合成氨工藝氨汽提塔的控制及優(yōu)化操作分析

(河南能源集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽，457000)

1 引言

氨汽提塔10C002是我廠氨回收單元的重要設(shè)備，對于液氨的回收，增加產(chǎn)品氨產(chǎn)量起著重要作用，在結(jié)構(gòu)上包括汽提段和精餾段兩部分。正常生產(chǎn)中，從吸收塔10C001來的含氨量約為15%的氨水經(jīng)氨換熱器10E001A/B/C加熱至188℃之后，從中部進(jìn)入氨汽提塔10C002，在汽提塔中進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)過程。氨汽提塔熱源由再沸器10E005提供，進(jìn)入氨汽提塔的氨水中的易揮發(fā)組分NH3不斷被汽化，隨塔內(nèi)熱氣流上升，在2.68MPa、100℃的工作條件下，從汽提段汽提出來，其中可達(dá)到99.9%的氨氣，繼續(xù)上升，進(jìn)入精餾段，在精餾段換熱器10E003中被冷卻為液氨產(chǎn)品。在汽液分離器中被分離下來，一部分通過輸氨管線送至氨儲罐，一部分作為回流液順填料下降進(jìn)入汽提段，與新的氨水重新被汽提。在分離器下部設(shè)有熱電偶T11004，輸氨管線上設(shè)有流量調(diào)節(jié)器FIC10006，二者串級調(diào)節(jié)控制回流比。從精餾段頂部出來氣體中含有CH4、Ar、H2、N2等不凝氣及少量未被冷凝下來的氣氨，這部分氣體被送往惰氣換熱器09E001中分離。其流程圖如圖1。

圖1 合成氨裝置氨汽提塔流程

2 氨汽提塔的控制

精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)度不同而將各組分加以分離的一種分離過程，常用的設(shè)備有板式精餾塔和填料精餾塔，合成氨裝置所用的精餾塔為填料精餾塔。在生產(chǎn)汽提過程中起推動力作用的是塔內(nèi)溫度差和氨水的濃度差，在塔內(nèi)溫度差的作用下，使液相多次部分汽化，氣相多次部分冷凝。與此同時(shí)，在氨水濃度差的作用下，易揮發(fā)組分NH3由液相轉(zhuǎn)入氣相，難揮發(fā)組分由氣相轉(zhuǎn)入液相，其結(jié)果是汽提段頂部氣氨組分含量增加，可達(dá)99.9%，塔底難揮發(fā)組分聚集。由此，在生產(chǎn)工藝操作中需要調(diào)節(jié)好以下幾個重要的控制參數(shù)。

2.1 回流比的操作控制

氨汽提塔回流比的控制主要由TIC10004-FIC10006組成串級調(diào)節(jié)方式，其中TIC10004為主參數(shù)，F(xiàn)IC10006為副參數(shù)。①當(dāng)Fv10006(PV)上升MV上升，在副回路調(diào)節(jié)過程中，使閥開度下降Fv10006(PV)下降，以克服影響氨水流體波動的各種干擾因素。②為保證汽提段頂溫度Tv10004穩(wěn)定，當(dāng)Tv10004變化時(shí)，用主、副回路調(diào)節(jié)Fv10006的流量，若Tv10004(PV)下降Tv10004(MV)下降Fv10006(SV)上升Fv10006(MV)上升，閥門開度上升，Tv10004(PV)上升，從而實(shí)現(xiàn)對Tv10004的溫度控制。

2.2 塔頂壓力控制

合成氨裝置氨汽提塔10C002上部精餾塔頂惰氣排放是靠壓力調(diào)節(jié)器PRC10001通過Pv10001A和Pv10001B閥分程控制的?？刂迫缦拢?/p>

PRC10001(Pv)上升PRC10001(Mv)上升若Mv值(0～50%)Pv10001A開度上升Pv10001B在全關(guān)狀態(tài)，若Mv值(50%～100%)Pv10001B開度上升PV10001A在全開狀態(tài)。Pv10001A閥是塔頂惰性氣體排放閥，PV10001B閥是精餾氨冷卻器回水閥門。

2.3 Tv10004的作用及控制方法

氨汽提塔10C002的作用是從含NH3的氨水富液中分離出合格的產(chǎn)品氨，并再生出含氨小于0.1%的貧液。Tv10004指示的是精餾塔塔板溫度，即上部富液的精餾溫度。因?qū)τ诙旌弦簛碚f，在壓力恒定的情況下，沸點(diǎn)與成分之間存在著單值的函數(shù)關(guān)系。因此，如果壓力不變，該溫度就反映了混合液中成分的多少，也反映了餾出液產(chǎn)品氨的質(zhì)量。Tv10004如果高于設(shè)計(jì)值，會造成產(chǎn)品氨中水含量增加，反之，就會造成餾出產(chǎn)品氨量少，并造成塔底部貧液氨含量超標(biāo)。

Tv10004的溫度控制采用了兩個調(diào)節(jié)器TIC10004和FIC10006，TIC10004的輸出MV值經(jīng)換算后作為流量調(diào)節(jié)器FIC10006的設(shè)定值SV，由FIC10006的輸出MV值去控制流量調(diào)節(jié)閥的開度，改變回流氨量，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度Tv10004的目的。如圖2所示。

2.4 再沸器10E005蒸汽比值控制

在正常生產(chǎn)中，氨汽提塔的熱源由再沸器10E005提供，而10E005加熱是靠FFIC10007的比值來調(diào)節(jié)，即根據(jù)從氨吸收塔10C001來的氨水量FI10001來調(diào)節(jié)再沸器的中壓蒸汽量。

調(diào)節(jié)過程：若F10001(Pv)上升F10007(Mv)上升F10007(Sv)上升F10007(Pv)上升。

2.5 氨汽提塔的液位控制

開車階段氨汽提塔補(bǔ)的是鍋爐水，在正常生產(chǎn)中，用調(diào)節(jié)器LIC10004控制Lv10004閥門補(bǔ)充蒸汽冷凝液，以補(bǔ)充水分損失，并與整個氨回收系統(tǒng)保持水平衡。

圖2 合成氨裝置精餾塔溫度控制系統(tǒng)

3 氨汽提塔控制注意事項(xiàng)

(1)保持氨汽提塔熱平衡、水平衡。正常生產(chǎn)中再沸器熱量保持一定，損失的水分靠連續(xù)補(bǔ)充蒸汽冷凝液維持，為保證塔內(nèi)液位穩(wěn)定，貧液取樣點(diǎn)應(yīng)保持少許開度，操作中如出現(xiàn)汽提塔液位過高，將表現(xiàn)為汽提效果差，熱量不足，貧液分析不合格。這時(shí)，增加熱量，由于液位過高，可能會淹沒塔中部富液進(jìn)塔口，減弱膨脹受到影響，汽提塔仍不能正常工作。采取的措施是，應(yīng)盡快降低汽提塔液位至正常，保持熱量不變，恢復(fù)水平衡。

(2)汽提塔開車階段很長時(shí)間出現(xiàn)不合格的原因有:①塔頂惰性氣體排放不足，汽提塔壓力控制高；②汽提塔液位控制偏高；③汽提塔液位波動，頻繁補(bǔ)水，塔內(nèi)熱量變化較大；④氨冷器10E003冷卻量不夠，Pv10001B冷卻回水閥位不對等。上述這些原因，操作人員如能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會有針對性地操作，汽提塔很快會正常。但如果出現(xiàn)設(shè)備原因如10E001封頭漏、塔上部分布器堵塞分布不均、塔板傾斜、塔體密封墊漏汽等，應(yīng)能及時(shí)判斷發(fā)現(xiàn)，作停車處理。

(3)控制好Tv110004的溫度。該溫度的設(shè)計(jì)值為100℃，目前控制在70-80℃為宜，設(shè)定溫度高時(shí)，該溫度調(diào)節(jié)回路有一定的余差，經(jīng)常超過100℃，水汽易隨液氨產(chǎn)品帶走，影響成品氨質(zhì)量。因此，開車階段，溫度調(diào)節(jié)器手動控制，氨流量手動或自動控制，當(dāng)溫度指示趨于平衡，即可切為與流量串級調(diào)節(jié)。

(4)再沸器提供的熱量由加熱蒸汽FV10007自動控制，由于FI10儀表指示不準(zhǔn)，投產(chǎn)以來，F(xiàn)FIC10007不在比值調(diào)節(jié)位置，操作上已經(jīng)適應(yīng)于FIC10007投自動的操作方式。當(dāng)觀察熱量不足時(shí)能及時(shí)提高給定值自動調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

氨汽提塔是合成氨工藝氨回收單元的重要節(jié)能設(shè)備，對前系統(tǒng)不能冷凝的氣氨進(jìn)行重新汽提蒸餾，得到合格的成品氨。也是合成氨裝置回收再利用增加效益的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也為安全環(huán)保工作發(fā)揮著重要的作用。