尿素工艺流程说明

1.1.4 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－C2 4115-C3 4125-V2

CO2（mol%） 98.10% 99.98% 99.94%

H2（mol%） 0.98% 0.06

甲醇（mol%） 0.03% 0.02

N2+CH4（mol%） 0.89

H20 0 0 饱和

温度（℃） 28．0 30．7 40

压力（MPa） 0．38 0．12 0．12

流量（Nm3/h） 14330 14300 21730

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在线分析仪分析后由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。