氨合成催化劑中毒原因分析及應(yīng)對措施

趙新菊 王帥 龐偉玲 李典袁

摘要：目前我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，化工企業(yè)為我國發(fā)展做出了很大貢獻。氨合成催化劑在化工生產(chǎn)中屬于較為常見的合成劑，常在化肥生產(chǎn)廠使用專業(yè)合成氨裝置進行生產(chǎn)，盡管我國化工行業(yè)已不斷加強對于工業(yè)生產(chǎn)的要求，但在實際合成與生產(chǎn)過程中仍會存在部分待改進問題。文章主要對氨合成催化劑中毒原因分析及應(yīng)對措施進行研究，文章先分析了氨合成催化劑中毒原因，后依據(jù)氨合成催化劑中毒原因?qū)ο鄳?yīng)的解決措施和應(yīng)對措施進行了具體探究。

關(guān)鍵詞：氨合成催化劑;中毒原因;應(yīng)對措施

引言

氨合成塔是合成氨裝置的關(guān)鍵設(shè)備，生產(chǎn)中維護好氨合成催化劑是一件很重要的工作。一般氨合成催化劑的裝填量在90t左右，在工況穩(wěn)定的前提下可使用8～12a;而更換一次氨合成催化劑連同還原時間約需半個月，不僅影響裝置產(chǎn)量，而且人力、物力、財力消耗很大。

氨合成塔自投產(chǎn)以來，發(fā)生過CO和CO₂中毒、水中毒等催化劑中毒現(xiàn)象，不僅造成床層無溫升、系統(tǒng)壓力高等，而且?guī)戆碑a(chǎn)量下降、消耗增加等不利影響。因此，據(jù)出現(xiàn)的各種現(xiàn)象及各工藝參數(shù)的變化情況，判斷催化劑中毒的類型，找到催化劑中毒的原因并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，對確保裝置的安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟運行非常重要。

1氨合成催化劑中毒原因分析

1.1暫時性中毒

如果進合成塔氣中含有微量的CO、CO₂等含氧化合物，氨合成催化劑的活性會下降，而當(dāng)含氧化合物被清除干凈，純凈的氫氮氣通過催化劑層時，催化劑的活性又得到恢復(fù)，這種情況屬于催化劑的暫時性中毒。我廠發(fā)生的氨合成催化劑中毒，從現(xiàn)象來看屬于暫時性中毒。雖說暫時性中毒和永久性中毒沒有明顯的界限，但如果毒物的含量高，則催化劑中毒越深，其活性恢復(fù)也越慢。

1.2永久性中毒誘發(fā)因素

該類型誘發(fā)因素出現(xiàn)的原因主要為，氨合成催化劑的合成塔中的氣體摻雜磷硫氯砷等化合物，這些化合物會和具有活性的鐵進行化學(xué)反應(yīng)后形成穩(wěn)定性較強的化合物，從而使得氨合成催化劑的活性受到影響降低。與暫時性誘發(fā)因素不同，該類型誘發(fā)因素氨合成催化劑的活性不能得到恢復(fù)，一旦出現(xiàn)該類型中毒，所使用催化劑必須經(jīng)過更換后才可繼續(xù)生產(chǎn)。

1.3催化劑衰老中毒誘發(fā)因素

給類型中毒誘發(fā)因素屬于自然因素，化工生產(chǎn)所使用催化劑在經(jīng)過長時間使用后，氨合成催化劑的活性會自然性降低和減退，該類型因素也屬于不可逆轉(zhuǎn)的因素，只能與永久性中毒誘發(fā)因素相同，對氨合成催化劑進行更換后繼續(xù)生產(chǎn)。

2處置過程

2.1還原過程

（1）通過調(diào)整合壓機出口放空閥控制入塔氣體壓力在8.0～8.5MPa，調(diào)整H2/N2在3.0～3.2，合成塔入口流量控制小于150000Nm³/h，緩慢增加開工加熱爐負荷，催化劑按小于50℃/h速率升溫。

（2）當(dāng)催化劑溫度上升至270℃后開始氨合成反應(yīng)，控制床層升溫速率小于30℃/h，當(dāng)一床入口溫度提高至410～440℃后恒溫2～4小時，直到熱點溫度升至500～505℃，通過調(diào)整開工加熱爐的負荷恒溫2～4小時。

（3）當(dāng)一床催化劑同一水平面溫差小于5℃后，調(diào)整F1801負荷或開大HV8001控制熱點溫度，當(dāng)一床入口溫度回落到正常操作溫度380℃時，熱點溫度在500～505℃穩(wěn)定運行，一床還原結(jié)束。

（4）提高系統(tǒng)壓力至8.5～9.0MPaG，合成塔入口流量控制在150000～200000Nm³/h，緩慢提高二床熱點溫度至470℃，恒溫2～4小時。

（5）當(dāng)二床催化劑同水平面溫差≤5℃且二床熱點溫度開始上漲趨勢時及時控制溫度使二床熱點溫度降低至456～462℃，入口溫度回落至390～397℃并且穩(wěn)定運行，二床催化劑還原結(jié)束。

（6）通過TV18002調(diào)整控制三床熱點溫度在≤450℃，若二床還原結(jié)束后三床溫度及溫升未達到正常值時，提高二床出口溫度以提高三床溫度。

（7）當(dāng)三床催化劑同水平面溫差≤5℃后，三床出口溫度達到450℃后恒溫2～4小時，緩慢降低三床出口溫度至438～445℃時入口溫度回落至390～394℃之間并穩(wěn)定運行時視為三床還原結(jié)束。

（8）三個床層溫度均恢復(fù)至穩(wěn)定運行狀態(tài)后，緩慢加負荷運行，從合成塔出口分析水汽濃度≤200ppm，分析產(chǎn)品氨中的水含量接近正常值0.1+0.2%w/w時，還原操作結(jié)束。

（9）緩慢降低開工加熱爐的負荷，按規(guī)程停止開工加熱爐。

2.2暫時性中毒具體處置注意事項

在暫時性中毒具體處置中需要注意的內(nèi)容包括以下方面：

（1）要保證合成塔的放空閥處于10%～20%的開度，使得合成塔的入口具有新鮮的成分氣體，將催化劑的還原放在規(guī)定范圍內(nèi)。

（2）在氨合成催化劑的活性恢復(fù)后，生產(chǎn)氨過程要對氨分離器液位進行及時調(diào)整。

（3）處理過程的升溫要對合成塔的進口和出口工藝水汽濃度進行及時分析，確保濃度值控制在規(guī)定范圍內(nèi)，一點出現(xiàn)水汽濃度過高情況要及時采取升溫降速等操作。

（4）在還原操作過程中要將同一個平面的溫度差值控制低于10℃，如有需求可進行恒溫操作，防止局部出現(xiàn)高溫反應(yīng)。

（5）還原過程要使得床層的升溫符合要求，不能對系統(tǒng)進行隨意升壓或者增加循環(huán)量，防止出現(xiàn)催化劑的床層溫度反降的情況。

（6）在還原反應(yīng)中對于壓力的升高和降低要嚴格按照規(guī)定進行操作，當(dāng)催化劑出現(xiàn)反應(yīng)時要對升降溫度的速度進行控制。

（7）還原過程要對氨水的含量進行控制，及時調(diào)整工藝的氣體溫度，避免出現(xiàn)結(jié)冰的情況。

（8）還原過程還要對工藝的氣體流量進行控制，保證合成塔的壁面溫度低于200℃。

3氨合成催化劑中毒的防范

（1）合成塔開、停車過程中，嚴格按開、停車方案進行，開工前加強123-C1/C2的排液（冷凝液）以及分子篩的充氮置換和排液。

（2）合成塔升溫過程中消耗蒸汽最多，在合成氣壓縮機啟動后，一定要將蒸汽備足，各項工藝參數(shù)也都要調(diào)整好，調(diào)整過程中須保證輔鍋煙氣、一段爐、脫硫槽、對流段盤管和各爐催化劑床層不超溫。

（3）氨合成反應(yīng)是放熱、體積縮小的反應(yīng)，合成塔升溫過程中，當(dāng)熱點溫度超過入口溫度時就可以認為合成反應(yīng)開始進行了，就應(yīng)進行氨分離器（106-F）液位自調(diào)閥的復(fù)位，并打開氨分離器（106-F）前后截止閥。當(dāng)然，升溫之前應(yīng)對現(xiàn)場流程及自調(diào)閥進行調(diào)校和對照，避免出現(xiàn)自調(diào)閥不動作的情況。

（4）合成塔升溫過程中，要將弛放氣排放閥打開，排放惰性氣體，還要調(diào)整好合成氣的氫氮比;溫度升到430℃（熱點溫度）以后才開始進行加大循環(huán)量的操作，加大循環(huán)量的同時減少開工加熱爐的燃氣用量，并調(diào)整入合成塔的新鮮氣量。

（5）若合成塔升溫過程中發(fā)生催化劑中毒，要據(jù)有關(guān)現(xiàn)象及工藝參數(shù)的變化及時判斷中毒的原因，處理過程中把握處理原則，確保不發(fā)生超壓現(xiàn)象，并且現(xiàn)場人員開關(guān)任何閥門時要與控制室內(nèi)人員溝通，以免引起誤判，延誤處理時間而使事態(tài)惡化。

結(jié)語

總結(jié)可得，氨合成催化劑中毒原因分析及應(yīng)對措施研究具有較為重要的作用和意義。盡管我國化工行業(yè)已不斷加強對于工業(yè)生產(chǎn)的要求，但在實際合成與生產(chǎn)過程中仍會存在氨合成催化劑中毒情況，通過對實際操作進行探究發(fā)現(xiàn)，氨合成催化劑中毒原因主要包括暫時性中毒誘發(fā)因素、永久性中毒誘發(fā)因素、催化劑衰老中毒誘發(fā)因素等。要做到對氨合成催化劑中毒采取合適的處理方式，就需要依據(jù)中毒原因及時采取適合措施，如針對暫時性中毒誘發(fā)因素要采取還原處理操作，針對永久性中毒誘發(fā)因素和催化劑衰老情況，要及時更換催化劑。

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