（河南能源化工集团中原大化公司，河南 濮阳457004）
［摘 要］二氧化碳作为尿素生产的主要原料，其纯度不仅对尿素装置稳定生产影响很大，而且还会影响尿素装置的氨耗、汽耗和产量。结合实际生产情况，分析二氧化碳纯度低对尿素装置的影响，通过对脱碳系统进行处理，尿素装置生产恢复正常。
［关键词］二氧化碳；纯度；影响；尿素生产
［中图分类号］TQ 441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2015）06-0037-03
河南能源化工集团中原大化公司尿素装置采用氨汽提法尿素生产工艺，于1990年5月5日建成投产，设计年产尿素520 kt。尿素生产的2股原料——液氨和二氧化碳均来自合成氨装置。
1 问题的出现
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从合成氨装置引入27 400 m3/h的二氧化碳，经透平驱动的压缩机提压到156 MPa后进入尿素合成塔进行生成尿素的反应。
设计要求，合成氨装置来二氧化碳纯度应大于98.5%（体积分数，下同）。正常生产中，二氧化碳纯度多在99%以上，加钝化空气后二氧化碳纯度在98%以上。但从2013年4月份开始，由于合成氨装置脱碳系统出现问题（脱碳溶液进入油脂、粉尘等杂质，造成溶液起泡，致使脱除的二氧化碳气中夹带部分氢氮气），导致送尿素装置的二氧化碳纯度偏低（97.5%以下），且组分不稳定，特别是5月份以后，二氧化碳纯度持续偏低，二氧化碳压缩机段间气体分析数据显示，纯度多数时候在97%以下，最低甚至达94%，平均为96.5%。
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二氧化碳转化率和产量下降、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，具体影响主要表现在以下几个方面。
2.1 对二氧化碳转化率的影响
研究表明，原料纯度对二氧化碳转化率有较大影响。来自合成氨装置的原料二氧化碳带有氮、氢和惰性气体，还有为了防腐蚀而加入的少量空气，而在尿素生产中，除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的一部分容积，缩短了物料在反应器内的停留时间，导致二氧化碳转化率降低；同时，二氧化碳纯度的波动会造成系统波动，加剧对二氧化碳转化率的影响。
日常分析数据显示，2013年5月，来自合成氨装置的二氧化碳纯度平均为965%，较2012年同期低1个百分点，而在与2012年同期相比氨碳比、水碳比、温度、压力等因素变化不大的情况下，2013年5月二氧化碳转化率平均为53.5%，相比于2012年同期平均转化率55%而言降低了1.5个百分点。
资料显示，氨汽提尿素生产工艺，二氧化碳转化率每提高1%，吨尿素汽耗降低57 kg。2013年5月，由于我公司尿素装置二氧化碳转化率降低了1.5个百分点，导致吨尿素多耗蒸汽85 kg，整个5月份多耗蒸汽3 680 t（尿素产量 43 293 t）。
2.2 对产量的影响
正常生产时，压缩机段间二氧化碳纯度为98%以上；异常时二氧化碳纯度平均为96.5%，意味着同样负荷下对产量的影响为（以2013年5月份尿素产量43 293 t为例计算）：（1-96.5%÷98%）×43293=662 t，即理论上少产尿素662 t。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，还将进一步影响产量。
2013年5月，由于系统超压，二氧化碳被迫放空，对尿素装置产量的影响统计如下。
（1）5月1日14:00，因二氧化碳纯度低，系统超压，入尿素系统二氧化碳流量从28 000 m3/h降至24 000 m3/h，情况正常后负荷回加，13:00加至26 000 m3/h，影响产量 10 t。
（2）5月1日21:50，因合成净化系统调整，二氧化碳流量发生波动，导致尿素高、中压系统超压，系统被迫将负荷从28 000 m3/h降至24 000 m3/h，情况好转后加负荷，22:40加至27 000 m3/h，影响产量10 t。
（3）5月8日0:00后，入尿素系统二氧化碳流量在23 000～28 000 m3/h 波动，7:00合成脱碳系统波动大，尿素系统随合成氨系统减负荷，入尿素系统二氧化碳流量从26 000 m3/h减至16 000 m3/h，影响产量60 t。
（4）5月8日17:00，合成脱碳系统波动，减负荷，尿素装置随之将负荷由28 000 m3/h减至19 000 m3/h ，19:20加负荷至28 000 m3/h，影响产量56 t。
（5）5月13日2:00，合成净化系统拦液严重，并出现多次拦液，持续到5:30，尿素高、中压系统超压，被迫减负荷，入尿素系统二氧化碳流量最低减到11 000 m3/h ，情况好转后缓慢加负荷，5:30负荷加至23 000 m3/h ，影响产量88 t。
（6）5月19日5:15，合成脱碳系统工况不好，尿素系统负荷波动，负荷由27 000 m3/h逐渐减至25 000 m3/h ，配合合成调整系统，影响产量52 t。
（7）5月21日20:00开始，中压系统明显超压，压缩机段间气体分析二氧化碳纯度为95.5%，负荷降至20 000 m3/h，之后二氧化碳纯度持续偏低，平均不足96.5%，负荷维持在20 000 m3/h，影响产量525 t。
合计2013年5月因系统超压放空影响尿素产量801 t。
更多内容请见《中氮肥》2015年第6期