用于尿素生產(chǎn)的CO₂中都含有一定量的CO、H₂、CH₄、N₂及硫化物等。這是因?yàn)镃O₂來(lái)源于脫碳后的解析氣，無(wú)論采用什么方法脫碳，在脫碳液吸收CO₂的同時(shí)，還溶解了一定量的CO、H₂、CH₄、N₂及硫化物等，當(dāng)脫碳溶液再生時(shí)這些氣體隨同CO₂一同被解析出來(lái)，另外，通過(guò)加空氣到CO₂中以對(duì)設(shè)備進(jìn)行防腐保護(hù)。上述氣體在整個(gè)工藝過(guò)程中極少或完全不冷凝，并隨未反應(yīng)的NH₃及CO₂由合成塔頂排放出來(lái)，經(jīng)過(guò)高壓洗滌塔吸收大部分氨及CO₂，氣體混合物中H₂、CO、CH₄和O₂濃度急劇上升，這些可爆氣體的存在是尿素生產(chǎn)的最大安全隱患。二十世紀(jì)七八十年代，國(guó)內(nèi)外尿素工業(yè)界吸取了多起惡性爆炸事故的教訓(xùn)，相繼采用催化燃燒技術(shù)脫除CO₂原料氣中的H₂，主要在重油和天然氣為原料的大型尿素廠應(yīng)用。由于脫氫催化劑最早由國(guó)外公司開(kāi)發(fā)，價(jià)格很貴，對(duì)硫又非常敏感，國(guó)內(nèi)先前設(shè)計(jì)的尿素裝置絕大多數(shù)采用煤制氣，CO₂原料氣中硫含量高，CO₂氣體精脫硫技術(shù)當(dāng)時(shí)還未開(kāi)發(fā)成功，故國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的尿素裝置均未采用脫H₂技術(shù)。

    上世紀(jì)90年代，湖北化學(xué)研究院在CO₂脫氫催化劑的研制、脫氫工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和CO₂精脫硫技術(shù)等方面做了大量的工作，并取得了突破性進(jìn)展。CO₂精脫硫技術(shù)已在多家食品CO₂廠使用，達(dá)到國(guó)際食品CO₂標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)發(fā)的TH-2、TH-3脫H₂催化劑，已在多個(gè)大中小型尿素廠推廣應(yīng)用，并取得了預(yù)期效果。

    江蘇華昌化工股份有限公司是一家以基礎(chǔ)化工為主，精細(xì)化工、生物化工并舉的現(xiàn)代化企業(yè)，主要產(chǎn)品為合成氨、尿素、純堿、氯化銨、精甲醇、復(fù)合肥、精細(xì)化工產(chǎn)品和熱電產(chǎn)品。尿素生產(chǎn)以煤為原料，采用改進(jìn)型CO₂汽提法工藝。CO₂中帶有一定量的CO、H₂、CH₄、N₂及硫化物等，既存在可燃?xì)怏w爆炸的安全隱患，又有硫?qū)υO(shè)備腐蝕的擔(dān)憂。國(guó)內(nèi)已有尿素系統(tǒng)發(fā)生爆炸的先例，還有多家尿素廠因硫含量高而引起CO₂壓縮機(jī)、蒸發(fā)加熱器等設(shè)備的腐蝕，輕則停車(chē)、重則更換設(shè)備。公司經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)和考察，選擇了湖北化學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的CO₂精脫硫技術(shù)、HC-2型微量硫分析儀和TH-3型脫H₂催化劑組成的尿素CO₂脫H₂新技術(shù)。

    尿素CO₂原料氣脫氫新技術(shù)是由常溫精脫硫技術(shù)與TH-3脫氫催化劑組合使用，可從根本上消除爆炸性氣體給尿素生產(chǎn)帶來(lái)的安全隱患，解決尿素生產(chǎn)系統(tǒng)的腐蝕及爆炸問(wèn)題。

    原料CO₂氣中硫化物主要是H₂S與COS，傳統(tǒng)的干法脫硫方法是采用普通活性炭、氧化鐵或其它混合型脫硫劑，它們的脫硫精度差（H₂S＜1ppm）、硫容低、無(wú)法脫除COS，不能達(dá)到精脫硫指標(biāo)，無(wú)法滿足脫氫催化劑對(duì)氣質(zhì)的要求。

    自1991年以來(lái)，湖北化學(xué)研究院成功開(kāi)發(fā)了多種常溫精脫硫劑和JTL－1、JTL-4、JTL-5常溫精脫硫新工藝，其中JTL-1常溫精脫硫新工藝系由T102（或T703）型精脫硫劑與T504 型COS 水解催化劑組合使用，可將總硫（ H₂S +COS ）脫至＜0.06×10^-6，廣泛應(yīng)用于甲醇、合成氨、電子、精細(xì)化工等領(lǐng)域，取得了顯著的效果。但高濃度CO₂由于競(jìng)爭(zhēng)吸附與平衡制約的原因，大大影響了水解催化劑的轉(zhuǎn)化率和精脫硫的脫除效果。針對(duì)CO₂精脫硫問(wèn)題，經(jīng)過(guò)努力開(kāi)發(fā)了CO₂氣精脫硫技術(shù)，較好地解決了這一難題，其工藝流程見(jiàn)圖1。

2.1.1  CO₂精脫硫工藝的工作原理

    CO₂原料氣經(jīng)氣水分離器后首先進(jìn)入第一脫硫塔（裝填T703型氧化鐵精脫硫劑或T103型活性炭精脫硫劑）脫除H₂S，然后經(jīng)加熱器提溫至40~100℃，進(jìn)入水解塔（裝填T504A型水解催化劑），將COS水解成H₂S，進(jìn)入第二脫硫塔（裝填T104A或T103型活性炭精脫硫劑），將水解轉(zhuǎn)化的H₂S脫除，從而達(dá)到出口總硫（H₂S+COS）＜0.06 ×10^-6，有效保護(hù)脫H₂催化劑和防止硫?qū)υO(shè)備的腐蝕。

                                圖1   CO₂常溫精脫硫新工藝流程圖

2.1.2  CO₂精脫硫工藝的特點(diǎn)

    開(kāi)發(fā)了能抗高濃度CO₂干擾的T504A水解催化劑和CO₂專(zhuān)用的T103、T104A精脫硫劑，H₂S和COS可分別脫至＜0.03×10^-6。

    該工藝開(kāi)車(chē)時(shí)間短、能耗低、無(wú)需再生、操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境不造成任何污染，可保證生產(chǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

    尿素脫氫催化劑最早由國(guó)外公司開(kāi)發(fā)，進(jìn)口價(jià)格很貴，1986年中科院蘭州化物所開(kāi)發(fā)出DH-2型脫氫催化劑，代替進(jìn)口開(kāi)始在非煤為原料的尿素裝置使用。針對(duì)國(guó)內(nèi)需求，湖北化學(xué)研究院經(jīng)過(guò)多年努力開(kāi)發(fā)出了TH-2和TH-3脫氫催化劑，1999年6月TH-2脫氫催化劑在鎮(zhèn)海煉化公司油為原料的52萬(wàn)噸/年尿素裝置中成功應(yīng)用，脫氫器出口H₂〈 50 ppm，后來(lái)又選用性能更優(yōu)越的TH-3脫氫催化劑。TH-2和TH-3脫氫催化劑在鎮(zhèn)海煉化的應(yīng)用成功，引起業(yè)界的普遍關(guān)注，隨后又在四川美豐、上海吳涇化工廠、四川川化、烏魯木齊石化廠等以天然氣為原料的尿素廠應(yīng)用。 CO₂精脫硫技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)為T(mén)H-2和TH-3脫氫催化劑在以煤為原料的尿素廠使用打好了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，2001年山東東阿化肥廠率先在以煤為原料的尿素廠使用脫氫新技術(shù)，隨后湖北宜化集團(tuán)、山東坊化肥廠等廠開(kāi)始使用尿素脫氫新技術(shù)。

2.2.1  TH-3型H₂脫催化劑的性能及使用條件見(jiàn)表1。

2.2.2  脫氫原理

       CO₂原料氣脫H₂工藝中包括CO₂氣精脫硫、除油、加熱、脫氫等部分。如前所述CO₂脫氫實(shí)際上是在脫H₂催化劑作用下，使CO₂氣中的H₂等可燃性氣體與O₂反應(yīng)生成H₂O。從而達(dá)到脫除爆炸性氣體的目的，即：

    2H₂  +  1 / 2 O₂   → 2H₂O

        脫氫工藝流程如圖2所示。

                      

     自CO₂壓縮機(jī)來(lái)的CO₂氣，經(jīng)提溫使氣體溫度達(dá)到脫H₂催化劑所需溫度（150～220℃），而后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，CO₂氣中的H₂等可燃?xì)怏w在催化劑作用下與O₂反應(yīng)，出脫H₂反應(yīng)器的CO₂氣中殘余氫量<50ppm。出反應(yīng)器的CO₂氣體因H₂等氣體的燃燒使其溫度升高，溫度升高多少視H₂等可燃?xì)夂�量而定。出反�?yīng)器的熱CO₂氣經(jīng)冷卻后去CO₂壓縮機(jī)或直接送往尿素合成塔。

     脫氫裝置可設(shè)在CO₂壓縮機(jī)段間，也可設(shè)在壓縮機(jī)的最后一段。裝置設(shè)在段間的優(yōu)點(diǎn)是：一般段間溫度較末段高，可節(jié)省加熱消耗的熱量；同時(shí)可利用壓縮機(jī)段間冷卻、分離器等設(shè)備，減少設(shè)備投資及冷卻水消耗。具體放在什么位置應(yīng)根據(jù)各廠的具體情況而定。

    江蘇華昌化工股份有限公司尿素裝置均采用改進(jìn)型CO₂汽提法工藝進(jìn)行操作。CO₂原料氣脫氫采用湖北化學(xué)研究院脫氫新技術(shù)。尿素CO₂三段壓縮機(jī)后各段均是無(wú)油潤(rùn)滑，脫氫裝置設(shè)在無(wú)油潤(rùn)滑段，可以減少除油的麻煩和節(jié)省投資。

    我國(guó)中小型氮肥廠主要以煤為原料制氣，變換氣中硫含量都較高，一般多在100~200mg/Nm³，即使一些廠增加了變換氣濕法脫硫，脫硫后變換氣體中硫化物也在1~10mg/Nm³。這些硫化物經(jīng)過(guò)脫碳，最后都富集到了CO­₂氣中，致使CO₂氣中硫含量很高。因CO₂脫硫難度大，過(guò)去的脫硫技術(shù)達(dá)不到精脫水平。CO₂脫氫催化劑是鈀-鉑等貴金屬催化劑，價(jià)格較一般催化劑高得多。這種催化劑對(duì)硫化物等毒物十分敏感，少量的硫化物就能引起催化劑活性下降甚至失活。湖北省化學(xué)研究院成功開(kāi)發(fā)出CO₂氣中專(zhuān)用的常溫精脫硫劑及其工藝，解決了高濃度CO₂氣條件下的精脫硫難題，精脫硫后CO₂氣中總硫可達(dá)<0.1ppm，CO₂氣中精脫硫的突破為我國(guó)CO₂氣脫氫技術(shù)的推廣創(chuàng)造了條件，并成為CO₂脫氫的主要組成部分。尿素CO₂氣精脫硫不僅有效地保護(hù)了脫氫催化劑，延長(zhǎng)了催化劑壽命，同時(shí)也減少硫?qū)δ蛩叵到y(tǒng)的設(shè)備、管道腐蝕，從另一方面保障安全生產(chǎn)起到了重要作用。

    以煤為原料的尿素廠CO₂原料氣脫氫技術(shù)方案是先精脫硫，然后再脫氫。精脫硫放在壓縮即二段出口，因原料氣中H₂S含量高，第一精脫硫塔設(shè)置兩塔并聯(lián)運(yùn)行。同時(shí)為防止帶水，將T104A放在了冷卻器之前，很好地解決了露點(diǎn)帶水問(wèn)題。脫氫裝置放在壓縮機(jī)四段后，CO₂經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)，再提溫使氣體溫度達(dá)到脫H₂催化劑所需溫度（150～220℃），而后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，CO₂氣中的H₂等可燃?xì)怏w在催化劑作用下與O₂反應(yīng)，出脫H₂反應(yīng)器的CO₂氣中殘余氫含量<50ppm。出反應(yīng)器的熱CO₂氣經(jīng)冷卻后去CO₂壓縮機(jī)或直接送往尿素二氧化碳?xì)馓崴��?/DIV>