巴西第二代乙醇工厂采用FieldMate和Yokogawa解决方案实现自动化

第二代乙醇工厂现在生产廉价、清洁的生物燃料

执行摘要

GranBio Investimentos SA，Sao Miguel dos Campos，Alagoas，BrazilGranBio Investmenttos SA是一家巴西工业生物技术公司，诞生于通过建设第二代乙醇工厂来实现绿色革命的愿景，该工厂将利用现成的生物质生产廉价、清洁的生物燃料。2011年6月，由Gradin家族为主要投资者的控股公司Gran Investimentos美国成立后，该公司建造了南半球第一家商业第二代乙醇工厂Bioflex 1。Bioflex 1于2014年初开始运营，每年可生产8200万升生物燃料，是世界上大型的生物燃料设施之一。

作为Bioflex 1项目的主要自动化承包商（MAC），横河南美公司从前端工程设计（FEED）阶段就参与了控制系统和现场仪表解决方案的基本设计，这将在工厂的整个生命周期内降低成本并提高生产效率。横河安装了CENTUM VP综合生产控制系统；csTUNER控制回路调谐软件；CENTUM VP批处理包，用于控制工厂的预处理、酶水解、发酵和蒸馏/分离装置；现场仪表，包括FOUNDATION现场总线支持的ADMAG AXF磁性流量计、DPharp EJA系列压力/差压变送器和控制阀；以及工厂资源管理器（PRM）资产管理包。横河南美公司负责产品交付、工程和操作员培训。

第二代乙醇工艺概述

挑战和解决方案

提高生产力

第二代乙醇和其他化学产品是由非食品农业材料和工业废物生产的。用这种方法生产生物燃料的成本与石油和天然气等化石燃料相比是有利的，而且它产生的温室气体更少。GranBio工厂利用能源甘蔗、甘蔗渣和秸秆生产乙醇，所有这些在阿拉戈斯州都很容易获得。

该生产过程中使用的原材料必须首先进行预处理，使植物细胞壁中的纤维素更容易被酶分解（水解）并溶解半纤维素糖。植物细胞壁中的纤维素与其他聚合物（主要是半纤维素和木质素）形成基质，生物质的热预处理将这些聚合物从纤维素核心中去除。在烹饪过程中，必须非常小心地将生物质保持在稳定的温度下。然后使用酶制剂将预处理的纤维素片段分解，获得双葡萄糖分子，然后将其分解为单葡萄糖残基。在发酵反应器中，这些残留物利用微生物转化为乙醇。

根据正在处理的原材料，必须自动选择并执行预处理和发酵设置。CENTUM VP Batch软件包中预先配置了这些过程的所有重要参数。当操作员从程序包菜单中选择配方时，所有预配置的设置都会自动选择并下载到各个控制器，从而可以自动启动每个序列。在人机界面（HMI）终端，操作员可以在符合人体工程学设计的过程图形显示、趋势显示、警报摘要显示和控制显示窗口中监测反应状态。当每个批处理操作完成时，会为自动生成的批处理报告（作为标准函数提供）编译操作数据。通过这些方式，CENTUM VP批处理包提高了GranBio的生产力。

减少操作员工作量和安全操作

该工厂安装了许多不同的现场设备，包括磁性流量计、DPharp EJA系列压力/差压变送器和控制阀，并有近2000个I/O。一些设备暴露在高温过程和其他恶劣条件下，和/或安装在高、窄和其他难以接近的位置。

使用PRM资产管理包，可以从中央控制室（CCR）监测这些设备的健康状况，从而消除了进行困难和耗时的物理检查的需要。PRM设备导航窗口通过类似Windows资源管理器的界面显示全厂资产的状态，使维护工程师能够快速识别需要在线诊断的设备。在工厂启动期间，当工程师和操作员必须检查许多回路和控制阀时，这是一个特别有价值的省时工具。根据诊断数据分析的类型和关键性，对这些工厂资产进行集中管理可确保维护信息立即送达合适的人员。这改变了维护工程师的工作流程，并实现了更主动的维护方法。

横河提供的其他有价值的工具包括FieldMate和csTUNER，FieldMate可从CCR用于设置现场设备参数，csTUNER可简化PID回路的调整任务。csTUNER能够优化调谐参数并生成调谐报告，在工厂启动和调试阶段特别有用，减少了工程师和操作员的工作量。

这些工具的使用有助于确保GranBio的操作员和工程师能够舒适地操作并保持工厂的全天候安全。

客户满意度

GranBio副总裁Manoel Carnauba评论如下：

“巴西是生物乙醇市场的主导者。生物燃料市场正在稳步增长，第二代生物燃料作为一种环保能源正引起人们的关注。我们赞赏横河公司的现代化、高度可靠的控制系统和现场仪器，并重视其工程能力，相信我们做出了正确的决定，将其作为建设这座大型商业第二代乙醇工厂的MAC。由于我们能够在早期完成基本规范，并与所有规范保持一致，这降低了控制系统和仪器的总成本。我们如期按预算完成了项目。”