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合成氨工艺流程图pdf

2021-11-30 07:33:30

来源:雷火app官网 作者:雷火亚洲电竞先驱

  概述 氮肥生产是高能耗的工业,其生产成本主要取决于系统的能耗,系统能耗除了与采用的 工艺流程有关外,在很大程度上取决于系统控制的算法及稳定性,因此,化肥生产过程的控 制系统对整个生产成本具有关键意义。 氮肥生产系统是由一个个相对独立的单元(工段)组成的。各单元之间具有密切关系。 上一单元的产品或输出,即为下一单元的原料或输入,各个单元相互紧密联系形成一个连续 的生产过程。各个单元在地域上相互分散,但距离又不很远。整个生产过程可以分为造气、 脱硫、压缩、变换、脱碳、合成、甲醇、尿素等主要单元(工段)。上述各单元(工段)的 操作在工艺上密切联系,但在地域上分散、在控制上相对独立。 浙江威盛DCS在氮肥生产过程控制方面具有许多特点: ● 生产工艺的优化控制。 ● 各单元工艺参数的集中监控。 ● 在紧急情况下的遥控措施(阀门、马达等)。 ● 必要的报警和联锁。 ● 方便地查阅实时趋势和历史趋势。 ● 可以与企业管理网相连,实现数据共享。 1 1 11、造气 造气一般是以块煤为原料,采用间歇式固定层常压气化法,在高温和程控机油传动控制 下,交替与空气和过热蒸汽反应。反应方程式: 吹风 C+O →CO +Q 2 2 CO +C→2CO-Q 2 上、下吹 C+H O(g) →CO+H -Q 2 2 A、 吹风阶段 吹风阶段的主要作用是产生热量,提高燃料温度。 B、 上吹(加氮)阶段 化工资料下载网--行业资料免费下载 上吹阶段的主要作用是置换炉底空气,吸收热量、制造半水煤气,同时加入部分氮气。 C、 下吹阶段 下吹阶段作用是制取半水煤气,吸收热量,使上吹后上移的气化层下移。 D、二上吹阶段 二上吹的主要作用是将炉底及进风管道中煤气吹净并回收,确保生产安全。 E、 吹净阶段 吹净的主要作用是回收造气炉上层空间的煤气及补充适量的氮气,以满足合成氨生产对氮氢 比的要求。 造气工艺流程图 化工资料下载网--行业资料免费下载 控制方案 在生产中,一般均是多个造气炉组成一组。在多台造气炉同时投入运行时,为了保证造 气炉在吹风阶段的风量,必须对造气炉的吹风阶段进行顺序控制。 对造气炉进行吹风排序,也就是要实现吹风时间自寻优及动态跟踪。下面以4个造气 炉为例加以说明: 当任启动一个造气炉,或任意停止一个造气炉,其吹风间歇时间随之改变。启动或停 止造气炉之后,各炉都要进行重新调整,按照计算的时间进行初始化,即各炉在对应时间重 新从第一个工序循环下去,其原理框图如下: 4个造气炉吹风排序原理框图 化工资料下载网--行业资料免费下载 初始化原理框图 控制效果 采用DCS系统控制一组(多台)造气炉的运行,可实现对造气炉吹风排序的优化控制, 并可对温度压力等数据进行实时采集、调节,从而使炉况长期稳定,煤气气质明显提高,达 到节能增效目的。DCS的应用还可避免因人工的随意性和误操作而引发事故,并有利于企 业全面数据管理。 10个造气炉吹风排序图 化工资料下载网--行业资料免费下载 造气炉控制图 参数控制图 温度参数图 化工资料下载网--行业资料免费下载 温度趋势图 含量趋势图 化工资料下载网--行业资料免费下载 报警事件管理 安全管理系统 化工资料下载网--行业资料免费下载 造气策略组态图 2 2 22、变换 工艺简介 经过压缩有一定压力的半水煤气先经过油水分离器,除去煤气中的油物。然后进入饱和 塔的下部与热水进行交换后升至一定温度,经过气水分离器分离出煤气中的水份。去除水分 的煤气进入预热交换器,与中变炉出口的高温煤气进行两次热交换后,进入中变炉,在触媒 的催化作用下,煤气中的一氧化碳发生反应,生成二氧化碳,中变炉的炉体内有三层反应区, 在正常的工艺状况下,第一层的反应温度控制在450℃左右,第二层反应温度控制在400℃ 左右,第三层的反应温度控制在380℃左右。反应后出中变炉的变换气进入与入口水煤气进 行热交换的两级热交换器后,再进入低变炉使变换气中的一氧化碳进一步变换,经过两次变 换的水煤气成为合格的变换气后,经热水塔,冷却塔之后送入下一工段进行后续处理。 变换工艺流程图 化工资料下载网--行业资料免费下载 控制方案 在变换工段中,比较典型的控制回路包括入变换气汽比调节,中变炉煤气副线流量调节, 中变炉中段温度喷水控制,中变炉下段温度喷水控制,饱和塔液位控制,水分出口煤气温度 的调节等几部分。 入变换蒸汽流量与入变换半水煤气流量的比值调节采用先进控制器,对比值控制器的给 定值进行修正,并设置煤气流量变化速率控制器来防止在系统加减量时,中变炉出口CO超 标,达到汽气比控制的目的。 中变炉的上、中、下段温度调节和水分出口煤气的温度控制采用经典调节模式(PID、 前馈、串级调节等)。 入气汽比调节框图 中变炉上段温度调节框图 化工资料下载网--行业资料免费下载 中变炉中段/下段温度控制、饱和塔液位控制框图 水分出口温度串级调节框图 调节操作画面 化工资料下载网--行业资料免费下载 操作记录画面 流量比值调节趋势 3 3 33、脱碳 化工资料下载网--行业资料免费下载 工艺简介 含有一定浓度(CO2)的变换气进入吸收塔内。气体中CO2被逆流流下的碳酸丙烯酯 所吸收。净化CO2气脱至所要求的浓度由塔顶排出,成为可供用户使用的工艺气。吸收CO2 后的碳酸丙烯酯富液经涡轮机回收能量后,在高压闪蒸槽内闪蒸。高压闪蒸液再到减压槽进 行减压闪蒸。减压闪蒸汽相含浓度较高的CO2,可供用户使用。减压闪蒸液在气提塔内经 空气气提再生,再生后的碳酸丙烯酯贫液经循环液泵送回吸收塔循环使用。气提空气由通风 机从气提塔塔底送入。 高压闪蒸汽中含CO2及部分工艺气。高压闪蒸汽可全部或部分返回压缩与原料气汇合, 以回收氮气和氢气。 脱碳过程中,入脱碳塔贫液的流量,将直接影响二氧化碳在脱碳塔中的溶解度。流量过 小,原料气中的CO2不能被充分吸收;流量过大,能耗增加。闪蒸槽的液位和压力,对于 原料气的 回收再利用有重要作用,它不仅可以回收闪蒸汽里的氮气和氢气,还可以减少碳 酸丙烯酯的损失。 脱碳后煤气送入下一个工段进行进一步处理。 脱碳工艺流程图 脱碳控制图表 化工资料下载网--行业资料免费下载 控制方案 在脱碳工段中,典型的控制回路包括:脱碳塔液位控制,闪蒸槽液位控制,降温塔液位 控制,闪蒸气压力控制,以及加氧手动控制。在脱碳整个控制中没有复杂调节系统,全部采 用的是单回路PID调节模式。 液位调节操作画面 脱碳液位趋势图 4 4 44、合成 工艺简介 目前国内大多数中小氮肥企业均采用中压法氨合成工艺,其合成压力为31.4MPa。合成 塔的直径一般为Ф800~Ф1200mm。 化工资料下载网--行业资料免费下载 将压缩送来的合格精炼气在适当的温度、压力和触媒存在的条件下合成为氨,所得气氨 经冷却水及液氨冷却,冷凝为液氨,并将液氨从氢氮气中分离出来,未合成的氢氮气补充部 分新鲜气继续在合成系统内循环合成。 合成氨工艺流程图 合成工艺流程图 化工资料下载网--行业资料免费下载 冷凝工艺流程操作画面 氨合成塔操作画面 控制方案 氨合成工段中主要工艺参数的优化控制非常重要,直接影响合成氨的产量和消耗指标。 控制方案以降低吨氨消耗为目标,控制参数为催化剂温度、惰性气体的含量、氨冷出口温度 及氨冷器、冷交换路、氨分离器的三大液位。 化工资料下载网--行业资料免费下载 氢氮比调节: 氢氮比自调是合成控制中的难点,从造气到合成的滞后时间,开满量时,一般小化肥厂 为30分钟,开联醇为45分钟。正确认识从造气到合成整个流程中氢比演变规律是搞好调节 的基础。规律主要为二点;从造气到合成塔入口基本为纯滞后,各点氢比测量曲线呈简单相 似现象,并含有一定的容量滞后,合成塔塔前塔后氢比信号呈微积分关系。记录各测量点氢 比偏差记录曲线,据此可发现演变规律,监视分析调节效果,计算开表数据,以此数据二维 查表控制阀门输出能达到较好的控制效果。 合成塔内触媒层热点温度控制 合成塔各催化剂层热点温度的控制,是采用调节未反应的冷气体加入量的方法来控制各 段温度,由于反应温度比较容易稳定,所以一般采用手动遥控。 循环气氨冷器出口温度和液位控制 为了更好地控制温度;采用串级控制方案,以温度回路为主回路,液位为副回路。为了 保证液位,当液位超限时,切断串级回路,使回路的串级状态切换为副回路的自动状态;确 保液位在安全值内。 循环气氨冷器出口温度和液位控制原理框图 新鲜气氨冷器液位控制 在新鲜气氨冷器液位调节系统中,水位测量值与给定常数进行PID 运算,运算结果调 节氨冷液位调节阀开度,从而维持氨冷液位恒定。 氨分离器的液位控制、冷交换器的液位控制、废热锅炉的液位控制,这几个回路采用单 化工资料下载网--行业资料免费下载 回路控制。 单回路调节框图 触媒层各口温度趋势 甲烷、氢气、CO2、CO含量趋势图 化工资料下载网--行业资料免费下载 5 5 55、甲醇 工艺简介 甲醇是重要的有机化工原料,又是优良的能源载体。近代工业甲醇生产主要以天然气、 煤炭为原料转化和气化制得,我国目前年产5万吨和10万吨的生产装置大都是以煤炭为原料 制得。 甲醇的生产一般分为合成和精馏两个工段。 1、甲醇合成:脱碳岗位送来的净化气和循环机来的循环气在油分离器混合,经油水分 离器分离油水,剩余的原料气分主副线进入合成塔合成生成粗甲醇气,借助于铜基催化剂的 作用,CO、CO2和H2进行化合反应生成甲醇,经冷凝到醇分离器分离得粗甲醇,减压后 送中间槽,不凝气体一部分加压循环使用,一部分经高压水洗塔水洗掉夹带的甲醇经铜洗送 入氨合成系统,粗甲醇送精馏。流程图如下: 甲醇合成工艺流程图 化工资料下载网--行业资料免费下载 甲醇精馏工艺流程图 2、甲醇精馏:甲醇的精馏工艺,多数采用两塔流程,少数生产规模较大的厂采用三塔 流程,年产5-10万吨的装置一般都采用两塔流程。粗醇经预塔给料泵加压经粗醇预热器加热 到65℃左右进初塔,同时初塔再沸器用蒸汽加热使塔内液体蒸发,甲醇及其他轻组分的蒸 汽由塔顶蒸出,冷凝后打回流。控制出气温度40-45℃,塔釜温度75-85℃;塔顶温度60-65℃。 经预塔底出来的预后甲醇给主塔,主塔再沸器加热使塔底温度控制在104-120℃,塔顶出气 温度控制在65-70℃,在塔顶采出回流液即精醇;合格后送精醇储槽。流程图如上: 控制方案 在合成工段一般设有以下一些调节回路:合成塔温度控制、醇分液位控制、水洗塔液位 控制、粗醇中间槽液位和驰放气压力控制。其中以合成塔温度较为难控,合成塔温度一般有 12个检测点,选用以下调节方式,能够很好的保护触媒。 合成塔触媒温度调节框图 其他各回路均采用单回路控制,目前国内一般均采用低压法生产,驰放气压力控制在 0.6Mpa左右。调节框图如下: 化工资料下载网--行业资料免费下载 在精馏工段一般设有以下一些调节回路:排气冷凝器出口压力、进精馏蒸汽压力、预塔 回流槽液位、预塔液位、主塔回流槽和主塔液位、预塔给料流量、主塔回流流量、预塔回流 液进口温度、预塔循环再沸器出口温度、主塔回流液进口温度、主塔循环再沸器出口温度、 预塔给料温度。采用单回路均能达到很好的控制效果。 醇汾液位调节画面 化工资料下载网--行业资料免费下载 触媒温度调节画面 合成塔触媒温度趋势 液位趋势图 化工资料下载网--行业资料免费下载 参数表 6 6 66、尿素 工艺简介 尿素的生产原理是氨与二氧化碳的合成,生产方法有水溶液全循环法、气提法、中压联 尿法,小氮企业大多采用水溶液全循环法。其反应方程式为: 2NH (液)+CO (气)CO(NH ) (液)+H O(液)+Q 3 2 2 2 2 二氧化碳(压力为20.69MPa,温度为125℃)经压缩机压缩进入合成塔,从一吸塔送 来的90℃甲铵液经一甲泵加压至20.69MPa 送入合成塔,液氨在氨预热器中加热至60℃送入 合成塔,在合成塔中进行合成反应。在反应的过程中,合成塔的操作压力为19.6 MPa,温 度为186-191℃,整个反应过程CO 的转化率在63℅左右。出尿素合成塔的反应液含有尿素、 2 甲铵、过剩氨和水,出来后经过压力调节阀减压至1.77MPa 进入预蒸馏塔上部,在此分离 出闪蒸气体后,液体自流到中部蒸馏段,与从一分加热器出来的热气逆流换热,使液相中的 部分甲铵分解与过剩氨蒸出、气化进入气相。预蒸馏后的尿液自蒸馏下部流入一分加热器, 物料温度控制在155-160℃,在此甲铵的分解率达到80℅,总氨蒸出率达到90℅。从一分加 热器出来的尿液进入预蒸馏塔下部的分离器进行气液分离,液相自塔底排出,经减压后送至 二分塔。尿液在二分塔上部闪蒸后,液体经过液体分离器进入蒸馏段,与下分离段出来的气 相逆流接触换热,出蒸馏段的尿液从底部进入加热段的列管内,物料温度控制在135-140℃, 使甲铵基本分解,气液混合物进入下分离段进行气液分离,尿液经液位调节阀入闪蒸槽。在 闪蒸槽中液相残余的氨和二氧化碳大部分逸入气相,尿液直接进入一段蒸发器或流入尿液 化工资料下载网--行业资料免费下载 槽。尿液经一段蒸发加热器下部热能回收段和上部蒸汽加热段加热到130℃,压力控制在 0.033MPa(绝压),这时浓度提高至96℅。尿液经一段蒸发器分离段出来去二段蒸发器,在 0.0033 MPa(绝压)、140℃的条件下被浓缩成99.7℅的熔融尿素,经分离段分离后,熔融 尿素由熔融泵送往造粒塔顶部的旋转喷头进行造粒。 尿素合成工艺流程图 尿素中低压分解工艺流程图 化工资料下载网--行业资料免费下载 尿素蒸发工艺流程图 尿素低压工艺流程图 尿素中压吸收工艺流程图 控制方案 尿素生产控制回路比较多,包括温度、压力、流量、液位的控制,其中合成塔压力调节、 中压压力调节、低压系统压力调节这几个调节回路尤为重要。主要调节回路一般都采用1:1 冗余方式。 其它控制回路有:闪蒸下液温度调节、解吸塔温度调节、解析塔压力调节、解析加液流 量调节、一分加液位槽液位调节、二分加液位槽液位调节、解吸塔液位调节、二分塔出料温 度调节、一分塔底温度调节、一洗塔底温度调节、一段蒸发温度调节、二段蒸发温度调节、、 一分塔液位调节、二分塔液位调节、一吸塔液位调节等。这些调节回路一般采用单回路控制 化工资料下载网--行业资料免费下载 即可达到很好的控制效果。 冗余调节回路原理框图 尿素策略组态图 调节画面 化工资料下载网--行业资料免费下载 中压压力调节操作画面 低压压力调节操作画面 化工资料下载网--行业资料免费下载 合成趋势图 中压压力趋势图 化工资料下载网--行业资料免费下载 机泵运行状态图 报警事件画面 化工资料下载网--行业资料免费下载 安全管理系统画面 化工资料下载网--行业资料免费下载

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