал процесс к скорости образования R1 при времени t4. В отличие от этого, потому что линейный многовариантный контроллер функционирует только в узком рабочем диапазоне, восстановлением процесса обычно управляют комбинацией линейного автоматического регулирования и прямого ручного управления. В этих условиях процесс возвращается более медленно к скорости образования R1. При нелинейном, основанном на модели регулировании согласно настоящему изобретению контроллер лучше способен упредить влияния изменений выходного сигнала контроллера, выдавая более быстрый отклик. Как результат - процесс возвращается к устойчивому состоянию более быстро. Это изображено на фиг.3, где, используя линейное, основанное на модели регулирование в комбинации с прямым ручным регулированием процесс возвращают к устойчивому состоянию по кривой А, достигая первоначальной скорости R1 при времени t5. Для сравнения - используя нелинейное, основанное на модели регулирование в соответствии с процессом настоящего изобретения процесс возвращают к устойчивому состоянию по более крутой (т.е. более быстрой) кривой В, достигая первоначальной скорости R1 при времени t4. Будет очевидным, что процесс восстановится гораздо быстрее после возмущения процесса, если система управления основана на точной нелинейной модели процесса.

Нелинейное регулирование, основанное на модели процесса, согласно настоящему изобретению может в разных вариантах осуществления также быть применено для регулирования процесса во время периода времени состояния, требующего корректирования резкого уменьшения скорости, т.е. между временем t2 и t3. Так как уменьшенная скорость R2 может быть единственной для каждого частного типа сбоя процесса и, несомненно, для различных случаев идентичного сбоя процесса, то нелинейное, основанное на модели регулирование имеет преимущества над линейным, основанном на модели регулировании во время этого периода коррекции. Если линейное, основанное на модели регулирование применяют в течение этого периода времени, то следует разрабатывать определенные наборы параметров управления для каждого из предполагаемых сбоев процесса. Аналогично, показано, что нелинейное, основанное на модели регулирование согласно настоящему изобретению может быть применено в разных вариантах осуществления для управления процессом во время резкого уменьшения скорости образования, т.е. между временем t1 и t2.

Соответственно, заявители обнаружили, что для процесса карбонилирования метанола очевидные недостатки нелинейного регулирования уже не компенсируются его достоинствам. В частности, высокая стоимость разработки упреждающей модели, которая полностью вычисляет нелинейности в усилениях процесса, полностью возмещается экономией в расходах, получающейся при быстром возвращении к устойчивому состоянию, которое такая модель допускает.

Программное обеспечение системы управления для осуществления многовариантного нелинейного регулирования включает в себя систему нелинейного управления Галакси из PAS, Inc (компании Пан-Ам-Сат). Система моделирования РАS NOVA® или подобный пакет программ может быть применен для разработки неэмпирической модели системы. Эта система особенно подходит для процесса карбонилирования, так как возможно моделирование сложной реакционной схемы в реакторе, а также процессов разделения нисходящего потока. В отличие от линейных упреждающих систем регулирования, Галакси-система учитывает нелинейности процесса такого случайного одиночного набора контроллера, настраивающего параметры, которые могут быть использованы для управления всем процессом. Это принципиально отличается от подхода "планирования усилия", в котором отдельные наборы параметров управления реализуют в зависимости от существующих условий процесса.

Будет очевидно специалистам в области техники, использующим это изобретение, что для любого конкретного процесса карбонилирования зависимые переменные параметры, например управляющие переменные параметры и независимые переменные, например регулирующие параметры и внешние возмущения, по-видимому, являются различными. Пока различные осуществления, вероятно, будут иметь определенные такие зависимые и независимые переменные параметры одновременно, то они, по-видимому, также отличаются в разных осуществлениях. Аналогично, набор усилений, который изначально будет представлять интерес для управления процессом, будет различным для каждого осуществления процесса карбонилирования метанола. Пока определенные усиления, по-видимому, будут представлять интерес для каждого из осуществлений процесса, то можно ожидать, что определенные усиления будут важны только для определенных осуществлений процесса. Более того, значимость любого усиления для моделирования будет меняться среди процессов.

Традиционный процесс карбонилирования метанола может иметь до 20-25 зависимых переменных параметров, связанных с заданными условиями, и до 15-20 независимых переменных параметров, которые обеспечивают корректирующее управление. Зависимые переменные параметры, как можно ожидать, которые могут быть общими во многих процессах карбонилирования метанола, включают в себя производительность клапана подачи монооксида углерода - процент открытия; расход подаваемого монооксида углерода; производительность клапана охлаждения реактора - процент открытия; уровень реактора; производительность клапана потока реактор - импульсный испаритель; производительность клапана подачи рециклируемого потока катализата - процент открытия; относительное давление легких фракций колонны; удельная масса легких фракций верхнего погона из отстойника тяжелой фазы колонны; перепад давлений в трубе-сушилке; управляющая температура трубы-сушилки; концентрация воды в нижней секции трубы-сушилки; концентрация воды в остатке в трубе-сушилке; производительность клапана парового потока трубы-сушилки и уровень в приемнике верхнего погона трубы-сушилки. Будет очевидно специалистам в области техники, использующим это изобретение, что все из этих зависимых переменных параметров не могут соответствовать определенным процессам, и что добавочный зависимый переменный параметр может соответствовать определенным процессам.

Независимые переменные параметры, которые, как можно ожидать, являются общими для многих процессов карбонилирования метанола, включают в себя подаваемый поток метанола; температуру реактора; поток реактор - импульсный испаритель; регулирующую температуру трубы-сушилки повторное использование верхнего погона в поток трубы-сушилки, рефлюкс из сборника верхнего погона трубы-сушилки и давление в сборнике верхнего погона трубы-сушилки. Будет очевидно специалистам в области техники, использующим это изобретение, что все из этих независимых переменных параметров могут не соответствовать определенным процессам, и что добавочный независимый переменный параметр может соответствовать определенным процессам.

С рядом зависимых переменных параметров и независимых переменных параметров, которые должны соответствовать какому-либо конкретному осуществлению, ряд потенциальных усилений, которые должны быть учтены для нелинейного многовариантного регулирования, является потенциально значительным. Как может быть определено из моделирования процесса, усиления (указанные ниже как независимый переменный параметр: зависимый переменный параметр), которые, как можно ожидать, являются общими для многих воплощений процесса карбонилирования метанола, включают в себя а) регулирующую температуру трубы-сушилки: концентрацию воды в остатке в трубе сушилке; b) регулирующую температуру трубы-сушилки: производительность клапана парового потока трубы-сушилки; с) давление в сборнике верхнего погона: перепад давления в трубе-сушилке; d) повторное использование в потоке трубы-сушилки верхнего погона из сборника: уровень в сборнике верхнего погона трубы-сушилки; е) рефлюкс из сборника верхнего погона потока трубы сушилки: перепад давлений в трубе-сушилке; f) рефлюкс из сборника верхнего погона потока трубы-сушилки: регулируемую температуру трубы-сушилки; g) рефлюкс из сборника верхнего погона потока трубы-сушилки: производительность клапана парового потока трубы-сушилки; h) рефлюкс из сборника верхнего погона потока трубы-сушилки: перепад давлений в трубе-сушилке; i) давление в трубе-сушилке: концентрацию воды в нижней секции трубы-сушилки; j) давление в трубе-сушилке: регулирующую температуру трубы-сушилки k) давление в трубе-сушилке: концентрацию воды в остатке в трубе-сушилке; l) давление в трубе-сушилке: производительность клапана парового потока трубы-сушилки; m) загружаемый поток метанола: поток подачи монооксида углерода; n) загружаемый поток метанола: производительность клапана потока подачи монооксида углерода - процент открытия; о) загружаемый поток метанола: перепады давлений в трубе-сушилке; р) загружаемый поток метанола: уровень в сборнике верхнего погона трубы-сушилки; q) загружаемый поток метанола: концентрацию воды в остатке в трубе-сушилке; r) загружаемый поток метанола: относительное давление легких фракций колонны; s) загружаемый поток метанола: удельную массу легких фракций верхнего погона отстойника тяжелой фазы колонны; t) загружаемый поток метанола: производительность клапана охлаждения реактора - процент открытия; u) загружаемый поток метанола: уровень реактора; v) температуру реактора: удельную массу легких фракций верхнего погона отстойника тяжелой фазы колонны; w) поток реактор - импульсный испаритель: производительность клапана подачи каталитического рециклируемого потока - процент открытия; х) поток реактор - импульсный испаритель: относительное давление легких фракций колонны; y) поток реактор - импульсный испаритель: уровень реактора; и z) поток реактор - импульсный испаритель: производительность клапана потока реактор импульсный испаритель - процент открытия. Будет очевидно специалистам в области техники, использующим это изобретение, что все из этих усилений не могут соответствовать моделям определенных процессов и что дополнительные усиления могут соответствовать моделям определенных процессов. Конкретные варианты усилений, которые следует включить в модель, будут различаться от процесса к процессу и будут различаться по многочисленным факторам, включающим, но не ограничивающим, задачи регулирования, стратегию управления и другие практические соображения, например достоверность сигнала. Попытка идентификации усилений, которые следовало бы использовать для нелинейного многофакторного регулирования любого конкретного процесса, хотя возможно сложного и долговременного, была бы ординарным делом для специалистов в области техники, использующим это изобретение.

В особенно предпочтительных вариантах осуществления система регулирования, основанная на модели, также включает в себя возможность оптимизации с учетом экономических показателей в режиме реального времени. Этот признак позволяет системе идентифицировать и осуществить изменения регулирования, которые оптимизируют скорость образования уксусной кислоты относительно затрат на сырьевые материалы и инженерную обвязку (например, паровую и электрическую), таким образом, что процесс может функционировать при экономически наиболее выгодных условиях.

Для лучшего понимания настоящего изобретения представлены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов осуществления.

Примеры

Пример 1

Процесс карбонилирования метанола, такой как схематично изображенный на Фиг.1, осуществляли в режиме низкого содержания воды в установившемся состоянии при заданной скорости образования R1, основанной на потоке метанола.

При времени t1 процесс подвергся сбою, в соответствии с чем получили уменьшение потока монооксида углерода. При времени t2 процесс проводили при уменьшенной скорости образования R2, которая составляла 32% от скорости при R1. В это время процесс подвергли многофакторному регулированию, основанному на модели, полученной из неэмпирического моделирования. Условия, когда процесс проводили при времени t2, при условии, что как отличие от соответствующих условий до сбоя процесса, так и процентное соотношение соответствующего условия до процесса сбоя (100%), были следующими:

Перепад температур: - 12°С,

Давление в реакторе: 94,6%,

Поток монооксида углерода: 32%.

При времени t3 поток монооксида углерода был восстановлен. В это время процесс осуществляли при скорости образования, которая составляла 31% от скорости при R1. Условия процесса при времени t3, при условии, что и отличие от соответствующих условий до сбоя процесса, и процентное соотношение соответствующего условия до процесса сбоя (100%), были следующими:

Перепад температур: - 20°С,

Давление в реакторе: 100%,

Поток монооксида углерода: 31%.

Процесс поддерживали многофакторным нелинейным регулированием, основанным на модели, с целью возвращения процесса к условиям предыдущего установившегося состояния, связанного с заданной скоростью образования R1, которая была достигнута при времени t4. При времени t4 условия процесса при условии, что и разница между соответствующими условиями до сбоя процесса, и процентное соотношение соответствующего условия до процесса сбоя (100%), были следующими:

Перепад температур: <1°С,

Давление в реакторе: 100%,

Поток монооксида углерода: 100%.

Восстановление от уменьшенной скорости образования R2 согласно этому примеру показано на фиг.2 и также с помощью кривой В на кривой 3.

Суммарный состав реакционной среды включает в себя, но не ограничивается, уровнем содержания йодистого метила и метилацетата при отсчетах времени t2, t3 и t4, был по существу не изменившимся от этих уровней до сбоя процесса, подтверждая способность многофакторного нелинейного регулирования, основанного на модели, эффективно вернуть ацетоуксусный процесс к запланированным скоростям получения после сбоя.

Сравнительный пример 2

Процесс карбонилирования метанола осуществляли, как описано в примере 1, за исключением того, что при отсчете времени t3 процесс был подвергнут комбинации вручную управляемой стабилизации и многофакторному нелинейному регулированию, основанному на модели процесса, с целью возвращения процесса к предыдущим условиям устойчивого состояния, связанным с заданной скоростью образования R1, которая была достигнута при времени t5. Восстановление от уменьшенной скорости образования R2 согласно сравнительному примеру показано при помощи кривой А на фиг.3.

Следовательно, настоящее изобретение является хорошо приспособленным для выполнения обозначенных целей и преимуществ, а также тех, которые ему присущи. Пока изобретение изображали и описывали с помощью ссылки на примеры осуществления изобретения, то такая ссылка не имеет следствием ограничение изобретения и не подразумевает такого ограничения. Изобретение допускает значительную модификацию, изменение, а также эквиваленты по форме и назначению, которые будут возникать у специалистов в областях техники и иметь пользу от этого раскрытия. Например, настоящее изобретение не ограничивается применением процессов, использующих родий в качестве катализатора. Настоящее изобретение может быть применено к системам, использующим другие каталитические системы, содержащие процессы, использующие иридий. Изображенные и описанные варианты осуществления изобретения являются только примерами и не являются исчерпывающими объем изобретения. Следовательно, изобретение не ограничено сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения, давая полное подтверждение эквивалентам во всех отношениях.

Изобретение относится к усовершенствованному способу регулирования процессом карбонилирования для получения уксусной кислоты, который включает в себя импульсное испарение выводимого из реактора потока для получения верхнего погона; дальнейшую очистку верхнего погона путем дистилляции с получением уксусной кислоты при нормальных рабочих условиях; текущего контроля скорости образования уксусной кислоты путем регулирования, по меньшей мере, одного независимого переменного технологического параметра; текущего контроля скорости образования уксусной кислоты путем регулирования, по меньшей мере, одного зависимого переменного параметра; снижение скорости образования уксусной кислоты в ответ на изменение состояния процесса или состояния технологического оборудования; управление процессом при уменьшенной скорости образования уксусной кислоты путем регулирования, по меньшей мере, одного из независимых и/или зависимых переменных параметров в то время как система технологического оборудования возвращается к исходному состоянию нормального рабочего процесса до упомянутого изменения; повышение скорости образования уксусной кислоты после упомянутого изменения режима до тех пор, пока система не возвратится в исходное состояние нормального рабочего процесса путем управления, по меньшей мере, одним из независимых и/или зависимых параметров, где нелинейное многовариантное регулирование основано на модели процесса. Технический результат заключается в увеличении экономической эффективности. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления процессом получения уксусной кислоты карбонилированием метанола или его карбонилируемого производного, включающий стадии
получения уксусной кислоты в системе технологического оборудования в нормальном рабочем режиме путем карбонилирования метанола, при этом вводят монооксид углерода и сырье, содержащее метанол и/или его карбонилируемое производное, в реактор смешения, с катализатором, содержащим родий, или с катализатором, содержащим иридий, метилйодид и йодид лития, для получения выводимого из реактора потока, содержащего уксусную кислоту;
импульсного испарения выводимого из реактора потока для получения верхнего погона, содержащего уксусную кислоту, и остатка, содержащего катализатор и йодид лития;
рециркуляции остатка обратно в реактор;
дальнейшей очистки верхнего погона путем дистилляции для удаления метанола, метилацетата, йодистого метила для получения уксусной кислоты при нормальных рабочих условиях;
текущего контроля скорости образования уксусной кислоты, регулируя, по меньшей мере, один независимый переменный технологический параметр, выбранный из группы, состоящей из:
расхода метанола, температуры реактора, расхода потока из реактора в импульсный испаритель, расхода потока из сборника верхнего погона колонны осушки в колонну осушки, расхода рециркуляционного потока из сборника верхнего погона колонны осушки в реактор, давление в сборнике верхнего погона колонны осушки и их комбинаций;
текущего контроля скорости образования уксусной кислоты, регулируя, по меньшей мере, один зависимый переменный параметр, выбранный из группы, состоящей из: производительности клапана подачи монооксида углерода - процента открытия, расхода подаваемого монооксида углерода, производительности клапана охлаждения реактора - процента открытия, уровня реактора, производительности клапана на потоке из реактора в импульсный испаритель - процента открытия, производительности клапана на потоке рециркуляции катализатора - процента открытия, разности давлений в колонне легких фракций, удельного веса тяжелой фазы в декантаторе верхнего погона легких фракций, разности давлений в колонне осушки, управляющей температуры в колонне осушки, концентрации воды в нижней секции колонны осушки, концентрации воды в остатке колонны осушки, производительности вентиля на потоке водяного пара в колонну осушки, уровня жидкости в сборнике верхнего погона колонны осушки и их комбинаций;
снижения скорости образования уксусной кислоты в ответ на изменение состояния процесса или состояния технологического оборудования так, что система технологического оборудования работает при уменьшенной скорости образования уксусной кислоты путем управления, по меньшей мере, одним из независимых и/или зависимых параметров для достижения сниженной скорости образования уксусной кислоты, в котором изменение состояния технологического оборудования включает сокращение подачи монооксида углерода или метанола в реактор, выход из строя катализатора или питающего насоса, снижение теплоемкости или потеря охлаждающей способности, захлебывание ректификационной колонны, значительные отклонения от ожидаемых составов одного или более потоков, связанных с ректификационной колонной, недостаток резервуара для полученной уксусной кислоты, или комбинации таковых;
управления процессом при уменьшенной скорости образования уксусной кислоты путем регулирования, по меньшей мере, одного из независимых и/или зависимых переменных параметров в то время, как система технологического оборудования возвращается к исходному состоянию нормального рабочего процесса до упомянутого изменения; и
повышения скорости образования уксусной кислоты после упомянутого изменения режима до тех пор, пока система не возвратится в исходное состояние нормального рабочего процесса путем управления, по меньшей мере, одним из независимых и/или зависимых параметров, в котором во время, по меньшей мере, одной из стадий снижения скорости образования уксусной кислоты, управления процессом при уменьшенной скорости образования и повышения скорости образования уксусной кислоты до тех пор, пока скорость образования не возвратится к нормальному рабочему процессу, процесс контролируется путем нелинейного многовариантного регулирования, основанного на модели процесса.

2. Способ по п.1, в котором модель процесса включает неэмпирическую модель, по меньшей мере, реакционного участка процесса.

3. Способ по п.1, далее включающий стадию непрерывной оптимизации условий процесса, основанной на модели процесса, когда скорость образования уксусной кислоты находится в нормальном рабочем диапазоне.