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尿素生产工艺自动控制处理方案

一、尿素工艺过程

氨气和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、未参与反应氨气、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。
低压系统压力为0.2MPa左右，尿液进入低压系统被深入减压分离，脱出尿液中剩下氨。
蒸发系统经过减压蒸发，深入脱去尿液中水分，使尿液成份符合产品要求，送造粒塔造粒。
解吸是吸收逆过程。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步骤复杂，系统关联性强，介质多为熔融物或含氨和CO2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、尿素生产工艺步骤图

中压吸收
造

粒
蒸

发
低压分解
中压分解
合

成
解

吸
低压吸收

CO2

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，因为尿素合成反应化学平衡限制。进入合成塔NH3和CO2不可能全部转变为尿素，其中未转化氨和二氧化碳以氨基甲酸铵和游离氨形式存在和尿素溶液中，水溶液全循环工艺就是要将这部分未反应物循环利用，提升尿素生产力。
采取水溶液循环法工艺尿素生产过程通常分为CO2压缩、氨净化输送、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。现在不一样尿素生产技术采取温度为180～200℃不等。
关键生产设备：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、关键控制点

⑴尿素合成塔温度
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、关键控制回路说明

尿塔压力有三部分：液氨、CO2和甲铵液，各有自己进塔前压力检测点。因为尿塔压力检测点在塔釜下段反应区，外部环境恶劣，均采取三取一检测值调整塔出口物料控制方案，通常选择单回路控制，不增加投资，利用DCS功效来实现，能取得一定效果。
解吸塔液位控制，它是很难问题，有解吸塔压力改变、低压蒸汽流量改变、水解塔液位控制阀开度改变和水解塔压力改变等全部会造成解吸塔液位波动。
液氨缓冲槽液位控制；中压、低压及真空系统压力调整；蒸发系统温度调整；进塔NH3/CO2比；尿塔压力、氨碳分子比变比值调整控制；二分塔温度、液位控制；中压吸收水碳比控制等控制。

六、尿素控制方案总结

系统共有43个回路，均采取常规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。以其中一个调整为例，CO2压缩机出口CO2气体压力约20.69MPa（绝），温度约125℃，进入尿塔CO2量决定系统负荷。从氨预热器来液氨温度约60℃，送入尿塔，液氨量由流量计指示累计，进料氨和CO2分子比为3.8 – 4.2。从中压吸收塔来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CO2管线上取得（注：通常全部是这么取样，它存在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压力）。采取检测塔内压力，用出塔管线来调整实现自动控制。要求维持在20MPa（表）左右。控制回路为：

PID控制器
调整阀
SP +

PV检测变送

该回路调整阀选择Ⅲ型气开阀，因为尿塔内进行是高温、高压放热反应。而且后面工段是中低压设备。若用气关阀则会出现气源断气等异常情况时阀开度为100℅，易引发爆炸事故。尿素生产工艺步骤复杂，系统关联性强，介质多为熔融物或含氨和CO2气体，腐蚀性大，易堵易结晶。给检测和控制均带来很大困难。用DCS系统对整个生产过程进行检测和控制。技术上优异，经济效益显著，确保了生产安全，稳定可靠，经济，满足了尿素要求。
进尿塔前氨/碳比值调整控制。中压吸收水/碳。应依据操作经验数据确定和实时采样值比较计算推出，经上位机优化计算修正。