方案
2020年4月19日
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生产运营尿素生产工艺自动控制解决
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尿素生产工艺自动控制解决方案
一、尿素工艺过程
氨气与CO2在合成塔内进行放热尿素合成反应,反应温度约为180-190℃,压力20MPa (表压)左右。合成混合气(尿素、水、未参加反应的氨气、二氧化碳等)离开合成塔,进入中压系统,中压系统压力为1.7MPa,压力降低后,合成混合气中全部二氧化碳,大部分氨气被分离,经过吸收塔吸收,再经加压后重新进入合成系统,实现第一步循环。
低压系统的压力为0.2MPa左右,尿液进入低压系统被进一步减压分离,脱出尿液中剩余氨。
蒸发系统经过减压蒸发,进一步脱去尿液中的水分,使尿液成分符合产品要求,送造粒塔造粒。
解吸是吸收的逆过程。经过解吸塔将碳氨槽中碳氨液加热分离,使氨气重新进入系统循环。
水溶液全循环法尿素生产工艺流程复杂,系统关联性强,介质多为熔融物或含氨和CO2的气体,腐蚀性大,易堵易结晶,给检测和控制均带来很大困难。
二、尿素生产工艺流程图
CO2 合 中压分中压吸低压分低压吸蒸 解 造 2 2020年4月19日 成发吸粒文档仅供参考
NH3
甲铵液
反应方程式:2NH3+CO2 (NH2) 2CO+H2O
三、尿素生产工艺说明
在尿素合成过程中,由于尿素合成反应的化学平衡的限制。进入合成塔的NH3和CO2不可能全部转变为尿素,其中未转化的氨和二氧化碳以氨基甲酸铵和游离氨的形式存在与尿素溶液中,水溶液全循环工艺就是要将这部分未反应物循环利用,提高尿素生产力。
采用水溶液循环法工艺的尿素生产过程一般分为CO2压缩、氨的净化输送、尿素合成, 循环吸收,解吸,蒸发,造粒等过程。
当氨碳比和水碳比一定,二氧化碳转换率将只决定于温度。当前不同的尿素生产技术采用的温度为180～200℃不等。
主要生产设备:尿塔,一吸塔,氨泵,一、二甲泵,解吸塔,造粒塔,二循一冷,二循二冷,液氨槽,蒸汽冷凝器,二分塔,预精馏塔,尿液槽,冷凝液膨胀槽,CO2压缩机等。 四、主要控制点
⑴尿素合成塔温度
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⑵尿素塔塔内压力检测 ⑶一吸塔液位 ⑷液氨流量 ⑸液氨缓槽液位 ⑹预精馏塔液位 ⑺二分塔液位 ⑻解吸塔液位 ⑼管间液位
⑽ 一甲泵、二甲泵、液氨泵调速控制 ⑾一蒸二蒸温度
⑿二循一冷液位、二循二冷液位 ⒀一分加热液位 ⒁二段蒸发液位 ⒂尿液槽
⒃冷凝液膨胀槽 ⒄蒸汽冷凝液槽 ⒅一段真空度 ⒆氨碳比 ⒇水碳比
五、主要控制回路的说明
尿塔压力有三部分:液氨、CO2和甲铵液,各有自己进塔前的压
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力检测点。由于尿塔压力检测点在塔釜下段反应区,外部环境恶劣,均采用三取一检测值调节塔出口物料控制方案,一般选择单回路控制,不增加投资,利用DCS功能来实现,能取得一定的效果。
解吸塔液位控制,它是非常难的问题,有解吸塔压力变化、低压蒸汽流量的变化、水解塔液位控制阀开度的变化以及水解塔压力的变化等都会造成解吸塔液位的波动。
液氨缓冲槽的液位控制;中压、低压及真空系统压力调节;蒸发系统的温度调节;进塔NH3/CO2比;尿塔压力、氨碳分子比变比值调节控制;二分塔温度、液位控制;中压吸收水碳比控制等控制。
六、尿素控制方案的总结
系统共有43个回路,均采用常规PID控制完成,这些控制方案易于组态、操作方便、运行稳定可靠。以其中一个调节为例,CO2压缩机出口的CO2气体压力约20.69MPa(绝),温度约125℃,进入尿塔的CO2量决定系统的负荷。从氨预热器来的液氨温度约60℃,送入尿塔,液氨量由流量计指示累计,进料氨和CO2的分子比为3.8 – 4.2。从中压吸收塔来的氨基甲酸胺溶液温度约90℃。压力约20.69MPa(绝)。进入尿塔,物料在尿塔内停留时间约4min,CO2转化率约为63℅,尿塔压力由进入尿塔前的CO2管线上取得(注:一般都是这样取样的,它存在的问题是止回阀关不到位或泄露时,易堵。同时停车时看不到尿塔内的压力)。采用检测塔内压力,用出塔管线来调节实现自动控制。要求维持在20MPa(表)左右。控制回路
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