[发明专利]多变量过程控制器和用于控制催化化学反应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多变量控制方法，并且涉及用于控制具有易老化固定催化剂的 化学反应的多变量过程控制器，所述化学反应用于形成官能化芳族化合物例如 邻苯二甲酸酐。

背景技术

邻苯二甲酸酐(PA)广泛用于染料(若丹明，蒽醌衍生物)、杀虫剂、增 塑剂的生产工业中，用于药学中，以及用于分析化学中。在工业上PA常规地通 过邻二甲苯或萘在管壳式反应器中的催化气相氧化来制备。起始材料是含氧气 体例如空气和用于氧化的邻二甲苯和/或萘的混合物。使该混合物通过反应器(管 壳式反应器)中布置的多重管，在各个管中放置至少一种催化剂床层。已知的 PA催化剂包括负载在惰性载体上作为活性成分的氧化钒和氧化钛。相比用于形 成PA的其它方法，由邻二甲苯和萘生产PA更便宜，并且附加PA产品的出售 通常不是种限制。

下面描述了示例性的常规PA生产系统(“PA单元”)，其包含鼓风机(G-11) 和空气预加热机(E-11)工段(见图1；下面所描述)，邻二甲苯进料工段(见 图2；下面所描述)，萘进料工段(见图3；下面所描述)，和包括D-14氧化反 应器的催化氧化反应器工段(见图4；下面所描述)。示例性的PA单元还包括 反应气体(E16)的冷却工段和PA的凝结工段(E-18A、B和C、D；见图5； 下面所描述)，和废气(R111)的催化焚化工段(见图6；下面所描述)。

现参照图1，描绘了鼓风机和预加热器工段。涡轮鼓风机G-11经由空气过 滤器F-11吸收并压缩反应器D-14所需的氧化性空气的量。在蒸气加热空气预 加热器E-11中将空气加热至约160℃的温度。对去往蒸发器和反应器的流体进 行的气流测量结果在两条管线上都变成二倍。在常规情形中，按图1中所示进 行加叠。空气冷却能力通常不是限制。调节进入空气流阀以维持通过F-14E空 气-邻二甲苯混合器的所需空气流量(在图2中显示并描述)。鼓风机电流对于操 作者通常是非常重要的变量并且受到使用，而且是涡轮鼓风机负载的指示。在 预加热器E-11后，将空气流分配到4个支路D-14B、D-14C、F-12B和E-12C 中。

图2显示了邻二甲苯进料工段200。两个主要风管将氧化性空气输送到混 合器F-14D和E中。在该处将邻二甲苯注入空气流中。将产生的空气和邻二甲 苯的混合物分别输送到气体混合器F-14B和C中。在这里将空气的主要流动混 合物与饱和含有已通过蒸发器E-12B和C的萘烟气的空气混合(示于图3；下 面所描述)。然后将获得的空气、萘和邻二甲苯烟气的混合物输送到氧化反应器 D-14(在图4中显示为反应器400)中。根据F-14D和E之后的邻二甲苯浓度 控制进入的邻二甲苯流量，单位通常为g/Nm³。

图3显示了萘进料工段300。通过辅助涡轮鼓风机G-13将小部分空气吸入 并且将其作为载气输送通过萘蒸发器E-12B和C，该萘蒸发器充满萘。根据出 口空气的温度设定所需的萘浓度，通过加热蒸气将所述温度调节至所需温度。 该浓度通常超过上爆炸极限。

在气体混合器F-14B和C中将萘和空气的浓缩混合物与含有邻二甲苯的主 要空气流混合，因此将所述浓度设定为高于空气中混合物下爆炸极限(例如45 g/Nm³)TN-OX的所需值。为容纳邻二甲苯，两个邻二甲苯-空气混合器F-14D 和E(如图2中所示)被安装在摄取用于萘蒸发器的部分气流之后且在进入气 体混合器F-14B和C之前。在这些装置中，氧化性空气富含通过由喷嘴在压力 下注入的邻二甲苯。出于安全原因，将上爆炸极限设定为稍在下爆炸极限之下。

通过一个离心泵(未示出)将萘从萘储罐(未示出)经由两个过滤器之一 连续泵送到萘蒸发器E-12B和C。使仍未分开的萘料流穿过管式热交换器(未 示出)，在该热交换器中用蒸汽将其预加热到所需温度。在分配之后，根据萘蒸 发器中的量通过调节器控制各个部分流量。通过一个离心泵(未示出)将邻二 甲苯从邻二甲苯储罐(未示出)经由双过滤器F-13B和C连续泵送到预加热器 E 12D和E中，然后泵送到邻二甲苯-空气混合器F-14D和E中。取决于氧化 性空气的实际量控制各个部分流量。在离开混合器F-14B和C后，使主空气的 两个料流一起进入静止混合器并在该静止混合器中混合。