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尿素工艺流程说明

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尿素工艺流程说明_第1页
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1.1.41.1.4 尿素工艺流程说明尿素工艺流程说明1.1.4.1 原料液氨合成氨装置送来的液氨条件:NH3:99.5% H2O:0.5% 温度:30℃ 压力:2.4MPa 界区处液氨的压力指示为 PI101,温度指示为 TI003.界区外来的液氨被送到高压氨泵 103J/JA/JB 入口,管线上有取样点 S 2.4.1 可以取样分析外界的氨除了送入 103J 入口外,还送往预低压甲铵冷凝器 313C,用来调节低压系统氨碳比高压氨泵把合成来的液氨增压至 15.9MPa 送往合成塔,氨泵出口温度( TI1-2)40℃左右装置改造前的两台氨泵是柱塞泵,由于扩能后单台 泵运行无法供给系统足够的氨量,因此新增一台大流量的离心泵 103JB,正常情况下,103JB 运行,103J/JA 处于备用状态,当 103JB 检修时,103J/JA 才运行103JB 的流量通过 FIC2103 控制,103J/JA 的流量通过通过控制氨泵转速控制为了保证离心泵的最小流量,103JB 出口有一股液氨通过一个水冷器 105C 回到了氨泵 103JB 的入口在正常的操作条件时, FIC2103 的设定值由 AY2201 给定,AY2201 又是根据 N/C 比控制器AIC2201 来确定这个设定值的。

氨泵出口的氨经过喷射器 201L 送到高压甲铵冷凝器 202C 中,喷射器的吸入口和高压洗涤器 203C的甲铵出口管线相连氨和甲铵在喷射器入口混合后的温度( TR2-10)为 103℃左右在高压喷射器201L 前设有速断阀 HV206,与氨泵运行信号有联锁关系,当高压氨泵突然停车时该阀关闭氨泵出口还有一条管线通往往氨水槽 701F,用于氨泵引氨排气和检修时的液氨排放氨泵的进、出口都安装有安全阀避免超压,出口安全阀起跳后泄放到进口管线,进口安全阀起跳后泄放到放空筒 X801 中1.1.4.2 原料二氧化碳装置改造后来自合成氨界区的二氧化碳共有三部分,见下表来源4115-C24115-C34125-V2CO2(mol%)98.10%99.98%99.94%H2(mol%)0.98%0.06甲醇(mol%)0.03%0.02N2+CH4(mol%)0.89H2000饱和温度(℃)28.030.740压力(MPa)0.380.120.12流量(Nm3/h)143301430021730来自 4115-C3 和 4125-V2 的低压二氧化碳分别进入各自的液滴分离器,分离掉水的二氧化碳气体混合后进入二氧化碳增压机 104-J 增压到 0.38MPa 后和来自 4115-C1 的 0.38MPa 二氧化碳混合送入二氧化碳压缩机。

通过二氧化碳压缩机入口的取样点 AE1104 进行原料二氧化碳的取样分析空气在4115-C2 到液滴分离器 102-F1 间的二氧化碳管线上被加入空气加入有两个目的: 1.提供二氧化碳脱氢反应器燃烧氢气需要的氧; 2.提供高压系统设备钝化需要的氧,防止设备的腐蚀空气来自于合成氨装置,空气量通过 FIC1102 控制,正常生产时,空气加入量应保证脱氢反应器后送到气提塔的二氧化碳中至少有 0.6% (vol.) 的氧空气流量设有高低(FAL1102 和 FAH1102)报警氧含量通过 AT1101 指示,设定有氧含量的高、低报警压缩机送到汽提塔的二氧化碳压力为 14.2MPa,在没有进入系统前,通过 PIC204 控制压缩机出口压力放空进入汽提塔前,设有电磁伐 XPV2101(原 HS-204),与压缩机运行信号有联锁关系,一旦二氧化碳压缩机因为某一个联锁停车,气提塔入口二氧化碳管线上的 速断阀 XPV2101 立即关闭,以避免造成二氧化碳供应管线上出现结晶 电磁伐 XPV2101 设有旁路开关,这个旁路用于机组停车期间将 XPV2101 打开送往二氧化碳气提塔的纯二氧化碳流量由 FIC2101 显示。

二氧化碳的流量 FIC2101 的信号进入 N/C 控制系统,FIC2101 的设定值是由液位控制器 LIC2103 经 LY2103 给定的FIC2101 的输出信号用于调整二氧化碳压缩机的转速FY2101 通过来自 FY1102 和 FIC1102 (空气流量)的数值计算送往汽提塔的纯二氧化碳量N/ C 比控制器 AIC2201 的设定值由操作者设定,然后这个控制器通过 AY2201 计算出的需要的液氨的量来调整氨流量控制器 FIC2103 的设定值,FY2103 再根据来自 TI1-2 的值进行密度修正后得到实际需要的氨流量1.1.4.3 脱氢系统在二氧化碳压缩机下游设有脱氢反应器,反应器中装有 三氧化二铝载铂的催化剂,在催化剂的作用下氢和氧燃烧生成水因为氢的燃烧是放热反应,在反应器中二氧化碳气体的温度升高温度升高的多少是由二氧化碳中的氢含量决定的 催化剂的反应活性受二氧化碳中一氧化碳和甲醇含量的影响压缩机四段出口温度为 120 ℃ ,在进入脱氢反应器前需要经过脱氢加热器 101C 升温至 150 ℃ ,由于脱氢反应器中进行的反应为放热反应,气体温度进一步上升,需要经过脱氢冷却器 102C 冷却到温度为120 ℃(TIC1103)后送入气提塔 。

脱氢加热器 101C 使用 903F 来 0.8MPa 蒸汽,脱氢冷却器 102C 使用中调水作为冷却介质脱氢反应器的入口温度由 TIC1101 显示,出口温度由 TIC1102 显示脱氢反应器出口设有温度高报警 TAH1102脱氢反应器出口的温度高 联锁开关 TSH1102 将使 XPV2101 关闭,切断送往气提塔的二氧化碳脱氢反应器出口的氢和氧通过分析仪分析后由 AI1102 和 AI1101 显示含量氢分析仪设有氢含量高报警 AAH1102氧分析仪设有氧含量高、低报警脱氢反应器的压差通过 PDI1102 显示1.1.4.4 高压系统二氧化碳压缩机出口 120℃ ,14.20 MPa 的二氧化碳进入汽提塔,与合成塔来的尿液逆向接触,使得大量的甲铵分解为氨和二氧化碳,并与尿液中游离态的氨、二氧化碳、水蒸气一起离开汽提塔,进入高压甲铵冷凝器来自高压洗涤器的 165℃的甲铵液、氨及来自高压甲铵泵的部分甲铵混合后送入高压甲铵冷凝器顶部 原料中氨和二氧化碳的摩尔比为 2:1高压甲铵冷凝器是一立式顶部有液体分布器的的换热器,通过分布器将液体平均分布到换热管中,并在管壁上形成液膜工艺介质在管侧,锅炉给水在壳侧。

氨和二氧化碳反应放出的热量产生 0.47MPa 的饱和低压蒸汽,低压蒸汽包蒸汽压力的变化意味着锅炉水沸点的变化,从而决定高压甲铵冷凝器管侧和壳侧的传热温差这个温差又对换热器的换热效率及氨和二氧化碳的冷凝率产生影响 蒸汽压力的设定要使在高压甲铵冷凝器中有部分的氨和二氧化碳不发生冷凝,这部分氨和二氧化碳要在合成塔中冷凝形成甲铵,以提供合成塔中尿素生成反应所需要的热量高压甲铵冷凝器中合适的冷凝率是要控制合成塔顶部的 TI2-1 为 182- 184 ℃高压甲铵冷凝器中的工艺气和液相分别通过两根管线送入合成塔中,以保证低的压力降和液相介质稳定的进入合成塔 尿素生成的反应是可逆过程,并伴随放热量和吸热,因此要达到反应的平衡状态,既需要提供热量交换又需要一定的停留时间在合成塔中,尿素脱水需要的热量是由高压甲铵冷凝器中没有冷凝的氨和二氧化碳冷凝提供的,停留时间是由合成塔中足够大的有效反应空间提供的为了保证合成塔中气、液相的充分接触,得到稳定的平推流,避免返混的发生,合成塔中安装了 12 块虹吸式塔盘在尿素合成塔中,大约有 60%的二氧化碳转化成了尿素 合成塔的出口温度 TR002/1 在气相管线上测量,合成塔上有四个壁温指示 TI001/3 到 TI001/6,主要用于开车时合成塔的升温控制。

尿素合成塔中的液体混合物通过溢流管线送入到汽提塔中N/C 分析仪不断的对送出的尿液进行分析,并显示 N/C 比值通过 AIC2201 来控制调节系统的氨碳比,达到最优化的二氧化碳转化率正常情况下N/C 比应该被控制在 2.95-3.1 的范围之间合成塔溢流管线要保证在合成塔和汽提塔之间能够形成液封,避免气体在尿素合成塔和高压甲铵冷凝器间走短路合成塔的液位(LI-201)是由从合成塔到汽提塔溢流管线上的 HV 201 来控制的,液位采用放射性液位计测量并且设有高、低液位报警N/C 比分析仪上的取样点和合成塔到汽提塔的溢流管线上的低点处相连接,以避免气相组份进入分析仪 合成塔中的液相进入高压汽提塔,通过顶部的液体分布器将液相平均分配到汽提管中,二氧化碳气体通过汽提管上升,引起氨分压的下降,甲铵分解为氨和二氧化碳甲铵分解的热量是由二氧化碳气提塔壳侧的压力为 1.7MPa 到 2.2MPa 的饱和蒸汽冷凝提供的甲铵分解的吸热反应、相对较低的 120℃二氧化碳温度和轻微的绝热趋赶, 使得汽提管中下降液体的温度 TI 2-1 从顶部的的 184℃ 下降至底部 170℃ 汽提塔壳侧安装有爆破板,如果有管子泄漏或破裂,蒸汽侧的压力将升高。

为了避免合成系统的溶液和气体进入到高压蒸汽管网,爆破板 PSE2150 将起爆,蒸汽侧的压力将通过 PSE2150 泄放到大气中去排放管线要倾斜 75°,以避免在无风的情况下在装置上空形成 蒸气云层阻碍人的视线从汽提塔出来的尿液送到精馏塔 301-E 和 312-E 中,汽提塔的液位由 LIC2102 来控制,汽提塔尽可能控制在低的液位,以缩短液体在汽提塔高温环境下的停留时间,从而减少缩二脲的含量和避免尿素水解反应的发生汽提塔的液相出口管线上设有取样点 AE2101(S2.5.1) 合成塔和汽提塔的液位控制阀 HV201 和 LPV2102 都设有阀位反馈为操作提供参考,汽提塔液位设有高报警 LAH2102,太高的液位将导致二氧化碳分布的不均匀,液位太低将会导致二氧化碳进入到循环部分,造成精馏塔的压力超压,引起精馏塔顶部的安全阀 PSV301E 和 PSV3250 起跳 合成塔中没有转化的氨和二氧化碳及部分惰性气体通过气相管线送入到高压洗涤器 203-C合成塔气相出口管线上设有 5 个安全阀 PSV201D1-D5,定压值为 15.9MPa,安全阀出口管线上通有蒸汽,通过限流孔板确保有一定流量的蒸汽来预热管线,避免安全伐起跳后管线内出现结晶现象。

安全阀后的放空管线在安全位置排入大气中 在高压洗涤器 203C 中同样发生氨和二氧化碳的冷凝,冷凝放出的热量通过高调水,作为预蒸发加热器 310C 的热源多余的热量则通过高调水冷却器 902C 带走高压洗涤器 203-C 由以下三个部分组成:1.合成塔气体经过的半球形的封头2. 换热部分:有一个中心管使液体流下,气体分布器安装在 203C 底部3. 洗涤部分 :用甲铵溶液洗涤剩余的气体,使得其中的氨和二氧化碳几乎完全被吸收合成塔来的气体通过分布器进入到洗涤器底部和从顶部衷心管下来的甲铵液体混合,气液混合物通过换热管上升,通过这种方式形成循环,提高换热效率,在这里大部分的气体被冷凝,因此惰性气体的浓度增加在正常操作条件下,这个惰性气体的组分要控制在非爆炸区间之内万一气体混合物的组成进入到爆炸区间,在有火源存在的情况下, 惰性气体将在洗涤部分发生爆炸,由于半球封头是一个比较大的防爆空间,因此在半球形封头处的压力变化将很小,将不会对高压洗涤器造成大的损害洗涤段发生闪爆事故后的现象是:反应系统的压力突然增加(PIC2101) ,203-C 的调温水的进、出口温度 TR002/2 与 TR002/3的差为零或负温差。

高压洗涤器的调温冷却水系统是一个密闭的体系调温水通过循环水泵903-J/JA 在高压洗涤器的壳程循环高压洗涤器 203-C 入口的调温水温度通过 TIC901 控制在 100℃ ,通过 TV901 调节通过循环水冷却器的调温水量,调温水进入循环水冷却器入口的温度为 12。

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