二氧化碳纯度低对尿素装置的影响

王聪茂

（河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004）

二氧化碳纯度低对尿素装置的影响

王聪茂

（河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004）

二氧化碳作为尿素生产的主要原料，纯度低对尿素装置稳定生产影响很大，同时影响氨耗、汽耗和产量。

二氧化碳；纯度；尿素生产

河南能源化工集团中原大化公司尿素装置是从意大利斯纳姆公司成套引进的，采用该公司开发的氨汽提法尿素生产工艺。该工艺技术在我国是首次引进，具有新颖、先进、节能等特点。本装置于1990年5月5日建成投产，年产尿素52万t。尿素生产的两股原料液氨和二氧化碳均来自合成氨装置。

1 二氧化碳工艺流程与纯度分析

1.1 二氧化碳工艺流程

二氧化碳作为合成氨装置生产的副产品，从脱碳系统产出。按照设计，满负荷生产时尿素装置每小时从合成氨装置引入27.4 km3（标）二氧化碳，经过透平驱动的压缩机提压到156 bar，进入尿素合成塔进行生成尿素的反应。流程见图1。

1.2 二氧化碳纯度分析下），组分不稳定，特别是5月份以来，纯度持续偏低，二氧化碳压缩机段间分析数据显示，多数在97%以下，最低到94%。（见表1）

设计要求，合成氨装置来二氧化碳纯度应大于98.5%（体积，下同），正常生产中，二氧化碳纯度多数在99%以上，加钝化空气后二氧化碳纯度在98%以上。而2013年4月份以来，合成装置脱碳系统出现问题，二氧化碳纯度偏低（97.5%以

图1 二氧化碳工艺流程

2 二氧化碳纯度低对尿素装置的影响

二氧化碳纯度低，导致尿素装置转化率和产量下降、系统易超压、汽耗增加、氨耗升高，甚至导致压缩机喘振，严重影响尿素装置的正常运行，影响分几个方面：

表1 五月份二氧化碳纯度

2.1 对转化率的影响

资料显示，原料纯度对二氧化碳转化率有较大影响，尤其是二氧化碳带有氮、氢和惰性气体，还有为了防腐蚀而加入系统的少量空气，而在尿素生产中，除了二氧化碳气体外剩余的都是惰性气体，惰性气体占据了反应器一部分容积，缩短了反应物停留时间。同时，二氧化碳纯度的波动，造成系统波动，加剧影响转化率。

日常分析数据显示，在氨碳比、水碳比、温度、压力、停留时间等因素变化不大的情况下，二氧化碳纯度对转化率影响较大，五月份转化率为53.5%，去年同期平均转化率为55%，在氨碳比、水碳比变化不大的情况下，二氧化碳纯度相差1.5个百分点，转化率相差1.5个百分点。

资料显示，氨汽提工艺生产尿素，二氧化碳转化率每增加1%，吨尿素耗蒸汽可节省57 kg，如果降低了1.5个百分点，吨尿素多消耗蒸汽85 kg，5月份多消耗蒸汽3680 t（产量43293 t）。

2.2 对产量的影响

正常生产时，压缩机段间分析二氧化碳纯度为98%以上，异常时二氧化碳纯度平均为96.5%，同样负荷下，对产量造成一定影响。5月份产量43293 t，计算：

可知，5月影响662 t产量。

况且二氧化碳纯度出现波动或纯度低于96%时，系统很容易超压，二氧化碳被迫放空，进一步影响产量，五月份统计如下：

（1）日14∶00因二氧化碳纯度低，系统超压，负荷28↘24 km3（标）／h后负荷回加，13：00加至26 km3（标）／h。影响产量10 t。

（2）1日21∶50因合成净化系统调整，二氧化碳量波动，高中压系统超压，系统减负荷28↘24 km3（标）／h，好转后加负荷，22：40加至27 km3（标）／h。影响产量10 t。

（3）8日夜班接班后负荷在23～28 km3（标）／h波动，7：00合成脱碳系统波动大，尿素随合成减负荷26↘16 km3（标）／h。影响产量60 t。

（4）8日17∶00合成脱碳系统波动，减负荷，尿素随之减负荷28↘19 km3（标）／h，19：20加负荷至28 km3（标）／h。影响产量56 t。

（5）13日2∶00因合成净化系统拦液严重，并出现多次拦液，持续到5：3尿素高中压系统超压，被迫减负荷，最低到11 km3（标）／h，好转后缓慢加负荷，5∶30负荷加之23 km3（标）／h。影响产量88t。

（6）19日5∶15因合成脱碳系统工况不好，尿素负荷波动，系统逐渐减负荷27↘25 km3（标）／h，配合合成调整系统。影响产量52 t。

（7）21日中班20∶00开始中压系统明显超压，压缩机段间分析二氧化碳纯度为95.5%，负荷降至20 km3（标）／h，之后二氧化碳纯度持续低，平均不足96.5%，负荷维持在20 km3（标）／h。减少产量525 t。共计801 t。

2.3 对压缩机的影响

二氧化碳压缩机为离心式压缩机，气体的密度变化对离心式压缩机的运行影响较大。二氧化碳纯度下降后，气体密度发生变化，导致压缩机振值增加，轴承温度增加，X08403、X08404变化较为明显，分别从19μm、27μm升高至23μm、36 μm。当二氧化碳纯度波动较大时，可导致压缩机喘振，5月12日因合成来二氧化塔纯度低，组分波动大，压缩机出现喘振，系统调整及时，二氧化碳退出系统放空，未引起跳车。

2.4 对系统压力的影响

二氧化碳纯度降低，致使惰性气体增加，惰性气体的增加致使高压系统压力容易高，P09207压力高见147bar，为维持高压压力平衡，需要开大高压气相泄压阀PV09207A，此阀门开大，加上NH3和CO2随惰气转入气相，增加了中压系统回收的负荷。

由于惰气量大，其中饱和的氨气比较多，致使中压后系统超负荷运行，中压惰气洗涤塔无法正常运行，中压系统压力P09305高见16.7 bar，为维持中压系统压力，只有增大中压放空量，增加了氨损耗。但是纯度下降到96%时，中压系统超压，系统被迫降负荷。

2.5 对氨耗的影响

五月份随着二氧化碳纯度的下降和组分的波动，致使中压放空开度增大，一度超过70%，有时全开，分析数据显示，放空气中氨含量高达60%，氨损耗明显增加，每小时氨损耗1050 kg。去年同期中压放空氨含量为30%，每小时氨损耗213 kg。同比计算如下：

本月分析中压放空气中氨含量为60%，去年同期氨含量在30%，二氧化碳负荷按26 km3（标）／h，加空气后二氧化碳纯度本月为96.5%，去年同期为97.5%。中压系统压力P09305为17BAR（绝压），排气温度为45℃，此温度下水蒸气压力为0.09771 BAR，假定惰气全部在中压放空。比较计算：

进入中压系统的惰气量为：

在中压放空气中的惰气百分含量为：

五月：1－（60%＋0.09771／17）＝39.42%

去年：1－（30%＋0.09771／17）＝69.42%

总的放空量为：

五月：910／39.42%＝2308 m3／h

去年：650／69.42%＝936 m3／h

每小时氨损耗：

五月：2308×60%／22.4*17＝1050 kg／h

去年：936×30%／22.4*17＝213 kg／h

吨尿素氨耗增加：

五月份和去年同期中压放空分析数据比较计算显示，二氧化碳纯度下降后中压放空阀氨含量由30%增加到60%，每小时氨损耗由213 kg增加到1050 kg，吨尿素氨耗增加10.6 kg，五月份增加氨耗：

43293×10.6／100＝460 t

3 小结

二氧化碳作为尿素生产的主要原料，纯度降低后，严重影响压缩机和尿素装置的正常运行，虽然通过降低负荷，稳定系统，可维持运行。但导致了尿素装置转化率下降、产量下降、汽耗增加、氨耗升高。

五月与去年同期比较，因为二氧化碳纯度下降，产量减少1245 t；蒸汽消耗增加3 680 t；液氨消耗增加460 t。

五月底合成氨装置停车检修时对脱碳系统进行了处理，开车后二氧化碳纯度正常在98%以上，尿素装置生产恢复正常。

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

王聪茂（1980－），男，河北长垣县人，工程师，2004年7月毕业于郑州大学化学工程与工艺专业，一直在河南能源化工集团中原大化公司尿素厂从事化工生产管理工作，现任尿素厂厂长。