谢辉，高杨，张彪，闫祥，杨继凯
（安徽泉盛化工有限公司，安徽 定远233290）
［摘 要］安徽泉盛化工有限公司2 800 t/d尿素装置（于2024年7月建成投产）原料气CO2压缩机二段出口设有脱硫塔（采用T103型脱硫剂）、CO2压缩机三段出口设有脱氢反应器（采用H-HT型脱氢催化剂）。CO2脱氢反应器投运初期，运行十分稳定，但从2024年12月开始，脱氢反应器多次出现出口气H2含量波动的情况：2024年12月，出口气H2含量严重超标，通过工艺调整维持CO2脱氢系统运行，2025年5月曾利用停车检修机会清理脱氢催化剂床层堆积异物（防腐涂料熔化、脱落），尿素装置重启后脱氢反应器运行恢复正常；2025年10月，尿素装置防腐空气由压缩机供湿空气改为空分装置干燥空气后，脱氢反应器出口气H2含量再次出现波动。经分析，第一阶段运行问题主要是气体偏流所致，第二阶段运行问题是CO2脱硫系统有机硫水解转化条件被（干燥空气）破坏使CO2气中有机硫含量超标造成脱氢催化剂反应活性下降所致。两个阶段采取相应的优化措施后，最终脱氢反应器恢复稳定运行。并对影响CO2脱氢系统运行的各种因素进行梳理与分析，提出一系列优化改进措施，今后可择机实施。
［关键词］尿素装置；CO2脱氢系统；H-HT型脱氢催化剂；运行问题；原因分析；防腐涂料熔化；有机硫水解；优化改进
［中图分类号］TQ426.94；TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）05-0042-04
0 引 言
安徽泉盛化工有限公司（简称泉盛化工）位于安徽省滁州市定远县盐化工业园，以煤为原料生产合成氨、尿素、双氧水等化工产品。2024年7月建成投产2 800 t/d尿素装置（采用中国五环工程有限公司CO2汽提工艺），上游合成氨装置主生产工艺为航天炉粉煤加压气化、耐硫变换、低温甲醇洗、液氮洗、氨合成等。目前，泉盛化工各生产装置运行稳定，主产品产量及主要物料消耗等指标均达到或优于设计指标。
低温甲醇洗系统的CO2产品气中含有微量H2，将CO2产品气作为尿素生产原料时，H2不会在尿素生产过程中被消耗而是逐步积累，当H2含量达到一定浓度时，能与尿素装置防腐空气中的O2形成爆炸性氛围，存在爆炸风险，因此，需对CO2原料气进行脱氢处理，消除此安全隐患。
泉盛化工尿素装置用CO2原料气通过蒸汽透平驱动的离心式压缩机组（CO2压缩机一开无备）进行压缩，CO2压缩机二段出口设有脱硫塔，采用T103型脱硫剂对CO2气进行精脱硫；CO2压缩机三段出口设有脱氢反应器，采用H-HT型脱氢催化剂对CO2气进行脱氢。2024年7月底，CO2脱氢反应器投运初期，运行十分稳定，其进出口温差可达60 ℃、压差12 kPa，反应器出口脱氢气中H2含量≤10×10-6，可满足尿素生产需求，有时为了抑制脱氢反应率，控制脱氢反应温度、保护脱氢催化剂，需打开脱氢预热器旁路来降低脱氢反应器进口温度。但从2024年12月开始，泉盛化工脱氢反应器多次出现出口气H2含量波动的情况，脱氢反应器催化剂床层“垮温”，脱氢催化剂活性丧失。为此，泉盛化工与业内同仁展开交流，并组织对CO2脱氢系统前后流程重新进行梳理，对比当时低温甲醇洗系统的运行情况，找到了症结所在，经一系列优化改进后，问题得以解决，CO2脱氢系统运行稳定。以下对有关情况作一介绍。
1 问题概述
2024年12月，出现脱氢反应器床层温度大幅下降的情况，当时反应器出口气H2含量最高达2 000×10-6（检测仪量程上限），造成尿素装置高压圈压力升高、系统放空量增大，吨尿素氨耗及汽耗出现不同程度升高；经工艺调整后，脱氢反应器出口气H2含量逐步恢复正常，但后续生产中时常出现类似情况，需不断进行工艺调整。2025年5月利用尿素装置停车检修机会打开脱氢反应器，发现催化剂床层存在异物造成气体偏流，清理催化剂床层堆积异物后，2025年5月下旬尿素装置重启，脱氢反应器运行恢复正常。2025年10月，泉盛化工引入空分装置干燥空气用于尿素装置防腐（原设计由防腐空气压缩机供气），其后脱氢反应器催化剂床层出现“垮温”现象，脱氢催化剂活性丧失，出口气H2含量再次出现波动。
2 CO2脱氢系统简介
2.1 CO2脱氢系统工艺流程简介
CO2压缩机三段出口CO2（8.0 MPa、160 ℃）进入脱氢预热器壳程，被脱氢反应器出口气预热至200 ℃后进入脱氢反应器（脱氢反应器壳程进口与管程出口设有旁路，用于CO2气脱硫效果恶化的情况下临时走旁路以保护脱氢催化剂），在脱氢催化剂（主要活性成分为Pd）作用下，CO2气中微量H2与O2发生反应生成气态水，同时释放出热量，经脱氢反应后，CO2中H2含量降至10×10-6以下，满足尿素生产需求；脱氢反应器出口气（7.8 MPa、220 ℃）经脱氢预热器管程（管程设有旁路，用于调节脱氢反应器进气温度）降温至180 ℃后再依次经脱盐水加热器、循环水冷却器冷却降温，之后进入气液分离器除去夹带的液滴，最后去往CO2压缩机四段进一步提压。
CO2原料气组分（摩尔分数，下同）：脱氢前（设计值）H2 0.286 7%、CO2 98.637 5%、（H2S+COS）≤0.1×10-6、O2 0.928 1%、CO 0.044 4%、CH3OH 0.028 7%、CH4 0.002 4%；脱氢后（设计值）H2≤10×10-6、CO2 99.128 7%、（H2S+COS）≤0.1×10-6、O2 0.602 5%、CO≤20×10-6、CH3OH≤10×10-6、CH4≤30×10-6。
2.2 CO2脱氢催化剂简介
泉盛化工CO2脱氢系统采用灯塔慧雅莲净化技术有限公司H-HT型脱氢催化剂，其主要成分为Pd 0.1%、Al2O3 93%～95%、TiO2约5.0%、Na2O≤4.0%、Fe2O3≤0.4%、SiO2≤1.0%；外观呈灰黑色球状颗粒（Φ3 mm～Φ5 mm），径向抗压碎强度≥90 N/cm，密度0.75～0.90 kg/L，比表面积200～260 m2/g。
CO2脱氢反应器共装填3.1 m3脱氢催化剂，设计CO2气处理能力45 950 m3/h（干基，标态），操作温度176～300 ℃、操作压力7.85～8.25 MPa。脱氢催化剂使用条件对气质成分要求中等，最重要的控制指标是原料气硫化物含量，要求（H2S+COS）≤0.1×10-6，同时要求脱氢反应O2适度过量。
3 CO2脱氢系统运行问题与原因分析及应对
3.1 第一阶段运行问题
3.1.1 问题描述
更多内容详见《中氮肥》2026年第5期