氮肥工藝控制方案

1、氮肥工藝控制方案概述氮肥生產(chǎn)是高能耗的工業(yè)，其生產(chǎn)本錢主要取決于系統(tǒng)的能耗，系統(tǒng)能耗除了 與采用的工藝流程有關(guān)外，在很大程度上取決于系統(tǒng)控制的算法及穩(wěn)定性，因此，化肥 生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)本錢具有關(guān)鍵意義。氮肥生產(chǎn)系統(tǒng)是由一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元工段組成的。各單元之間具有密切 關(guān)系。上一單元的產(chǎn)品或輸出，即為下一單元的原料或輸入，各個(gè)單元相互緊密聯(lián)系形 成一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程。各個(gè)單元在地域上相互分散，但距離又不很遠(yuǎn)。整個(gè)生產(chǎn)過程 可以分為造氣、脫硫、壓縮、變換、脫碳、合成、甲醇、尿素等主要單元工段。上 述各單元工段的操作在工藝上密切聯(lián)系，但在地域上分散、在控制上相對(duì)獨(dú)立。浙江威盛DCS在氮

2、肥生產(chǎn)過程控制方面具有許多特點(diǎn)：生產(chǎn)工藝的優(yōu)化控制。各單元工藝參數(shù)的集中監(jiān)控。在緊急情況下的遙控措施閥門、馬達(dá)等。必要的報(bào)警和聯(lián)鎖。方便地查閱實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢。可以與企業(yè)管理網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。1、造氣造氣一般是以塊煤為原料，采用間歇式固定層常壓氣化法，在高溫和程控機(jī)油 傳動(dòng)控制下，交替與空氣和過熱蒸汽反響。反響方程式：吹風(fēng)C+Qf CQ+QCOb+S 2C O-Q上、下吹C+fOg fCO+Hb-QA 吹風(fēng)階段吹風(fēng)階段的主要作用是產(chǎn)生熱量，提高燃料溫度B、上吹加氮階段辻熱荼汽"世吒一施鳳除塵盤-辻擔(dān)器-股怩-湍氣堆一吒柜空叱一鼓貳機(jī)"適弐爐上吹階段的主要作用是置換爐底

3、空氣，吸收熱量、制造半水煤氣，同時(shí)參加局部氮?dú)釩、下吹階段 下吹階段作用是制取半水煤氣，吸收熱量，使上吹后上移的氣化層下移D二上吹階段 二上吹的主要作用是將爐底及進(jìn)風(fēng)管道中煤氣吹凈并回收，確保生產(chǎn)平安。E、吹凈階段空弋+豉只機(jī)"謹(jǐn)氣妒堆鳳矗2益過心無慝槪T先汽増.汽距吹凈的主要作用是回收造氣爐上層空間的煤氣及補(bǔ)充適量的氮?dú)?，以滿足合成氨生產(chǎn)對(duì)氮?dú)浔鹊囊?。造氣工藝流程圖控制方案在生產(chǎn)中，一般均是多個(gè)造氣爐組成一組。在多臺(tái)造氣爐同時(shí)投入運(yùn)行時(shí)，為 了保證造氣爐在吹風(fēng)階段的風(fēng)量，必須對(duì)造氣爐的吹風(fēng)階段進(jìn)行順序控制。對(duì)造氣爐進(jìn)行吹風(fēng)排序，也就是要實(shí)現(xiàn)吹風(fēng)時(shí)間自尋優(yōu)及動(dòng)態(tài)跟蹤。下面以4個(gè)造氣

4、爐為例加以說明：當(dāng)任啟動(dòng)一個(gè)造氣爐， 或任意停止一個(gè)造氣爐，其吹風(fēng)間歇時(shí)間隨之改變。 啟動(dòng)或停止造氣爐之后，各爐都要進(jìn)行重新調(diào)整，按照計(jì)算的時(shí)間進(jìn)行初始化，即各爐 在對(duì)應(yīng)時(shí)間重新從第一個(gè)工序循環(huán)下去，其原理框圖如下：化時(shí)詞比擬器il丁刊4旳二L卅倉吹冷啊吹貳_廠匚上吹十吹浄了才円可啟動(dòng)造適爐 運(yùn)軒旳時(shí)闔I悽爐初始J 化時(shí)間工 2二時(shí)J啟動(dòng)造汽爐運(yùn)行的時(shí)同皈器苣氣爐該爐初嬌化旳問“I尹再二t吹吹護(hù)耳吹風(fēng)Y歸£時(shí)硏尸舸啟鳩氣爐 運(yùn)療的時(shí)同4個(gè)造氣爐吹風(fēng)排序原理框圖弟詢苗的覽廿計(jì)間初始化原理框圖控制效果采用DCS系統(tǒng)控制一組多臺(tái)造氣爐的運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)對(duì)造氣爐吹風(fēng)排序的優(yōu) 化控制，并可對(duì)溫度壓

5、力等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、調(diào)節(jié)，從而使?fàn)t況長期穩(wěn)定，煤氣氣質(zhì) 明顯提高，到達(dá)節(jié)能增效目的。DCS的應(yīng)用還可防止因人工的隨意性和誤操作而引發(fā)事故，并有利于企業(yè)全面數(shù)據(jù)管理。10個(gè)造氣爐吹風(fēng)排序造氣爐控制圖T *,*= *參數(shù)控制圖溫度參數(shù)圖溫度趨勢圖含量趨勢圖報(bào)警事件管理平安管理系統(tǒng)造氣策略組態(tài)圖2、變換工藝簡介經(jīng)過壓縮有一定壓力的半水煤氣先經(jīng)過油水別離器，除去煤氣中的油物。然后進(jìn)入飽和塔的下部與熱水進(jìn)行交換后升至一定溫度，經(jīng)過氣水別離器別離出煤氣中的水份。去除水分的煤氣進(jìn)入預(yù)熱交換器，與中變爐出口的高溫煤氣進(jìn)行兩次熱交換后，進(jìn) 入中變爐，在觸媒的催化作用下，煤氣中的一氧化碳發(fā)生反響，生成二氧化碳，

6、中變爐 的爐體內(nèi)有三層反響區(qū)，在正常的工藝狀況下，第一層的反響溫度控制在450C左右，第二層反響溫度控制在 400C左右，第三層的反響溫度控制在380 C左右。反響后出中變爐的變換氣進(jìn)入與入口水煤氣進(jìn)行熱交換的兩級(jí)熱交換器后，再進(jìn)入低變爐使變換氣中的一氧化碳進(jìn)一步變換，經(jīng)過兩次變換的水煤氣成為合格的變換氣后，經(jīng)熱水塔，冷 卻塔之后送入下一工段進(jìn)行后續(xù)處理。變換工藝流程圖控制方案在變換工段中，比擬典型的控制回路包括入變換氣汽比調(diào)節(jié)，中變爐煤氣副線流量調(diào)節(jié)，中變爐中段溫度噴水控制，中變爐下段溫度噴水控制，飽和塔液位控制，水 分出口煤氣溫度的調(diào)節(jié)等幾局部。入變換蒸汽流量與入變換半水煤氣流量的比值調(diào)節(jié)

7、采用先進(jìn)控制器，比照值控制器的給定值進(jìn)行修正， 并設(shè)置煤氣流量變化速率控制器來防止在系統(tǒng)加減量時(shí)，中變爐出口 co超標(biāo)，到達(dá)汽氣比控制的目的。中變爐的上、中、下段溫度調(diào)節(jié)和水分出口煤氣的溫度控制采用經(jīng)典調(diào)節(jié)模式PID、前饋、串級(jí)調(diào)節(jié)等。入氣汽比調(diào)節(jié)框圖妣值4H mm +_爭SV目念1蛤定值1入中喪爐煤臺(tái)制線猛量 中夷爐上段溫度中瑚上中變爐上段溫度調(diào)節(jié)框圖蒯濫值 m FID腳節(jié) *嚮出至執(zhí)fr機(jī)柚執(zhí)看良懺中變爐中段/下段溫度控制、飽和塔液位控制框圖水分出口溫度串級(jí)調(diào)節(jié)框圖調(diào)節(jié)操作畫面操作記錄畫面流量比值調(diào)節(jié)趨勢3、脫碳工藝簡介含有一定濃度CO2的變換氣進(jìn)入吸收塔內(nèi)。氣體中CO2被逆流流下的碳酸丙

8、烯酯所吸收。凈化CO2氣脫至所要求的濃度由塔頂排出，成為可供用戶使用的工藝氣。 吸收C02后的碳酸丙烯酯富液經(jīng)渦輪機(jī)回收能量后，在高壓閃蒸槽內(nèi)閃蒸。高壓閃蒸液再到減壓槽進(jìn)行減壓閃蒸。減壓閃蒸汽相含濃度較高的CO2可供用戶使用。減壓閃蒸液在氣提塔內(nèi)經(jīng)空氣氣提再生， 再生后的碳酸丙烯酯貧液經(jīng)循環(huán)液泵送回吸收塔循環(huán)使 用。氣提空氣由通風(fēng)機(jī)從氣提塔塔底送入。高壓閃蒸汽中含CO2及局部工藝氣。高壓閃蒸汽可全部或局部返回壓縮與原料氣集合，以回收氮?dú)夂蜌錃饷撎歼^程中，入脫碳塔貧液的流量，將直接影響二氧化碳在脫碳塔中的溶解度。 流量過小，原料氣中的 CO2不能被充分吸收；流量過大，能耗增加。閃蒸槽的液位和壓

9、力，對(duì)于原料氣的 回收再利用有重要作用，它不僅可以回收閃蒸汽里的氮?dú)夂蜌錃猓?還可以減少碳酸丙烯酯的損失。脫碳后煤氣送入下一個(gè)工段進(jìn)行進(jìn)一步處理。脫碳工藝流程圖脫碳控制圖表控制方案在脫碳工段中，典型的控制回路包括：脫碳塔液位控制，閃蒸槽液位控制，降 溫塔液位控制，閃蒸氣壓力控制，以及加氧手動(dòng)控制。在脫碳整個(gè)控制中沒有復(fù)雜調(diào)節(jié) 系統(tǒng)，全部采用的是單回路 PID調(diào)節(jié)模式。液位調(diào)節(jié)操作畫面圖5 僮脫碳液位趨勢圖4、合成工藝簡介目前國內(nèi)大多數(shù)中小氮肥企業(yè)均采用中壓法氨合成工藝，其合成壓力為31.4MPa。合成塔的直徑一般為 8001200mm將壓縮送來的合格精煉氣在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和觸媒存在的條件下合

10、成為氨, 所得氣氨經(jīng)冷卻水及液氨冷卻，冷凝為液氨，并將液氨從氫氮?dú)庵袆e離出來，未合成的 氫氮?dú)庋a(bǔ)充局部新鮮氣繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)合成。合成氨工藝流程圖合成工藝流程圖川|料*門丹|nr-二二a冷凝工藝流程操作畫面氨合成塔操作畫面控制方案氨合成工段中主要工藝參數(shù)的優(yōu)化控制非常重要，直接影響合成氨的產(chǎn)量和消耗指標(biāo)?？刂品桨敢越档蛧嵃毕臑槟繕?biāo)，控制參數(shù)為催化劑溫度、惰性氣體的含量、 氨冷出口溫度及氨冷器、冷交換路、氨別離器的三大液位。氫氮比調(diào)節(jié)：氫氮比自調(diào)是合成控制中的難點(diǎn)，從造氣到合成的滯后時(shí)間，開滿量時(shí)，一般 小化肥廠為30分鐘，開聯(lián)醇為45分鐘。正確認(rèn)識(shí)從造氣到合成整個(gè)流程中氫比演變規(guī) 律是搞

11、好調(diào)節(jié)的根底。規(guī)律主要為二點(diǎn)；從造氣到合成塔入口根本為純滯后，各點(diǎn)氫比 測量曲線呈簡單相似現(xiàn)象，并含有一定的容量滯后，合成塔塔前塔后氫比信號(hào)呈微積分 關(guān)系。記錄各測量點(diǎn)氫比偏差記錄曲線，據(jù)此可發(fā)現(xiàn)演變規(guī)律，監(jiān)視分析調(diào)節(jié)效果，計(jì) 算開表數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)二維查表控制閥門輸出能到達(dá)較好的控制效果。合成塔內(nèi)觸媒層熱點(diǎn)溫度控制合成塔各催化劑層熱點(diǎn)溫度的控制，是采用調(diào)節(jié)未反響的冷氣體參加量的方法 來控制各段溫度，由于反響溫度比擬容易穩(wěn)定，所以一般采用手動(dòng)遙控。循環(huán)氣氨冷器出口溫度和液位控制為了更好地控制溫度；采用串級(jí)控制方案，以溫度回路為主回路，液位為副回 路。為了保證液位，當(dāng)液位超限時(shí)，切斷串級(jí)回路，使回

12、路的串級(jí)狀態(tài)切換為副回路的 自動(dòng)狀態(tài)；確保液位在平安值內(nèi)。循環(huán)氣氨冷器出口溫度和液位控制原理框圖新鮮氣氨冷器液位控制在新鮮氣氨冷器液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位測量值與給定常數(shù)進(jìn)行 結(jié)果調(diào)節(jié)氨冷液位調(diào)節(jié)閥開度，從而維持氨冷液位恒定。PID運(yùn)算，運(yùn)算氨別離器的液位控制、冷交換器的液位控制、廢熱鍋爐的液位控制，這幾個(gè)回 路采用單回路控制。單回路調(diào)節(jié)框圖觸媒層各口溫度趨勢甲烷、氫氣、C02 CO含量趨勢圖5、甲醇工藝簡介甲醇是重要的有機(jī)化工原料， 又是優(yōu)良的能源載體。近代工業(yè)甲醇生產(chǎn)主要以 天然氣、煤炭為原料轉(zhuǎn)化和氣化制得，我國目前年產(chǎn)5萬噸和10萬噸的生產(chǎn)裝置大都是以煤炭為原料制得。甲醇的生產(chǎn)一般分為合成和

13、精餾兩個(gè)工段。1、甲醇合成：脫碳崗位送來的凈化氣和循環(huán)機(jī)來的循環(huán)氣在油別離器混合， 經(jīng)油水別離器別離油水， 剩余的原料氣分主副線進(jìn)入合成塔合成生成粗甲醇?xì)?，借助?銅基催化劑的作用，CO CO2和H2進(jìn)行化合反響生成甲醇， 經(jīng)冷凝到醇別離器別離得粗 甲醇，減壓后送中間槽，不凝氣體一局部加壓循環(huán)使用，一局部經(jīng)高壓水洗塔水洗掉夾 帶的甲醇經(jīng)銅洗送入氨合成系統(tǒng)，粗甲醇送精餾。流程圖如下：甲醇合成工藝流程圖甲醇精餾工藝流程圖2、甲醇精餾：甲醇的精餾工藝，多數(shù)采用兩塔流程，少數(shù)生產(chǎn)規(guī)模較大的廠 采用三塔流程，年產(chǎn)5-10萬噸的裝置一般都采用兩塔流程。粗醇經(jīng)預(yù)塔給料泵加壓經(jīng) 粗醇預(yù)熱器加熱到65C左右進(jìn)初

14、塔，同時(shí)初塔再沸器用蒸汽加熱使塔內(nèi)液體蒸發(fā)，甲醇及其他輕組分的蒸汽由塔頂蒸出，冷凝后打回流?？刂瞥鰵鉁囟?0-45 C,塔釜溫度75-85 C；塔頂溫度60-65 C。經(jīng)預(yù)塔底出來的預(yù)后甲醇給主塔，主塔再沸器加熱使塔底溫度控制在104-120 C,塔頂出氣溫度控制在 65-70 C,在塔頂采出回流液即精醇；合 格后送精醇儲(chǔ)槽。流程圖如上： 控制方案在合成工段一般設(shè)有以下一些調(diào)節(jié)回路：合成塔溫度控制、醇分液位控制、水 洗塔液位控制、粗醇中間槽液位和馳放氣壓力控制。其中以合成塔溫度較為難控，合成 塔溫度一般有12個(gè)檢測點(diǎn)，選用以下調(diào)節(jié)方式，能夠很好的保護(hù)觸媒。拮一jus 一r-址理奇展p古燈T 1

15、 U|*t合成塔觸媒溫度調(diào)節(jié)框圖其他各回路均采用單回路控制，目前國內(nèi)一般均采用低壓法生產(chǎn)，馳放氣壓力控制在0.6Mpa左右。調(diào)節(jié)框圖如下：在精餾工段一般設(shè)有以下一些調(diào)節(jié)回路：排氣冷凝器出口壓力、進(jìn)精餾蒸汽壓力、預(yù)塔回流槽液位、預(yù)塔液位、主塔回流槽和主塔液位、預(yù)塔給料流量、主塔回流流量、預(yù)塔回流液進(jìn)口溫度、預(yù)塔循環(huán)再沸器出口溫度、主塔回流液進(jìn)口溫度、主塔循環(huán) 再沸器出口溫度、預(yù)塔給料溫度。采用單回路均能到達(dá)很好的控制效果Fa自型稅知值；盹給定値；驗(yàn)0伽F八I- 自動(dòng)t V1 L I 1 I L i醇汾液位調(diào)節(jié)畫面觸媒溫度調(diào)節(jié)畫面合成塔觸媒溫度趨勢V*：KB-漳1.注百11 |4 tn.»

16、;,I1 L1- KJ1液位趨勢圖七鼻3d£B b_J*JK JKL .JI Hr i.w| 炮,» wnII 4-dK-.u '-ifan12 Kir- fii aix舟巴3*.娶戰(zhàn)lit BEm t« -狂巾Hi百諭m； EAiiIQ E t111、*希目鐳twnb> IV i-uV-cAViiiuiyi1 . P w-.沽譏.龜HIEI-ci. edb ii-a | hI* 1. pJ lft.h F- -Xl-窗弋hE五ii4h| c_川五*itntFni atari* ' *"+ J "I 8 '&quo

17、t;Man Hiur1：3材書A 沾I"' 5i A JV占 *H. wIrtl litIf f*林i護(hù):抽-囲w-e *1扯世3 a%.H rrztl'ill 411 ITiM.in.*?!1工*Il II41J.DTTUrn杓皿II. Ell：5 MJW 1TliFgwf;Ua»V丁曲y山酎W科T列IML t3TA4A1JR再出伸u曲禹tl%Jlh 上Mir. k7VifriM:,ii'b 任ZU -KTTRgULAmJi a-ddLT二北.MRgiiiidgiPFW ITT U . FTj.-sr.AWlUHF二4% kit i：- Vi|+*

18、J-31叮二U冃嚴(yán)|11帀F 廠1 -r 廠 尸卩參數(shù)表6尿素工藝簡介尿素的生產(chǎn)原理是氨與二氧化碳的合成，生產(chǎn)方法有水溶液全循環(huán)法、氣提法、 中壓聯(lián)尿法，小氮企業(yè)大多采用水溶液全循環(huán)法。其反響方程式為：2NH3液+CO 氣C0 NH 2 液+H0 液+Q二氧化碳?jí)毫?20.69MPa,溫度為125C經(jīng)壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入合成塔，從一 吸塔送來的90C甲銨液經(jīng)一甲泵加壓至 20.69MPa送入合成塔，液氨在氨預(yù)熱器中加熱 至60C送入合成塔，在合成塔中進(jìn)行合成反響。在反響的過程中，合成塔的操作壓力為19.6 MPa，溫度為186-191 C，整個(gè)反響過程 CO的轉(zhuǎn)化率在63%左右。出尿素合成塔 的反

19、響液含有尿素、甲銨、過剩氨和水，出來后經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥減壓至1.77MPa進(jìn)入預(yù)蒸餾塔上部，在此別離出閃蒸氣體后，液體自流到中部蒸餾段，與從一分加熱器出來的 熱氣逆流換熱，使液相中的局部甲銨分解與過剩氨蒸出、氣化進(jìn)入氣相。預(yù)蒸餾后的尿 液自蒸餾下部流入一分加熱器，物料溫度控制在155-160 C,在此甲銨的分解率到達(dá)80%,總氨蒸出率到達(dá)90%。從一分加熱器出來的尿液進(jìn)入預(yù)蒸餾塔下部的別離器進(jìn)行 氣液別離，液相自塔底排出，經(jīng)減壓后送至二分塔。尿液在二分塔上部閃蒸后，液體經(jīng) 過液體別離器進(jìn)入蒸餾段，與下別離段出來的氣相逆流接觸換熱，出蒸餾段的尿液從底 部進(jìn)入加熱段的列管內(nèi)，物料溫度控制在135-1

20、40 C,使甲銨根本分解，氣液混合物進(jìn)入下別離段進(jìn)行氣液別離，尿液經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥入閃蒸槽。在閃蒸槽中液相剩余的氨和二 氧化碳大局部逸入氣相，尿液直接進(jìn)入一段蒸發(fā)器或流入尿液槽。尿液經(jīng)一段蒸發(fā)加熱 器下部熱能回收段和上部蒸汽加熱段加熱到130C，壓力控制在0.033MPa 絕壓，這時(shí)濃度提高至96%。尿液經(jīng)一段蒸發(fā)器別離段出來去二段蒸發(fā)器，在0.0033 MPa 絕 壓、140 C的條件下被濃縮成 99.7 %的熔融尿素，經(jīng)別離段別離后，熔融尿素由熔融 泵送往造粒塔頂部的旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)行造粒。成尉熱1HHMCTIg ：-1AJMLFlUKE QtSI IWJIUL JLMLULnL'JUnililEL l»FE_1 廠 =1 i 1 尸 :I " -