尿素脫硫水解催化劑使用情況探討

邢美麗，侯倩倩，趙亞芳

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011）

尿素脫硫水解催化劑使用情況探討

邢美麗，侯倩倩，趙亞芳

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011）

通過分析脫硫催化劑和水解劑失活的原因，對比相同情況下其他流程的情況，為下一步脫硫流程的優(yōu)化提供了參考意見。

脫硫；COS；水解；探討

目前，國內(nèi)尿素系統(tǒng)多采用低溫甲醇洗氣體凈化工藝，尿素合成采用二氧化碳汽提工藝。尿素合成使用的CO2來至甲醇凈化，設(shè)計壓力為0.025～0.05MPa，溫度為35℃，CO2純度≥98.5﹪（V）、H2S＋COS≤10×10-6，經(jīng)過二氧化碳壓縮機(jī)壓縮和脫硫水解，將總硫含量小于0.1×10-6CO2經(jīng)過脫氫處理后送往合成。

從2013年試生產(chǎn)以來，脫硫及水解劑基本上每年要更換一次，期間出脫硫槽CO2中總硫有時達(dá)到1×10-6，導(dǎo)致后面的脫氫催化劑失去活性較快。脫硫劑、水解劑都沒有達(dá)到廠家至少使用2a的承諾。CO2中總硫和氫含量超標(biāo)，給尿素系統(tǒng)運(yùn)行造成隱患，影響著系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 脫硫水解部分概述

1.1 脫硫水解流程

從甲醇凈化來的CO2氣體經(jīng)二氧化碳壓縮機(jī)入口分離器分離后，經(jīng)二氧化碳壓縮機(jī)一段出口冷卻器冷卻后與一定量空氣相混合（空氣量為二氧化碳體積的4%），經(jīng)二段出口冷卻器冷卻后進(jìn)入脫硫槽（A/B），在此除去氣體中的H2S＋COS，脫硫后CO2與脫氫反應(yīng)器出來的CO2換熱后，用2.5MPa蒸汽加熱至約150～200℃后進(jìn)入裝有鈀鉑催化劑的脫氫反應(yīng)器，以燃燒二氧化碳?xì)怏w中的可燃組分。脫硫流程采用“夾心餅”式組合型式，即精脫硫＋水解有機(jī)硫＋精脫硫的分層裝填，最終出口氣體總硫含量≤0.1×10-6，再經(jīng)脫氫處理后送尿素合成。

1.2 脫硫前CO2氣體指標(biāo)

凈化來CO2經(jīng)二級壓縮及二級水冷氣換熱后壓力達(dá)到2.33MPa（G），溫度在60～80℃，CO2氣體正常流量為28 433.44m3/h，最大流量可達(dá)到正常量的1.1倍，CO2氣體組成見表1。

表1 CO2中各組分干基體積含量

氣體中微量組分總硫含量一般小于10×10-6，其中H2S 含量小于4×10-6，COS含量小于6×10-6。

1.3 催化劑裝填情況

CO2脫硫槽為兩臺（兩臺脫硫槽可根據(jù)實際操作時氣體的含硫情況選擇串聯(lián)或并聯(lián)操作，現(xiàn)在使用的是串聯(lián)流程），其操作周期按2a，每年按300d計。出脫硫槽的CO2的硫含量要求總硫≤0.1×10-6。脫硫劑裝填量見表2。

2 原因分析及探討

脫硫脫氫催化劑使用時間短，造成脫硫槽出口總硫含量超出工藝指標(biāo)0.1×10-6，最大可達(dá)1×10-6。下面主要從催化劑活性，工藝使用條件，原料氣總硫含量等方面進(jìn)行探討造成超標(biāo)的原因。

表2 脫硫劑和水解劑裝填量

2.1 分析結(jié)果的影響

脫硫槽總出口設(shè)置總硫測定儀，采用火焰光度分析儀（ABB PGC2000，總硫量程：0～5×10-6）分析H2S＋COS，在DCS畫面顯示分析結(jié)果，作為日常監(jiān)控的重點(diǎn)。為了判定脫硫效果，在脫硫槽入口和出口，均設(shè)有手動分析取樣口，采用人工氣相色譜分析。

表3列出脫硫槽出口硫含量分析，對比脫硫槽出口總硫手動和在線分析含量的變化，可以排除CO2氣體中除H2S+COS之外的其他形態(tài)硫（如硫醇、硫醚等）對分析結(jié)果的影響。

表3 尿素脫硫槽出入口硫含量分析對比×10-6

2.2 流程對脫硫效果的影響

智慧校園的規(guī)劃各有差異。每個高校可以根據(jù)自身的特點(diǎn)，綜合考慮人才培養(yǎng)理念、辦學(xué)特色和校園文化等特征，設(shè)計自己的業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、資源架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)，設(shè)計出學(xué)校未來數(shù)年內(nèi)操作性較強(qiáng)的智慧校園。以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)為支撐，智慧校園應(yīng)用軟件架構(gòu)如圖2所示。

由于本裝置采用的是夾心餅式脫硫流程，先用脫硫劑脫除H2S，然后在將COS水解成H2S，用脫硫劑再一次脫除H2S，從而脫除CO2中的H2S和COS。

活性炭催化吸附效果在40℃±5℃時最好，這時的硫容最高。而有機(jī)硫水解劑隨著溫度的提高，其水解效果較好。水解劑廠家建議在55～90℃的有效活性范圍內(nèi)，要求3—5月要提高5℃的水解劑入口操作溫度。該入口溫度的提高是通過提高脫硫槽A入口溫度來實現(xiàn)的。由于脫硫劑裝在上層，水解劑裝在下層，上層脫硫后的出口溫度就是下層水解劑的入口溫度。提高入口溫度將降低活性炭的硫容，降低其使用效率。

生產(chǎn)的實際情況是壓縮機(jī)二段出口溫度最低為55～60℃，高于活性炭的最佳硫容狀態(tài)，從使用初期就喪失了部分低溫活性。

表4 脫硫劑承諾值和實際值的對比

表5 水解劑承諾值和實際值的對比

注：由于活性炭的吸附作用，COS會吸附到活性炭上，待吸收飽和時，COS將通過活性炭，含量不再變化。這就是在催化劑使用初期，脫硫出口指標(biāo)為0的原因。

通過表4和表5可以看出，在使用時間一致的情況下，水解劑活性衰退較快，這與催化劑本身的質(zhì)量有關(guān)系。

2.3 催化劑裝填量對吸收效果的影響

通過4和表5可以看出，催化劑的裝填量較大，氣體空速小于催化劑要求的空速，即氣體在催化劑床停留時間比廠家要求的長，更有利于吸收和反應(yīng)。

3 采取的措施

1）對比“脫硫劑＋加熱器＋水解劑＋冷卻器＋脫硫劑”的“夾心餅”工藝流程，根據(jù)“夾心餅”工藝流程的特點(diǎn)和催化劑使用的要求，在每一階段，通過控制催化劑的入口溫度，可以提高脫硫劑和水解劑的使用效率。同時，增大壓縮機(jī)二段出口換熱器的換熱面積，確保入脫硫槽入口溫度在40℃以下，可以充分利用脫硫劑的低溫活性部分。

2）活性炭使用一段時間后，會失去脫硫能力，其空隙中聚集了硫及硫的含氧酸鹽，可以通過使用過熱蒸汽法使其再生，一般可再生5～10次。這樣，可以延長脫硫劑的使用時間。

3）如脫硫槽出口COS含量時高時低，可用入口COS含量做參照。COS轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%左右，可采取提溫方式；COS轉(zhuǎn)化率在50%左右，可按COS∶H2O=1∶10加蒸汽調(diào)濕（嚴(yán)禁帶水）；加濕且提溫后COS轉(zhuǎn)化率仍低于50%，則判斷催化劑失活，應(yīng)更換催化劑。

4 結(jié)語

通過分析現(xiàn)有脫硫流程存在的問題，并對比相應(yīng)的流程和脫硫效果，為下一步改造指出了方向。同時，根據(jù)催化劑性質(zhì)和廠家提供的資料，在使用催化劑過程中要注意一些事項，可以延長催化劑使用時間。

D i s c u s s i o n o n t h e U s e o f U r e a D e s u l f u r i z a t i o n H y d r o l y s i s C a t a l y s t

Xing Mei-li，Hou Qian-qian，Zhao Ya-fang

By analyzing the reasons of deactivation of desulfurization catalyst and hydrolyzate，the fl ow of other processes in the same situation is compared，which provides a reference for the optimization of the next desulfurization process.

desulfurization；COS；hydrolysis；discussion

TQ441.41

A

1003-6490（2017）08-0005-02

2017-06-03

邢美麗（1984—），女，山東菏澤人，助理工程師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。