论高压二氧化碳脱氢技术在尿素装置中的应用研究

论高压二氧化碳脱氢技术在尿素装置中的应用研究

柳楠

呼伦贝尔金新化工有限公司    内蒙古呼伦贝尔   021506

摘要：在高压二氧化碳脱氢技术应用过程中，需要深入分析在尿素装置中高压二氧化碳脱氢技术的实际应用情况。对脱氢技术在应用过程中的相关要点进行科学把握。从而提高高压二氧化碳脱氢技术在尿素装置中的应用水平。

关键词：二氧化碳；脱氢技术；尿素装置

前言

在某煤化企业尿素装置生产过程中，投入使用的装置是新一代改进型二氧化碳汽提法工艺。在该工艺投入使用之前的设计能力为2860吨/天。在装置生产过程中主要包含原料氨、二氧化碳压缩机、合成与汽提环节、循环、水解、尿液蒸发以及塔式造粒等不同工序。二氧化碳压缩机为离心式压缩机，分为两缸四段，主要包含低压缸以及高压缸。在二氧化碳脱氢系统应用过程中，需要根据尿素装置的实际情况对相关技术原理科学把握，为高压二氧化碳脱氢技术的充分应用提供参考。

1高压二氧化碳脱氢技术在尿素装置的应用

1.1装置运行概况

高压二氧化碳脱氢技术在尿素装置应用时，需要在压缩机进口部位增加防腐和脱氢反应需要的空气，利用FV-1102对流量进行调节，这样能够保证脱氢反应器与二氧化碳中的氧气置换反应顺利实现脱氢目的，并且可以有效防止合成系统被腐蚀。脱氢反应器的主要功能是燃烧反应的二氧化碳中产生的氢气，在设备运行中需要充分发挥脱氢催化剂的积极作用[1]。此次研究中使用的脱氢催化剂主要成分是PtO/PdO/Al2O3，具体的脱氢反应的反应式如下：2H2+O2=2H2O+Q。二氧化碳压缩流程图如图1。

图1 二氧化碳压缩流程图

在氢气燃烧过程中其属于放热反应，脱氢反应器的出口设计温度为224.4℃，利用TT5538A/B/C显示。温度高联锁的TAHH5538的温度为250℃。为了对脱氢反应器的具体压差进行监测，还要设置PDI5712正常值为50kPa.通过脱氢反应处理后的二氧化碳与四回三防喘振管线的二氧化碳可以进入二段冷却器完成冷却工作。需要注意四回三防喘振管线在正常情况下不处于开启状态，温度需要利用旁路TV5522完成控制。在冷却后TIC5522可以直接显示温度，冷却完成的二氧化碳在进入二段分离器之后，管线上连接的一条二回一防喘振管线可以回到压缩机一段入口，流量主要通过防喘振控制阀完成控制工作。而S103的液位在LT5722A/B上可以显示出来。LT5722B和LCV5721可以对液位进行控制。一般正常液位为20%；如果为高报警状态，液位值为50%；在高联锁状态的LAHH5722值为90%。从二段分离器出来的二氧化碳利用管线进入压缩机三段后，温度为34℃，压力2.51MPa。在这一条管线上可以安装氢含量和氧含量的在线分析仪器。氢含量正常值在50ml/m3以下、氧含量正常值为0.35%~0.45%。

1.2装置大修后的运行情况

在高压二氧化碳脱氢技术应用过程中，为了保证整体运行效益，对其进行全面检查和检修。需要对大修后装置的具体运行情况进行深入分析。在7、8月份装置停车大修后，脱氢反应器更换了新的催化剂，结束后装置开车发现每12小时左右脱氢后的温度TT5538A/B/C出现上涨情况，并且脱氢后的氧含量AT5529下降趋势比较明显。每一次温度上涨后利用关小FV-1102对空气添加量进行控制，可以防止温度上涨。TT5538A/B/C报警值为200℃，联锁值达到250℃，为三选二联锁，间隔时间与两洗装置的液氮洗分子筛再生时间吻合。而液氮洗分子筛在加热过程中需要按照程序对分子筛排班进行科学规划，每一个班为12小时加热一次。加热的主要目标是促进分子筛再生。分子筛的主要功能是脱除吸附的二氧化碳以及甲醇等分子筛主要组分，包含：一氧化碳、二氧化碳、甲醇、氢气、氮气、乙烷、丙烷、甲烷等。每次温度上涨后，化学实验室对压缩机入口以及脱氢处理后的介质中的甲烷乙烷丙烷的含量进行检测分析，发现可能因为温度上涨时间比较短，每次大约为20分钟，取样不及时获取的分析取结果都显示正常。在之后的研究中，要提高取样速度并进行多次检测分析[2]。

2脱氢技术在应用时的注意要点

在高压二氧化碳脱氢技术应用过程中，为了保证该技术充分发挥作用，将二氧化碳汽提工艺应用在尿素装置上可以有效解决尿素装置高压洗涤器以及中压尾气吸收塔系统因为氢气不断积累而存在的爆炸隐患，对保证尿素装置的整体安全性有积极作用。需要注意在高压二氧化碳脱氢技术应用中，为了确保脱氢催化剂充分发挥作用，延长脱氢催化剂的使用寿命，在装置运行时需要从以下要点出发对脱氢技术进行科学把握：

（1）根据实际情况准确掌握影响和制约脱氢催化剂使用寿命的各种因素。目前，气体中的硫含量对脱氢催化剂产生的影响比较大。在脱氢系统前需要增加脱硫槽，延长脱氢催化剂的使用寿命，同时防止硫化物对尿素装置设备以及管道产生严重腐蚀[3]。

（2）管道内壁的氧化铁粉末和粉化的脱硫剂碎末等在脱氢催化剂表面覆盖会影响催化剂的活性。因此，需要保证气体的清洁度。

（3）对净化装置进行控制，保证原料气中的一氧化碳、氢气的体积分数在0.5%以下。特别是氢气体积分数过高会导致脱氢反应器温度上涨明显。一般在原始开车过程中，二氧化碳纯度比较低时，脱氢系统暂时不需要进行升温，需要先放空二氧化碳气体，一直到二氧化碳原料气成分处于正常范围再进行升温操作。这样能够在最大程度上保证脱氢催化剂的活性。

结语

综上所述，与其他脱氢工艺在尿素装置中的应用效果相比，高压二氧化碳脱氢工艺在尿素装置中的应用具有突出的效益。为了充分发挥高压二氧化碳脱氢技术的优势，在对该技术进行应用时，需要充分利用二氧化碳受压缩而放出的热量防止出现了热病。从而使脱氢装置实现自热平衡。与中压脱氢技术相比高压二氧化碳脱氢技术能够有效节约蒸汽使用量，降低能耗，有突出的经济效益和生态环保效益。

参考文献：

[1]宋立强.大型尿素装置CO2压缩机组的关键技术研究[J].设备管理与维修，2021(12):2.

[2]贺小伟，许浩.脱氢装置在尿素生产中的应用[J].化肥工业，2018,45(1):3.

[3]张宜芳,陈明福,李胜果,等.二氧化碳汽提尿素装置无放空高压开车的方法:,CN104744309B[P].2016.