二氧化碳純度低對尿素裝置的影響

王聰茂

（河南能源化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

二氧化碳純度低對尿素裝置的影響

王聰茂

（河南能源化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

二氧化碳作為尿素生產的主要原料，純度低對尿素裝置穩定生產影響很大，同時影響氨耗、汽耗和產量。

二氧化碳；純度；尿素生產

河南能源化工集團中原大化公司尿素裝置是從意大利斯納姆公司成套引進的，采用該公司開發的氨汽提法尿素生產工藝。該工藝技術在我國是首次引進，具有新穎、先進、節能等特點。本裝置于1990年5月5日建成投產，年產尿素52萬t。尿素生產的兩股原料液氨和二氧化碳均來自合成氨裝置。

1 二氧化碳工藝流程與純度分析

1.1 二氧化碳工藝流程

二氧化碳作為合成氨裝置生產的副產品，從脫碳系統產出。按照設計，滿負荷生產時尿素裝置每小時從合成氨裝置引入27.4 km3（標）二氧化碳，經過透平驅動的壓縮機提壓到156 bar，進入尿素合成塔進行生成尿素的反應。流程見圖1。

1.2 二氧化碳純度分析下），組分不穩定，特別是5月份以來，純度持續偏低，二氧化碳壓縮機段間分析數據顯示，多數在97%以下，最低到94%。（見表1）

設計要求，合成氨裝置來二氧化碳純度應大于98.5%（體積，下同），正常生產中，二氧化碳純度多數在99%以上，加鈍化空氣后二氧化碳純度在98%以上。而2013年4月份以來，合成裝置脫碳系統出現問題，二氧化碳純度偏低（97.5%以

圖1 二氧化碳工藝流程

2 二氧化碳純度低對尿素裝置的影響

二氧化碳純度低，導致尿素裝置轉化率和產量下降、系統易超壓、汽耗增加、氨耗升高，甚至導致壓縮機喘振，嚴重影響尿素裝置的正常運行，影響分幾個方面：

表1 五月份二氧化碳純度

2.1 對轉化率的影響

資料顯示，原料純度對二氧化碳轉化率有較大影響，尤其是二氧化碳帶有氮、氫和惰性氣體，還有為了防腐蝕而加入系統的少量空氣，而在尿素生產中，除了二氧化碳氣體外剩余的都是惰性氣體，惰性氣體占據了反應器一部分容積，縮短了反應物停留時間。同時，二氧化碳純度的波動，造成系統波動，加劇影響轉化率。

日常分析數據顯示，在氨碳比、水碳比、溫度、壓力、停留時間等因素變化不大的情況下，二氧化碳純度對轉化率影響較大，五月份轉化率為53.5%，去年同期平均轉化率為55%，在氨碳比、水碳比變化不大的情況下，二氧化碳純度相差1.5個百分點，轉化率相差1.5個百分點。

資料顯示，氨汽提工藝生產尿素，二氧化碳轉化率每增加1%，噸尿素耗蒸汽可節省57 kg，如果降低了1.5個百分點，噸尿素多消耗蒸汽85 kg，5月份多消耗蒸汽3680 t（產量43293 t）。

2.2 對產量的影響

正常生產時，壓縮機段間分析二氧化碳純度為98%以上，異常時二氧化碳純度平均為96.5%，同樣負荷下，對產量造成一定影響。5月份產量43293 t，計算：

可知，5月影響662 t產量。

況且二氧化碳純度出現波動或純度低于96%時，系統很容易超壓，二氧化碳被迫放空，進一步影響產量，五月份統計如下：

（1）日14∶00因二氧化碳純度低，系統超壓，負荷28↘24 km3（標）／h后負荷回加，13：00加至26 km3（標）／h。影響產量10 t。

（2）1日21∶50因合成凈化系統調整，二氧化碳量波動，高中壓系統超壓，系統減負荷28↘24 km3（標）／h，好轉后加負荷，22：40加至27 km3（標）／h。影響產量10 t。

（3）8日夜班接班后負荷在23～28 km3（標）／h波動，7：00合成脫碳系統波動大，尿素隨合成減負荷26↘16 km3（標）／h。影響產量60 t。

（4）8日17∶00合成脫碳系統波動，減負荷，尿素隨之減負荷28↘19 km3（標）／h，19：20加負荷至28 km3（標）／h。影響產量56 t。

（5）13日2∶00因合成凈化系統攔液嚴重，并出現多次攔液，持續到5：3尿素高中壓系統超壓，被迫減負荷，最低到11 km3（標）／h，好轉后緩慢加負荷，5∶30負荷加之23 km3（標）／h。影響產量88t。

（6）19日5∶15因合成脫碳系統工況不好，尿素負荷波動，系統逐漸減負荷27↘25 km3（標）／h，配合合成調整系統。影響產量52 t。

（7）21日中班20∶00開始中壓系統明顯超壓，壓縮機段間分析二氧化碳純度為95.5%，負荷降至20 km3（標）／h，之后二氧化碳純度持續低，平均不足96.5%，負荷維持在20 km3（標）／h。減少產量525 t。共計801 t。

2.3 對壓縮機的影響

二氧化碳壓縮機為離心式壓縮機，氣體的密度變化對離心式壓縮機的運行影響較大。二氧化碳純度下降后，氣體密度發生變化，導致壓縮機振值增加，軸承溫度增加，X08403、X08404變化較為明顯，分別從19μm、27μm升高至23μm、36 μm。當二氧化碳純度波動較大時，可導致壓縮機喘振，5月12日因合成來二氧化塔純度低，組分波動大，壓縮機出現喘振，系統調整及時，二氧化碳退出系統放空，未引起跳車。

2.4 對系統壓力的影響

二氧化碳純度降低，致使惰性氣體增加，惰性氣體的增加致使高壓系統壓力容易高，P09207壓力高見147bar，為維持高壓壓力平衡，需要開大高壓氣相泄壓閥PV09207A，此閥門開大，加上NH3和CO2隨惰氣轉入氣相，增加了中壓系統回收的負荷。

由于惰氣量大，其中飽和的氨氣比較多，致使中壓后系統超負荷運行，中壓惰氣洗滌塔無法正常運行，中壓系統壓力P09305高見16.7 bar，為維持中壓系統壓力，只有增大中壓放空量，增加了氨損耗。但是純度下降到96%時，中壓系統超壓，系統被迫降負荷。

2.5 對氨耗的影響

五月份隨著二氧化碳純度的下降和組分的波動，致使中壓放空開度增大，一度超過70%，有時全開，分析數據顯示，放空氣中氨含量高達60%，氨損耗明顯增加，每小時氨損耗1050 kg。去年同期中壓放空氨含量為30%，每小時氨損耗213 kg。同比計算如下：

本月分析中壓放空氣中氨含量為60%，去年同期氨含量在30%，二氧化碳負荷按26 km3（標）／h，加空氣后二氧化碳純度本月為96.5%，去年同期為97.5%。中壓系統壓力P09305為17BAR（絕壓），排氣溫度為45℃，此溫度下水蒸氣壓力為0.09771 BAR，假定惰氣全部在中壓放空。比較計算：

進入中壓系統的惰氣量為：

在中壓放空氣中的惰氣百分含量為：

五月：1－（60%＋0.09771／17）＝39.42%

去年：1－（30%＋0.09771／17）＝69.42%

總的放空量為：

五月：910／39.42%＝2308 m3／h

去年：650／69.42%＝936 m3／h

每小時氨損耗：

五月：2308×60%／22.4*17＝1050 kg／h

去年：936×30%／22.4*17＝213 kg／h

噸尿素氨耗增加：

五月份和去年同期中壓放空分析數據比較計算顯示，二氧化碳純度下降后中壓放空閥氨含量由30%增加到60%，每小時氨損耗由213 kg增加到1050 kg，噸尿素氨耗增加10.6 kg，五月份增加氨耗：

43293×10.6／100＝460 t

3 小結

二氧化碳作為尿素生產的主要原料，純度降低后，嚴重影響壓縮機和尿素裝置的正常運行，雖然通過降低負荷，穩定系統，可維持運行。但導致了尿素裝置轉化率下降、產量下降、汽耗增加、氨耗升高。

五月與去年同期比較，因為二氧化碳純度下降，產量減少1245 t；蒸汽消耗增加3 680 t；液氨消耗增加460 t。

五月底合成氨裝置停車檢修時對脫碳系統進行了處理，開車后二氧化碳純度正常在98%以上，尿素裝置生產恢復正常。

Effect of low purity of carbon dioxide on urea plant

Wang Cong-mao
（Henan energy and chemical group，，Puyang Henan 457004，China）

Carbon dioxide is the main raw material for urea production.The purity of carbon dioxide has a great influence on the stability of urea plant.

carbon dioxide；purity；urea production

TQ441.41

B

1003-6490（2015）03-027-03

2015－05－28

王聰茂（1980－），男，河北長垣縣人，工程師，2004年7月畢業于鄭州大學化學工程與工藝專業，一直在河南能源化工集團中原大化公司尿素廠從事化工生產管理工作，現任尿素廠廠長。