NC－74－1型氨合成催化劑應用總結

趙月戰

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

山東華魯恒升化工股份公司大氮肥裝置是我國第一套國產化大氮肥裝置，與其配套的300kt／a氨合成系統是以水煤漿氣化氣為原料氣，經中低溫變換，低溫甲醇洗脫硫脫碳、液氮洗脫除CO、甲烷后送往氨合成塔進行反應，整套工藝生產的動、靜設備全部實現國產化。其中，合成塔為中國寰球工程公司設計的一軸兩徑型反應器，由南京化工機械公司制造，直徑3 200mm，塔高17 000mm。共三床催化劑，一床、二床設有冷激式換熱器。自2004年11月開車至今，一直使用南化公司催化劑廠提供的NC－74－1型鐵系催化劑。

1 NC－74－1型氨合成催化劑的物理性能

NC－74－1型催化劑是南化公司研制開發的新產品，具有更大、更穩定的比表面積，更為合適的孔結構，從而表現出更高的時空產率、選擇性和熱穩定性。尤其在活性方面有了較大幅度提高，操作溫區更寬。

催化劑外觀為不規則形狀，堆積密度2.7～3.0kg／L。裝填情況見表1。其主要成分為Fe2O3、FeO，另外，還含有少量的K2O、CaO、 Al2O3，工業使用條件：溫度小于500℃，壓力小于10.5MPa。

表1 催化劑裝填情況

2 NC－74－1催化劑裝填、升溫還原情況

催化劑和耐高溫的鋁球經嚴格過篩，準確測量，稱重計量后裝填，以保證裝填質量，三床催化劑共74.5m3，共243t。此次裝填φ35mm耐火球12t。φ8～φ10mm耐火球10.9t，共22.9t。耐火球相關參數見表2。催化劑升溫還原嚴格按南化催化劑廠制定的 《NC－74－1型氨合成催化劑升溫方案》進行，采用高氫還原方法，以還原出水率控制還原進度。我公司采用同時監控小時出水量和合成塔出口水汽濃度的方法來控制還原進度，累計時間達到206h，還原期間，增壓速率＜0.1MPa／h，壓力＜9.0MPa，水汽濃度＜3 000×10－6，升溫速率初期4～8℃／h、后期1～3℃／h。見表3。

表2 耐火球參數

3 催化劑的運行情況

催化劑自2005年使用，至今已有5年時間。由于整套裝置為國內第一套國產化大氮肥系統，缺乏相應的經驗，受設計安裝施工及操作等多方面因素的影響，開車初期系統生產條件波動較大，經過我公司技術和操作人員的不懈努力，氨合成系統很快穩定下來。生產操作逐步走上正軌。在催化劑運行初期，由于負荷低，合成塔軸向和徑向溫差較小，合成塔催化劑熱點溫度較為平穩，溫度控制在465～475℃。進入中期，為配合國產化大氮肥裝置的擴產改造，生產負荷不斷增加，氨合成系統工藝氣量不斷增大。隨著氨合成塔空速的增大，氨合成塔催化劑的平面溫差逐漸拉大，在補充氣量達到110 000m3／h時，溫差達到10℃以上，熱點溫度也不斷提高，最高達到480℃以上。

表3 催化劑升溫還原情況

在催化劑運行的5年時間當中，使用時間約1 560d，正常使用時間超過1 200d，因各種原因停車300d以上。除去因前工序原因造成的短期停車外，由本工序造成停車的主要原因是水冷器E1204泄漏。水冷器E1204因設備原因，換熱列管泄漏，由于正處于化肥生產淡季，所以換熱器檢修時間較長，造成氨合成系統停車時間較長，2005年1月至4月，共停車近4個月。停車期間氨合成塔催化劑采用密封保壓操作。

在催化劑使用中曾多次出現催化劑中毒現象，主要原因有液氮洗CO含量超標、機組帶油等。為恢復催化劑的活性，我公司經研究后采用了提高氨合成循環氣中氫氮比的方法，采取短時間小負荷高氫操作，進行催化劑的在線還原。催化劑的活性在低負荷高氫操作后有所好轉，活性基本恢復正常。

近期，由于生產需要，整個裝置一直處于高負荷生產中，最高氣量突破113 000m3／h，較2008年110 800m3／h的標準氣量又有所增加。氨合成塔催化劑平面溫差略有增加，熱點溫度最大控制到465～488℃，操作難度加大。但整體爐溫平穩，從整體使用和溫度分布以及塔壓差、噸氨耗氣等條件分析來看，催化劑運行是良好的。

4 運行分析

從我公司的生產實際表現看，NC－74－1型氨催化劑的使用情況還是不錯的，特別是在高負荷和多次中毒的情況下?？偨Y起來，我公司的經驗主要有以下。

（1）催化劑裝填，吹掃控制非常好。

（2）升溫還原較為徹底。

（3）由于我公司大氮肥裝置采用低溫液氮洗吸收原料氣中的CO，效果明顯，原料氣中CO含量控制始終小于10×10－6。

（4）嚴格控制工藝指標，通過控制熱點溫度、系統壓力、空速、氣體成分、氨冷溫度等優化了生產條件，使氨的合成率穩定在13%～16%之間。

（5）嚴格開停車操作，開停車嚴格按開停車方案執行。停車時，全系統用氮氣進行徹底置換，使進塔氣O2≤0.2%，并通過低壓氮氣保壓。

不足與失誤

（1）原料氣潔凈度控制不嚴，原料氣污染時未及時減量，致使催化劑多次出現中毒癥狀。

（2）整個合成氨系統缺乏統籌安排，受前工序影響，氨合成系統加減量較頻繁，非正常停車也較多。

整改措施

（1）嚴格原料氣潔凈度的管理，杜絕毒物入塔，防止催化劑中毒。

（2）抓好整個合成氨裝置的統籌協調，盡量減少氨合成系統的加減量頻次和開停車次數。

5 結 語

NC－74－1型氨催化劑在高溫活性、選擇性、穩定性等方面均有一定優勢，但催化劑的使用效果更取決于生產實踐經驗，生產管理水平，工藝氣體凈化效果，催化劑的性能及內在質量，設備狀況等。尤其是催化劑升溫還原階段，輕負荷期，生產初期等關鍵時期，關鍵指標的控制和優化更為重要。