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二氧化碳純度低對尿素裝置的影響

文檔作者：王聰茂文檔來源：河南能源化工集團(tuán)中原大化公司		更新日期： 2026年06月18日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：低壓甲醇系統(tǒng)變壓吸附脫碳改造小結(jié)

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第6期
2015年1 1月
中氮肥
M—Sized Nitrogenous Fertilizer Progress
No．6
NOV．2015
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(tuán)中原大化公司，河南濮陽457004)
[摘要]二氧化碳作為尿素生產(chǎn)的主要原料，其純度不僅對尿素裝置穩(wěn)定生產(chǎn)影響很大，而且還會
影響尿素裝置的氨耗、汽耗和產(chǎn)量。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，分析二氧化碳純度低對尿素裝置的影響，通過對
脫碳系統(tǒng)進(jìn)行處理，尿素裝置生產(chǎn)恢復(fù)正常。
[關(guān)鍵詞]二氧化碳；純度；影響；尿素生產(chǎn)
[中圖分類號]TQ 441．4l [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B [文章編號]1004—9932(2015)06—0037—03
河南能源化工集團(tuán)中原大化公司尿素裝置采
用氨汽提法尿素生產(chǎn)工藝，于1990年5月5日
建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)尿素520 kt。尿素生產(chǎn)的2
股原料——液氨和二氧化碳均來自合成氨裝置。
1問題的出現(xiàn)
二氧化碳作為合成氨裝置生產(chǎn)的副產(chǎn)品，從
【收稿日期]2015—06—02
[作者簡介]王聰茂(1980一)，男，工程師，主要從事化工生
產(chǎn)管理工作，現(xiàn)任河南能源化工集團(tuán)中原大化公司尿素廠廠長。
爐內(nèi)分析計(jì)算。二次補(bǔ)氧環(huán)介質(zhì)(氧氣、蒸汽)
管路獨(dú)立，管材同主燒嘴，管路直徑通過介質(zhì)最
大流量計(jì)算，介質(zhì)流量通過出口有效氣成分、溫
度、尾渣含碳量計(jì)算。
4．4渣水閉路大循環(huán)
HT—L爐內(nèi)部技術(shù)改造完成后，初次開車升
至穩(wěn)定負(fù)荷后，由黑水成分、粗合成氣成分、尾
渣含碳量、系統(tǒng)溫度等指標(biāo)測算渣水閉路大循環(huán)
的設(shè)計(jì)參數(shù)，并制定施工方案。
5技改后HT-L爐的優(yōu)點(diǎn)
(1)煤種適應(yīng)性更廣
根據(jù)煤種設(shè)計(jì)耐火層冷卻水盤管鋪設(shè)密度和
長度，避免因燃用高灰熔點(diǎn)煤選取的高氧煤比使
爐內(nèi)局部超溫，爐內(nèi)火焰溫度過渡曲線更加平
穩(wěn)，煤種適應(yīng)性更廣，有效氣含量更高，直接從
脫碳系統(tǒng)產(chǎn)出，按照設(shè)計(jì)，滿負(fù)荷生產(chǎn)時尿素裝
置從合成氨裝置引入27 400 m3／h的二氧化碳，
經(jīng)透平驅(qū)動的壓縮機(jī)提壓到15．6 MPa后進(jìn)人尿
素合成塔進(jìn)行生成尿素的反應(yīng)。
設(shè)計(jì)要求，合成氨裝置來二氧化碳純度應(yīng)大
于98．5％(體積分?jǐn)?shù)，下同)。正常生產(chǎn)中，二
氧化碳純度多在99％以上，加鈍化空氣后二氧
化碳純度在98％以上。但從2013年4月份開
始，由于合成氨裝置脫碳系統(tǒng)出現(xiàn)問題(脫碳
溶液進(jìn)入油脂、粉塵等雜質(zhì)，造成溶液起泡，致
使脫除的二氧化碳?xì)庵袏A帶部分氫氮?dú)?，導(dǎo)致
源頭開始提高經(jīng)濟(jì)效益。
(2)對粉煤粒度要求更低
二次補(bǔ)氧環(huán)的引入使粉煤在爐內(nèi)的有效反應(yīng)
過程有所延長，較大顆粒也能轉(zhuǎn)化徹底，不僅減
輕了磨煤環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)，也從源頭上節(jié)約了能源。
(3)操作彈性更大
二次補(bǔ)氧環(huán)的引入使?fàn)t內(nèi)溫度過渡更加平
穩(wěn)，二次補(bǔ)氧主要對熔渣中的碳元素進(jìn)行二次氧
化，配合主燒嘴的氧化，使整個爐內(nèi)溫度分布更
加均勻，避免大塊渣的產(chǎn)生，從源頭上降低了渣
水處理的負(fù)荷。
(4)對環(huán)境的污染更小
二次補(bǔ)氧環(huán)的引入使原料煤中的碳元素利用
更加充分，通過2次汽氧比的調(diào)節(jié)，使生成的合
成氣中的CO：和甲烷含量更低，從而對環(huán)境的
污染更小。
萬方數(shù)據(jù)
·38· 中氮肥第6期
送尿素裝置的二氧化碳純度偏低(97．5％以
下)，且組分不穩(wěn)定，特別是5月份以后，二氧
化碳純度持續(xù)偏低，二氧化碳壓縮機(jī)段間氣體分
析數(shù)據(jù)顯示，純度多數(shù)時候在97％以下，最低
甚至達(dá)94％，平均為96．5％。
2二氧化碳純度低對尿素裝置的影響
二氧化碳純度低導(dǎo)致尿素裝置二氧化碳轉(zhuǎn)化
率和產(chǎn)量下降、系統(tǒng)易超壓、汽耗增加、氨耗升
高，甚至導(dǎo)致壓縮機(jī)喘振，嚴(yán)重影響尿素裝置的
正常運(yùn)行，具體影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
2．1 對二氧化碳轉(zhuǎn)化率的影響
研究表明，原料純度對二氧化碳轉(zhuǎn)化率有較
大影響。來自合成氨裝置的原料二氧化碳帶有
氮、氫和惰性氣體，還有為了防腐蝕而加入的少
量空氣，而在尿素生產(chǎn)中，除二氧化碳?xì)怏w外剩
余的都是惰性氣體，惰性氣體占據(jù)了反應(yīng)器的一
部分容積，縮短了物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，
導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低；同時，二氧化碳純度
的波動會造成系統(tǒng)波動，加劇對二氧化碳轉(zhuǎn)化率
的影響。
日常分析數(shù)據(jù)顯示，2013年5月，來自合
成氨裝置的二氧化碳純度平均為96．5％，較
2012年同期低1個百分點(diǎn)，而在與2012年同期
相比氨碳比、水碳比、溫度、壓力等因素變化不
大的情況下，2013年5月二氧化碳轉(zhuǎn)化率平均
為53．5％，相比于2012年同期平均轉(zhuǎn)化率55％
而言降低了1．5個百分點(diǎn)。
資料顯示，氨汽提尿素生產(chǎn)工藝，二氧化碳
轉(zhuǎn)化率每提高1％，噸尿素汽耗降低57 kg。
2013年5月，由于我公司尿素裝置二氧化碳轉(zhuǎn)
化率降低了1．5個百分點(diǎn)，導(dǎo)致噸尿素多耗蒸汽
85 kg，整個5月份多耗蒸汽3 680 t(尿素產(chǎn)量
43 293 t)。
2．2對產(chǎn)量的影響
正常生產(chǎn)時，壓縮機(jī)段間二氧化碳純度為
98％以上；異常時二氧化碳純度平均為96．5％，
意味著同樣負(fù)荷下對產(chǎn)量的影響為(以2013年
5月份尿素產(chǎn)量43 293 t為例計(jì)算)：(1—96．5％
÷98％)×43293=662 t，即理論上少產(chǎn)尿素662
t。況且二氧化碳純度出現(xiàn)波動或純度低于96％
時，系統(tǒng)很容易超壓，二氧化碳被迫放空，還將
進(jìn)一步影響產(chǎn)量。
2013年5月，由于系統(tǒng)超壓，二氧化碳被
迫放空，對尿素裝置產(chǎn)量的影響統(tǒng)計(jì)如下。
(1)5月1日14：00，因二氧化碳純度低，
系統(tǒng)超壓，入尿素系統(tǒng)二氧化碳流量從28 000
m3／h降至24 000 m3／h，情況正常后負(fù)荷回加，
13：00加至26 000 m3／h，影響產(chǎn)量10 t。
(2)5月1日21：50，因合成凈化系統(tǒng)調(diào)
整，二氧化碳流量發(fā)生波動，導(dǎo)致尿素高、中壓
系統(tǒng)超壓，系統(tǒng)被迫將負(fù)荷從28 000 m3／h降至
24 000 m3／h，情況好轉(zhuǎn)后加負(fù)荷，22：40加至
27 000 m3／h，影響產(chǎn)量10 t。
(3)5月8日0：00后，入尿素系統(tǒng)二氧化
碳流量在23 000～28 000 m3／h波動，7：00合成
脫碳系統(tǒng)波動大，尿素系統(tǒng)隨合成氨系統(tǒng)減負(fù)
荷，入尿素系統(tǒng)二氧化碳流量從26 000 m3／h減
至16 000 m3／h，影響產(chǎn)量60 t。
(4)5月8日17：00，合成脫碳系統(tǒng)波動，
減負(fù)荷，尿素裝置隨之將負(fù)荷由28 000 m3／h減
至19 000 m3／h，19：20加負(fù)荷至28 000 m3／h，
影響產(chǎn)量56 t。
(5)5月13日2：00，合成凈化系統(tǒng)攔液嚴(yán)
重，并出現(xiàn)多次攔液，持續(xù)到5：30，尿素高、
中壓系統(tǒng)超壓，被迫減負(fù)荷，入尿素系統(tǒng)二氧化
碳流量最低減到1 1 000 m3／h，情況好轉(zhuǎn)后緩慢
加負(fù)荷，5：30負(fù)荷加至23 000 1T13／h，影響產(chǎn)量
88 t。
(6)5月19日5：15，合成脫碳系統(tǒng)工況不
好，尿素系統(tǒng)負(fù)荷波動，負(fù)荷由27 000 ITl3／h逐
漸減至25 000 m3／h，配合合成調(diào)整系統(tǒng)，影響
產(chǎn)量52 t。
(7)5月21日20：00開始，中壓系統(tǒng)明顯
超壓，壓縮機(jī)段間氣體分析二氧化碳純度為
95．5％，負(fù)荷降至20 000 m3／h，之后二氧化碳
純度持續(xù)偏低，平均不足96．5％，負(fù)荷維持在
20 000 m3／h，影響產(chǎn)量525 t。
合計(jì)2013年5月因系統(tǒng)超壓放空影響尿素
產(chǎn)量801 t。
2．3對壓縮機(jī)的影響
二氧化碳壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，氣體密度
的變化對其運(yùn)行的影響較大。2013年5月二氧
化碳純度下降后，氣體密度發(fā)生了變化，導(dǎo)致壓
縮機(jī)振值增加，軸承溫度升高，X08403、
X08404變化較為明顯，分別從19 Ixm、27 txm
萬方數(shù)據(jù)
第6期王聰茂：二氧化碳純度低對尿素裝置的影響·39·
升至23 Ixm、36斗m。當(dāng)二氧化碳純度波動較大
時，可導(dǎo)致壓縮機(jī)喘振。5月12日因合成系統(tǒng)
來二氧化碳純度低、組分波動大，壓縮機(jī)出現(xiàn)喘
振，幸虧調(diào)整及時，將二氧化碳退出系統(tǒng)(放
空)，才未引起跳車。
2．4對系統(tǒng)壓力的影響
二氧化碳純度降低會導(dǎo)致尿素系統(tǒng)惰性氣體
增加，繼而易導(dǎo)致高壓系統(tǒng)壓力升高(達(dá)14．7
MPa)，為維持高壓系統(tǒng)壓力平穩(wěn)，需開大高壓
氣相泄壓閥，而此閥門開大，加上氨和二氧化碳
隨隋氣轉(zhuǎn)入氣相，會增加中壓系統(tǒng)的回收負(fù)荷，
致使中壓后系統(tǒng)超負(fù)荷，中壓惰性氣體洗滌塔無
法正常運(yùn)行，中壓系統(tǒng)壓力高達(dá)1．67 MPa。為
維持中壓系統(tǒng)壓力，不得不加大中壓放空量，致
使氨損耗增加；當(dāng)二氧化碳純度下降到96％時，
中壓系統(tǒng)超壓嚴(yán)重，系統(tǒng)將被迫降負(fù)荷。
2．5對氨耗的影響
2013年5月，隨著二氧化碳純度下降和組
分的波動，中壓放空閥開度增大，一度超過
70％，有時甚至全開，導(dǎo)致放空氣中氨含量高達(dá)
60％；而2012年同期中壓放空氣中氨含量為
30％。以下進(jìn)行氨損耗的計(jì)算。
計(jì)算條件：①2013年5月，入尿素系統(tǒng)二
氧化碳流量平均為26 000 m3／h、純度平均為
96．5％，中壓系統(tǒng)壓力1．7 MPa(A)，排氣溫
度45℃，此溫度下水蒸氣壓力為0．009 771
MPa；②2012年5月，入系統(tǒng)二氧化碳流量平
均為26 000 m3／h、純度平均為97．5％；③系統(tǒng)
滿負(fù)荷(28 000 m3／h)生產(chǎn)時，尿素產(chǎn)量為73
t／h；④假定惰性氣體全部在中壓系統(tǒng)放空。
(1)進(jìn)人中壓系統(tǒng)的惰性氣體量
2013年5月：26000×(1—96．5％)=910
m3／h
2012年5月：26000×(1—97．5％)=650
m3／h
(2)中壓放空氣中惰性氣體含量
2013年5月：1一(60％+0．009771÷1．7)
=39．42％
2012年5月：1一(30％+0．009771÷1．7)
=69．42％
(3)中壓放空氣量
2013年5月：910÷39．42％=2 308 m3／h
2012年5月：650÷69．42％=936 m3／h
(4)氨損耗
2013年5月：2308×60％÷22．4×17=
l 050 kg／h
2012年5月：936×30％÷22．4 X 17=
213 kg／h
(5)噸尿素氨耗增加
(1050—213)÷(26000×73÷28000)=
12．35 kg
上述比較計(jì)算顯示，二氧化碳純度由
97．5％下降至96．5％后，中壓放空氣中氨含量
由30％增加到60％，氨損耗由213 kg／h增加到
l 050 kg／h，噸尿素氨耗增加12．35 kg，2013年
5月氨耗增加43293×12．35÷1000=534．6 t。
3處理措施
針對二氧化碳純度降低對尿素裝置產(chǎn)生的影
響，公司于2013年5月底對合成氨裝置進(jìn)行了
停車檢修，對脫碳系統(tǒng)進(jìn)行了處理(將脫碳溶
液抽出，反復(fù)進(jìn)行過濾、沉淀，清除雜質(zhì)，對脫
碳設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行清理，并補(bǔ)充部分新鮮溶液)，
開車后二氧化碳純度恢復(fù)正常，穩(wěn)定在98％以
上，尿素裝置生產(chǎn)隨即也恢復(fù)正常。
4結(jié)語
綜上，2013年5月與2012年同期相比，因
二氧化碳純度由97．5％下降至96．5％，理論上
尿素產(chǎn)量減少444 t[(1—96．5％÷97．5％)×
43293=444 t]，加上系統(tǒng)超壓放空導(dǎo)致尿素產(chǎn)
量損失801 t，合計(jì)尿素產(chǎn)量減少1 245 t；同時，
整個5月份，蒸汽消耗增加3 680 t，液氨消耗增
加534．6 t。可見，二氧化碳純度降低后，會嚴(yán)
重影響壓縮機(jī)和尿素裝置的正常運(yùn)行，雖然可通
過降負(fù)荷的方式來穩(wěn)定系統(tǒng)、維持運(yùn)行，但會導(dǎo)
致尿素裝置二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低、產(chǎn)量下降、汽
耗增加和氨耗升高。因此，生產(chǎn)過程中，一定要
嚴(yán)格控制人尿素系統(tǒng)二氧化碳的純度，以保證裝
置的穩(wěn)定運(yùn)行，降低消耗，提升效益。

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