尿素脱硫水解催化剂使用情况探讨

邢美丽，侯倩倩，赵亚芳

（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆乌鲁木齐 830011）

尿素脱硫水解催化剂使用情况探讨

邢美丽，侯倩倩，赵亚芳

（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆乌鲁木齐 830011）

通过分析脱硫催化剂和水解剂失活的原因，对比相同情况下其他流程的情况，为下一步脱硫流程的优化提供了参考意见。

脱硫；COS；水解；探讨

目前，国内尿素系统多采用低温甲醇洗气体净化工艺，尿素合成采用二氧化碳汽提工艺。尿素合成使用的CO2来至甲醇净化，设计压力为0.025～0.05MPa，温度为35℃，CO2纯度≥98.5﹪（V）、H2S＋COS≤10×10-6，经过二氧化碳压缩机压缩和脱硫水解，将总硫含量小于0.1×10-6CO2经过脱氢处理后送往合成。

从2013年试生产以来，脱硫及水解剂基本上每年要更换一次，期间出脱硫槽CO2中总硫有时达到1×10-6，导致后面的脱氢催化剂失去活性较快。脱硫剂、水解剂都没有达到厂家至少使用2a的承诺。CO2中总硫和氢含量超标，给尿素系统运行造成隐患，影响着系统长周期稳定运行。

1 脱硫水解部分概述

1.1 脱硫水解流程

从甲醇净化来的CO2气体经二氧化碳压缩机入口分离器分离后，经二氧化碳压缩机一段出口冷却器冷却后与一定量空气相混合（空气量为二氧化碳体积的4%），经二段出口冷却器冷却后进入脱硫槽（A/B），在此除去气体中的H2S＋COS，脱硫后CO2与脱氢反应器出来的CO2换热后，用2.5MPa蒸汽加热至约150～200℃后进入装有钯铂催化剂的脱氢反应器，以燃烧二氧化碳气体中的可燃组分。脱硫流程采用“夹心饼”式组合型式，即精脱硫＋水解有机硫＋精脱硫的分层装填，最终出口气体总硫含量≤0.1×10-6，再经脱氢处理后送尿素合成。

1.2 脱硫前CO2气体指标

净化来CO2经二级压缩及二级水冷气换热后压力达到2.33MPa（G），温度在60～80℃，CO2气体正常流量为28 433.44m3/h，最大流量可达到正常量的1.1倍，CO2气体组成见表1。

表1 CO2中各组分干基体积含量

气体中微量组分总硫含量一般小于10×10-6，其中H2S 含量小于4×10-6，COS含量小于6×10-6。

1.3 催化剂装填情况

CO2脱硫槽为两台（两台脱硫槽可根据实际操作时气体的含硫情况选择串联或并联操作，现在使用的是串联流程），其操作周期按2a，每年按300d计。出脱硫槽的CO2的硫含量要求总硫≤0.1×10-6。脱硫剂装填量见表2。

2 原因分析及探讨

脱硫脱氢催化剂使用时间短，造成脱硫槽出口总硫含量超出工艺指标0.1×10-6，最大可达1×10-6。下面主要从催化剂活性，工艺使用条件，原料气总硫含量等方面进行探讨造成超标的原因。

表2 脱硫剂和水解剂装填量

2.1 分析结果的影响

脱硫槽总出口设置总硫测定仪，采用火焰光度分析仪（ABB PGC2000，总硫量程：0～5×10-6）分析H2S＋COS，在DCS画面显示分析结果，作为日常监控的重点。为了判定脱硫效果，在脱硫槽入口和出口，均设有手动分析取样口，采用人工气相色谱分析。

表3列出脱硫槽出口硫含量分析，对比脱硫槽出口总硫手动和在线分析含量的变化，可以排除CO2气体中除H2S+COS之外的其他形态硫（如硫醇、硫醚等）对分析结果的影响。

表3 尿素脱硫槽出入口硫含量分析对比×10-6

2.2 流程对脱硫效果的影响

智慧校园的规划各有差异。每个高校可以根据自身的特点，综合考虑人才培养理念、办学特色和校园文化等特征，设计自己的业务架构、应用架构、资源架构和数据架构，设计出学校未来数年内操作性较强的智慧校园。以物联网、云计算、大数据技术为支撑，智慧校园应用软件架构如图2所示。

由于本装置采用的是夹心饼式脱硫流程，先用脱硫剂脱除H2S，然后在将COS水解成H2S，用脱硫剂再一次脱除H2S，从而脱除CO2中的H2S和COS。

活性炭催化吸附效果在40℃±5℃时最好，这时的硫容最高。而有机硫水解剂随着温度的提高，其水解效果较好。水解剂厂家建议在55～90℃的有效活性范围内，要求3—5月要提高5℃的水解剂入口操作温度。该入口温度的提高是通过提高脱硫槽A入口温度来实现的。由于脱硫剂装在上层，水解剂装在下层，上层脱硫后的出口温度就是下层水解剂的入口温度。提高入口温度将降低活性炭的硫容，降低其使用效率。

生产的实际情况是压缩机二段出口温度最低为55～60℃，高于活性炭的最佳硫容状态，从使用初期就丧失了部分低温活性。

表4 脱硫剂承诺值和实际值的对比

表5 水解剂承诺值和实际值的对比

注：由于活性炭的吸附作用，COS会吸附到活性炭上，待吸收饱和时，COS将通过活性炭，含量不再变化。这就是在催化剂使用初期，脱硫出口指标为0的原因。

通过表4和表5可以看出，在使用时间一致的情况下，水解剂活性衰退较快，这与催化剂本身的质量有关系。

2.3 催化剂装填量对吸收效果的影响

通过4和表5可以看出，催化剂的装填量较大，气体空速小于催化剂要求的空速，即气体在催化剂床停留时间比厂家要求的长，更有利于吸收和反应。

3 采取的措施

1）对比“脱硫剂＋加热器＋水解剂＋冷却器＋脱硫剂”的“夹心饼”工艺流程，根据“夹心饼”工艺流程的特点和催化剂使用的要求，在每一阶段，通过控制催化剂的入口温度，可以提高脱硫剂和水解剂的使用效率。同时，增大压缩机二段出口换热器的换热面积，确保入脱硫槽入口温度在40℃以下，可以充分利用脱硫剂的低温活性部分。

2）活性炭使用一段时间后，会失去脱硫能力，其空隙中聚集了硫及硫的含氧酸盐，可以通过使用过热蒸汽法使其再生，一般可再生5～10次。这样，可以延长脱硫剂的使用时间。

3）如脱硫槽出口COS含量时高时低，可用入口COS含量做参照。COS转化率达到90%左右，可采取提温方式；COS转化率在50%左右，可按COS∶H2O=1∶10加蒸汽调湿（严禁带水）；加湿且提温后COS转化率仍低于50%，则判断催化剂失活，应更换催化剂。

4 结语

通过分析现有脱硫流程存在的问题，并对比相应的流程和脱硫效果，为下一步改造指出了方向。同时，根据催化剂性质和厂家提供的资料，在使用催化剂过程中要注意一些事项，可以延长催化剂使用时间。

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

邢美丽（1984—），女，山东菏泽人，助理工程师，主要从事生产技术管理工作。