氨合成催化劑中毒和使用壽命探討

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1、西部煤化工2011年第2期氨合成催化劑中毒和使用壽命探討李永華（陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西渭南714000）摘要介紹了氨合成工藝流程和氨合成催化劑的物理性質(zhì)、化學(xué)組成和催化劑中毒機(jī)理。渭化氨合成塔催化劑CO2中毒，導(dǎo)致氨合成塔運(yùn)行異常，通過催化劑還原，氨合成運(yùn)行正常，并對如何延長氨合成催化劑的使用壽命進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞氨合成；催化劑中毒；還原處理；使用壽命西部煤化工2011年第2期陜西渭河煤化工有限責(zé)任公司合成氨裝置年產(chǎn)300kt/a合成氨，1996年5月投產(chǎn)，2002年4月第1爐氨合成催化劑更換，第2爐催化劑運(yùn)行至今。采用的是預(yù)還原態(tài)A110-1-H催化劑

2、，粒度為1.5～3mm，具有高活性、耐熱好、低溫活性好、抗毒性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。期間催化劑經(jīng)歷了進(jìn)油、中毒等沖擊，但經(jīng)過調(diào)整，目前運(yùn)行情況良好。本文介紹了渭化氨合成塔催化劑中毒過程，并對催化劑中毒機(jī)理和如何延長催化劑使用壽命進(jìn)行了探討。1渭化氨合成塔和工藝流程簡介渭化R1801氨合成塔為托普索S-200型塔（合成塔內(nèi)件底部不帶換熱器）。它由承壓外殼和內(nèi)件組成，合成塔的壓降很低，催化劑的利用率高。采用床間換熱器，一方面避免了直接激冷對合成氣中氨濃度稀釋，另一方面能及時(shí)移走反應(yīng)熱，使催化劑床層溫度分布合理，提高了單程轉(zhuǎn)化率。合成塔基本尺寸為見表1。表1合成塔床層基本尺寸床層直徑

3、/mm高度/mm體積/m3死氣層徑向?qū)拥?床層,上層）ф2130/ф1130625495012.44第2床層,下層）ф2162/ф6001040932031.57從凈化工號送來的新鮮合成氣與循環(huán)氣壓縮后一起經(jīng)過熱熱換熱器E1803被來自中壓蒸汽發(fā)生器E1802的高溫氣體加熱到243℃，工藝氣分兩股進(jìn)入氨合成塔R1801，在合成塔中進(jìn)行合成氨反應(yīng)。一路主氣流從合成塔的主氣流進(jìn)口進(jìn)入合成塔，向上通過由壓力殼和觸媒筐外殼構(gòu)成的外環(huán)隙進(jìn)入合成塔床間換熱器的管程；另一路合成氣作為調(diào)節(jié)入床層溫度的冷卻氣體從塔底的冷卻旁路進(jìn)口進(jìn)入合成塔冷卻副線，在冷卻副線上的上部和床層換熱器管程的

4、工藝氣混合，進(jìn)入合成塔一段床，徑向向內(nèi)通過一段床觸媒層進(jìn)行反應(yīng)，大部分的氨在一段床層合成，反應(yīng)后氣體進(jìn)入床間換熱器殼程和上述入塔合成氣換熱，被冷卻后的反應(yīng)氣進(jìn)入合成塔的二段床，進(jìn)一步合成氨反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)氣從合成塔底部送出合成塔。合成氣經(jīng)過廢鍋系統(tǒng)、低溫?fù)Q熱器、水冷器、兩級氨冷器進(jìn)行降溫，后被送入氨分離器，冷凝的液氨在氨分離器進(jìn)行分離，氨分離器分離出的氣體仍含有少量氨，通過換熱后進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段。氨分離器分離出來的液氨減壓后送入高壓減壓罐，溶解在液氨里德氫氮?dú)饧岸栊詺怏w被釋放出來，這部分氣體循環(huán)回合成氣壓縮機(jī)，出高壓減壓罐的液氨送氨冷凍工段。氨合成流程簡圖

5、見圖1。過熱蒸汽合成氣氨1234567891011121開工加熱爐2氨合成塔3中壓蒸汽過熱器4中壓蒸汽發(fā)生器5熱熱換熱器6水冷器7冷熱換熱器8第一氨冷器9第二氨冷器10氨分離器11減壓槽12合成氣壓縮機(jī)圖1氨合成工序流程簡圖2氨合成催化劑2.1催化劑簡介Ａ110-1和Ａ110-西部煤化工2011年第2期1Ｈ型催化劑為鐵系氨合成催化劑,主要用經(jīng)過精選的磁鐵礦按傳統(tǒng)的熔融法制造而成。Ａ110-1Ｈ預(yù)還原型催化劑是Ａ110-1型催化劑經(jīng)還原后為便于貯存、運(yùn)輸、裝填而鈍化生產(chǎn)的,其還原度已達(dá)90%,只要略加還原便具有較高的催化活性。為提高催化劑的活性和熱穩(wěn)定性,在制備過程中添

6、加了Al2O3、K2O、CaO等結(jié)構(gòu)性助催化劑,其作用在于利用這些高熔點(diǎn)難還原的氧化物作為活性物質(zhì)α-Fe晶體的間隔體,阻止易燒結(jié)微晶的長大,從而增強(qiáng)催化劑本體耐熱穩(wěn)定性。SiO2通常是從磁鐵礦原料中帶入,它的適量存在類似于Al2O3可起到穩(wěn)定鐵晶粒作用,并增強(qiáng)催化劑耐熱性和抗水毒害。催化劑各組分按一定含量配比,在熔融狀態(tài)下互相發(fā)生作用,從而影響催化劑活性和熱穩(wěn)定性。催化劑的孔結(jié)構(gòu)、比表面積、晶粒大小,尤其是還原態(tài)催化劑表面化學(xué)組成,對于催化劑活性和穩(wěn)定性起著重要作用。A110系列氨合成催化劑是目前我國使用最為廣泛的氨合成催化劑，它有以下主要型號：A110-1（包括預(yù)

7、還原的A110-1-H）、A110-2、A110-3、A110-4、A110-5Q、A110-6。A110系列中，除A110-5Q為球形催化劑外，其它均為不規(guī)則的無定形催化劑，經(jīng)磨角處理。A110-1型氨合成催化劑在A110系列中產(chǎn)量占據(jù)主要地位，它作為A110系列的典型代表，具有以下主要特點(diǎn)：還原溫度低、啟始反應(yīng)溫度低，低溫活性好和熱穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)。其物理性能和化學(xué)組分如表2和表3所示。西部煤化工2011年第2期表2A1系列氨合成催化劑物理性能項(xiàng)目A103A110-1A110-2A110-3A110-4A110-5QA110-6堆密度，㎏/l2.