合成氨催化劑活性降低原因的處理

夏家信

（安徽金禾實業(yè)股份有限公司，安徽滁州 239200）

合成氨催化劑活性降低原因的處理

夏家信

（安徽金禾實業(yè)股份有限公司，安徽滁州 239200）

合成氨生產(chǎn)工藝中，最后一道工序是運用催化劑將氫氮混合氣合成，在這一步反應(yīng)中，催化劑的活性很容易受到各種因素影響。針對合成氨催化劑活性降低的原因和處理策略進(jìn)行研究，為合成氨催化劑使用和研發(fā)提供參考。

合成氨；催化劑；活性降低；原因處理

氨是一種重要的化工原料，這種原料有著比較強的腐蝕性和揮發(fā)性。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展，我國對液氨的需求量逐年增大。這使得液氨生產(chǎn)企業(yè)不斷擴大產(chǎn)能，合成氨生產(chǎn)技術(shù)也得到顯著的進(jìn)步和提高。如何在合成氨制造中保證催化劑的活性，就需要我們能夠發(fā)現(xiàn)合成氨催化劑活性降低的原因，并及時的進(jìn)行解決和處理。

1 合成氨的主要方法分析

1.1 高壓法

高壓法就是指合成氨的工序需要保持70～100MPa的操作壓力，并且反應(yīng)溫度要求控制在550～650℃。在高壓合成氨反應(yīng)中，催化劑需要耐受較高的溫度。正因如此，催化劑很容易受溫度的影響活性降低，因此在高壓法合成氨工藝中，催化劑的壽命一般較短。由于高壓法對制造生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)和投資的高要求，使得高壓法在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中很采用。

1.2 中壓法

中壓法合成氨制造中，要求壓力控制在20～60MPa，反應(yīng)溫度要求在450～550℃。中壓法由于合成壓力較低，因而從生產(chǎn)效率和投資成本回報上比較劃算，在工業(yè)合成氨生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。中壓法催化劑活性會受工藝流程和布置情況影響，但只要提高催化劑保護水平，能夠極大的提高催化劑的使用壽命，并保證催化劑的活性，因而這種合成法具有優(yōu)秀的發(fā)展前景。

1.3 低壓法和其他方法

低壓法是指操作壓力在10MPa左右的合成氨生產(chǎn)方法，在低壓法中要求反應(yīng)溫度控制在400～450℃。低壓法設(shè)備要求低、工藝簡單，低壓法由于壓力較低，因而催化劑的活性更高。但低壓法中催化劑卻很容易發(fā)生中毒，使用壽命難以保證。在低壓法中想要提高催化劑的使用壽命，關(guān)鍵是提高原料氣的制備純度和精度。加之低壓法合成氨純度難以控制，生產(chǎn)效率低，其在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)很少采用。

2 合成氨工業(yè)生產(chǎn)中催化劑的應(yīng)用與發(fā)展

催化劑作為影響合成氨工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，其直接影響著合成氨的工藝成本和氨的平衡轉(zhuǎn)化率。現(xiàn)代的合成氨催化劑最常用的為鐵基催化劑，鐵基催化劑較低的價格、較長的使用壽命，是最適用于合成氨生產(chǎn)工藝的催化劑類型。現(xiàn)代工業(yè)氨合成中，鐵基合成氨催化劑主要成分都是四氧化三鐵，但這類鐵基催化劑在高溫、高壓下很容易變質(zhì)，在遇到諸如CO、CO2等氣體時，其催化活性也會受到影響。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)如今人們正在致力于研發(fā)釕基催化劑和三元氮化物催化劑，以降低合成氨工藝中催化劑的消耗，目前一種以石墨化的炭為載體，以RU3（CO）12為母體的釕催化劑已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化，但由于技術(shù)和成本限制，其推廣和應(yīng)用前景仍然不明。

3 合成氨催化劑活性降低的原因及處理

根據(jù)上述內(nèi)容可知，我國合成氨中應(yīng)用最廣泛的為鐵基催化劑，故本文以應(yīng)用最廣泛本文中筆者以最常用的合成氨鐵基催化劑為研究對象，探討合成氨催化劑活性降低的原因及處理策略。

3.1 合成氨催化劑活性降低的原因

工業(yè)合成氨生產(chǎn)中所應(yīng)用的鐵基催化劑，其有著比較高的催化活性。加之其反應(yīng)溫度和壓強較大，因而在工業(yè)生產(chǎn)中極易中毒失去活性。在合成氨合成氣體中，必然會存在氯、磷、硫等化合物和單質(zhì)，如果在反應(yīng)工藝中這些毒性物質(zhì)不能有效除去，只要很少量就會使催化劑中毒失去活性。氯、硫、磷、氧等單質(zhì)對催化劑失去活性的影響是永久性的，但化合物引起的中毒卻可以通過技術(shù)處理恢復(fù)。在合成氨工藝中，常見的催化劑毒物包括CO2、CO、H2O等，這些催化劑毒性物質(zhì)在合成氨工藝中是重點防治的對象，一般造成催化劑中毒都是由于系統(tǒng)設(shè)備故障，有毒物質(zhì)沒有徹底清除造成的。

3.2 合成氨催化劑活性降低的處理

一旦發(fā)現(xiàn)催化劑出現(xiàn)永久中毒，則應(yīng)該更換催化劑，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。對于未永久中毒的催化劑，可以采取措施進(jìn)行活性恢復(fù)，帶恢復(fù)后重新使用。在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，最常見的就是化合物毒性物質(zhì)造成的催化劑活性降低。一般來說，一氧化碳和二氧化碳來源是不合格的合成氣，是甲烷氣體生產(chǎn)中遺留產(chǎn)生。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因包括甲烷爐故障、操作失誤等，需要做好設(shè)備維護和生產(chǎn)管理。水則來源比較多樣，造成催化劑中毒的H2O來源主要有兩方面。第一是新鮮合成氣中水分超標(biāo)，這是由于壓縮機段冷凝水不能有效排凈導(dǎo)致。第二就是廢熱鍋爐和水冷器泄露，泄露主要發(fā)生在開車或停車間。想要避免水對催化劑活性的影響，就一定要嚴(yán)格日常生產(chǎn)操作規(guī)范，并做好設(shè)備運行參數(shù)控制。

4 結(jié)束語

預(yù)防催化劑活性降低，是合成氨工業(yè)生產(chǎn)中重點研究和實踐的課題。隨著我國合成氨生產(chǎn)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，合成氨生產(chǎn)中催化劑活性降低或永久失活的現(xiàn)象已經(jīng)越來越少見，但在合成氨生產(chǎn)中，仍然要做好設(shè)備維護和生產(chǎn)管理，降低合成氨催化劑失活幾率，為企業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

[1] 王金艷.甲烷、氮氣常壓直接合成氨催化劑的制備及其性能研究[D].西北大學(xué)，2014.

Treatment of Ammonia Catalyst Activity Reduction

Xia Jia-xin

In the process of synthetic ammonia production，the last step is to use the catalyst to synthesize the mixture of hydrogen and nitrogen.Based on the study of the causes and treatment strategies of the activity of ammonia synthesis catalyst，this paper provides a reference for the use and development of ammonia catalyst.

synthetic ammonia；catalyst；activity reduction；reason treatment

TQ113.247

B

1003-6490（2017）02-0004-01

2017-02-13

夏家信（1969—），男，安徽滁州人，工程師，主要研究方向為經(jīng)濟管理。