氨合成催化劑操作指導(dǎo)手冊(cè)

1、氨合成催化劑操作手冊(cè)中石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司催化劑廠二二年感謝選用中石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限 公司催化劑廠紅三角牌催化劑！南化催化 劑廠愿與廣大紅三角牌催化劑用戶攜手 共進(jìn)，共創(chuàng)美好未來(lái)！目錄1、引言2、物化性能及工業(yè)使用條件3、催化劑的使3.1 選型3.2 裝填3.3 還原3.4 輕負(fù)荷期3.5 停車3.6 維護(hù)保養(yǎng)4、催化劑的微機(jī)管理1、引言中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司催化劑廠是我國(guó)最早生產(chǎn)催化劑的企業(yè)，也是催化劑行業(yè)第一家通過(guò)質(zhì)量體系認(rèn)證(IS09002)的專業(yè)生產(chǎn)廠。目前能夠生產(chǎn)40多個(gè)品種、90多個(gè)型號(hào)的化肥、石油化工、有機(jī)化工催化劑。氨合成催化劑是傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，廣泛用于

2、國(guó) 內(nèi)大、中、小型各類高低壓或等壓制氨裝置，并出口多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。合成氨工業(yè)的最終目標(biāo)是氫、氮化合生成氨。氨的合成則是通過(guò)催化過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氨 合成催化劑的合理正確使用是用戶效益體的關(guān)鍵所在。氨合成催化劑的使用，包括從催化劑的選型開(kāi)始，到催化劑的裝填、活化、正常操作、維 護(hù)保養(yǎng)以及狀態(tài)預(yù)測(cè)等一系列過(guò)程。催化劑的性能只有通過(guò)工業(yè)化應(yīng)用才能得以體現(xiàn)。催化 劑使用水平的高低影響著催化劑性能的發(fā)揮。為了您更好的使用好催化劑，在使用氨合成催 化劑前，敬請(qǐng)閱讀本手冊(cè)2、催化劑的特性南化催化劑廠現(xiàn)有 A110-1、Ac(A201)、A202、ZA-5、NC(ICI)74-1 等多個(gè)型號(hào)的氨合成 催化劑及其預(yù)

3、還原產(chǎn)品。2.1物化性能表1、各型號(hào)氨合成催化劑的物化性能型號(hào)A110-1ACA202ZA-5NC(ICI)74-1外形具有金屬光澤的黑色不規(guī)則1固體顆粒尺寸mm、3.3-4.7 、9.4-13.0 等 常用規(guī)格，特殊粒度可根據(jù)用戶要求提供堆密度Kg/m32700-30002700-30002700-30003000-34002700-3000系列鐵系廠鐵鈷P鐵鈷亞鐵鐵鈷2.2化學(xué)組成表2、各型號(hào)氨合成催化劑的化學(xué)組成型號(hào)化學(xué)組成A110-1氧化鐵為活性組分，氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣為助劑AC氧化鐵、氧化鉆為活性組分，氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣為助劑A202氧化鐵、氧化鈷為活性組分，氧化鋁、氧化鉀、

4、氧化鈣為助劑，添加適 量特殊助劑ZA-5亞鐵Feg)O為活性組分，添加多種特殊助劑NC(ICI)74-1氧化鐵、氧化鉆為活性組分，氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣為助劑2.3活性指標(biāo)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)表3、各型號(hào)氨合成催化劑的活性指標(biāo)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)活性(出口氨含量，%產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)耐熱前耐熱后A110-1> 13.5> 13.5HG3550-1990A110-1-H> 12.5> 12.5 JQ/320000NH035-1999AC> 14.5> 14.0Q/SHNJ012-2001A202CaQ0.40> 13.8Q/SHNJ126-2001ZA-5> 17.0&

5、gt; 17.0 :按A110-1標(biāo)準(zhǔn)NC(ICI)74-1> 14.7> 14.2Q/320000NH113-1999NC(ICI)74-1-H> 13.0> 13.0Q/SHNJ133-20012.4工業(yè)使用條件表4、各型號(hào)氨合成催化劑的工業(yè)使用條件型號(hào)工業(yè)使用條件溫度C壓力MPa空速 h-1A110-1360-53041-5 X 10A110-1-H360-53041-5 X 10AC360-53041-5 X 10A202350-51041-5 X 10ZA-5350-5101-5 X 104NC(IC)74-1350-50041-5 X 10NC(IC)74-

6、1-H350-50041-5 X 103、催化劑的使用3.1選型確定了合成氨的生產(chǎn)工藝和合成塔內(nèi)件型式以后，如何選用合適的催化劑是首要的。催 化劑選用得當(dāng)，不僅其性能可以在使用條件下得以充分發(fā)揮，滿足設(shè)計(jì)要求，且可以突出和 證實(shí)該合成氨工藝和合成塔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。催化劑的選用一般包括催化劑型號(hào)的確定和粒度的 選擇。型號(hào)的確定合成氨生產(chǎn)工藝不同，特別是合成塔內(nèi)件存在差異，必然要求與之相適應(yīng)、相匹配的催 化劑。通過(guò)對(duì)各類催化劑的性能比較，以及各種制氨流程和合成塔使用催化劑的狀況分析， 一般認(rèn)為對(duì)于個(gè)別使用溫度較高，合成塔需長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)的盡可能采用如A106、A109高溫型催化劑；而對(duì)于大型節(jié)能流程

7、（如AMV Braun、LCA等）或目前我國(guó)中小型絕大多數(shù)中壓產(chǎn)氨流程以及各類型塔內(nèi)件來(lái)說(shuō)，都希望催化劑具有低溫下的優(yōu)良品質(zhì)，甚至在低壓下也 能很好地運(yùn)行。這一類型催化劑有A110-1、AC A202、ZA-5、NC（ICI）74-1及其預(yù)還原產(chǎn)品。預(yù)還原催化劑近年來(lái)不僅在大型氨廠得到普遍推廣，而且在中小型化肥廠也得以廣泛應(yīng) 用，是因其具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)越性。首先是縮短氨廠大量的非生產(chǎn)時(shí)間。對(duì)于全爐使用預(yù)還原催化劑來(lái)講，催化劑的還原時(shí) 間僅占氧化態(tài)催化劑還原時(shí)間的1 /3左右，相對(duì)增加了合成氨的有效生產(chǎn)時(shí)間，且降低開(kāi)車費(fèi)用。其次，預(yù)還原催化劑的還原實(shí)際上只是鈍化膜的脫除。由于被鈍化部分的氧含量?jī)H

8、占未 還原催化劑氧含量的8%10% （隨顆粒大小而略有不同），而且鈍化膜中氧與鐵的結(jié)合較為松馳，因而在催化劑還原時(shí)很容易脫除，還原溫度比氧化態(tài)催化劑大約低100 C左右。隨著還原的進(jìn)行，可利用產(chǎn)氨反應(yīng)熱來(lái)彌補(bǔ)加熱器能力之不足。此外，由于預(yù)還原催化劑在還原時(shí)出水量少，相對(duì)生成的稀氨水的量也有限，避免了因 處理大量流出物而帶來(lái)的麻煩；而且在還原過(guò)程中水汽也容易控制，減少了催化劑水汽中毒 的可能性。使用預(yù)還原催化劑所獲得的經(jīng)濟(jì)效益也是顯著的。通過(guò)對(duì)使用該型號(hào) 催化劑綜合能耗的粗略計(jì)算，對(duì)于日產(chǎn)1000噸合成氨的大型氨廠來(lái)說(shuō)，提前一天轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，即可創(chuàng)效益百十萬(wàn)元；而中、小型廠也將有幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)的收

9、益。預(yù)還原催化劑將成為 未來(lái)制氨裝置的主要選擇。粒度的選擇對(duì)氣固相催化反應(yīng)擴(kuò)散效率因子和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型分析表明，要使氨合成催化劑有較高 的表面利用率，必須有較為適宜的顆粒尺寸。事實(shí)上，對(duì)于氨合成催化劑而言，催化劑的還 原進(jìn)程和還原質(zhì)量都與催化劑的顆粒大小有著密切的關(guān)系。首先，催化劑的還原是由表及里 “掘井”式進(jìn)行的，必然存在擴(kuò)散控制，因而也就影響著催化劑的還原速率；此外，氨合成 催化劑還原產(chǎn)物之一是水，而水又是該催化劑的毒物，當(dāng)還原反應(yīng)受擴(kuò)散控制時(shí)，勢(shì)必增加 水在孔道中的停留時(shí)間，致使催化劑已還原部分氧化，造成活性下降?；趦煞矫娴恼J(rèn)識(shí)， 催化劑的粒度應(yīng)是越小越好。但是對(duì)于工業(yè)化使用催化劑而言

10、，這種要求不可能是無(wú)限的。(Koz ney Carma n)方程因?yàn)榇呋瘎┑念w粒度越小，則產(chǎn)生的床層阻力就越大。用科茲尼卡曼 來(lái)表示氣體流經(jīng)催化劑床層的阻力降.巾，則：.: P 二2f m LG 2(1 - ；)3D p -3-ng r f式中，.巾一床層阻力降，kg/cm2s和雷諾數(shù)Refm 阻力系數(shù)，取決于催化劑形狀系數(shù)L 床層咼度，mG 氣體的重量流速，kg / s;空隙率，n 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指數(shù)Dp催化劑顆粒的當(dāng)量直徑，ms 催化劑形狀因子g 重力加速度，9.81m /s3氣體重度，kg/ m從方程可以看出，床層阻力降取決于催化劑顆粒的當(dāng)量直徑D、形狀因子 '、阻力系數(shù)fm以及空隙率

11、；即粒度越大，.巾越?。淮呋瘎┣蚧仍礁?，DP、 s越大，雖然；小，但fm也小，因而Ap也越??；反之Ap越大。如果僅僅就床層阻力降來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能選擇顆粒較大， 球化程度較高的催化劑。綜上所述，對(duì)于給定的合成氨生產(chǎn)工藝和合成塔內(nèi)件，當(dāng)確定了所用催化劑型號(hào)后，就 需要選擇理想的催化劑粒度分布，滿足較高的催化活性和盡可能小的床層阻力降。表5、6分別給出了無(wú)定形氨合成催化劑粒度與相對(duì)活性、相對(duì)壓力降的關(guān)系以及基本塔型常用催化 劑粒度選擇。表5、粒度、活性與壓降關(guān)系粒度規(guī)格/ mm相對(duì)活性（）相對(duì)壓降（）1-1.51001001-398.473.52-492.940.83-686.726.03-9P85

12、.221.96-979.713.96-1278.112.2說(shuō)明：不同型號(hào)催化劑相對(duì)活性及相對(duì)壓降隨粒度變化有所不同表6、基本塔型與催化劑粒度塔型常用催化劑的顆粒度/ mm*500*600*600 *800*800 斬000大型軸向塔軸徑向、徑向塔說(shuō)明：（1）軸向塔在裝填催化劑時(shí)，塔底及頂部適當(dāng)裝些較大顆粒的催化劑；（2）綜合考慮催化劑活性和床層壓降，催化劑粒度的選擇可能是兩種或多種粒度的組合。3. 2裝填催化劑裝填質(zhì)量將直接影響催化劑性能的發(fā)揮和生產(chǎn)的正常進(jìn)行。催化劑裝填原則是“緊密性”和“均勻性”。如果裝填中出現(xiàn)架橋現(xiàn)象或顆粒效應(yīng)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致氣流短路或溝 流，造成床層各部位合成反應(yīng)的差異，嚴(yán)

13、重的會(huì)使操作惡化以至不能維持生產(chǎn)，甚至損壞設(shè) 備。在裝填之前須進(jìn)行催化劑過(guò)篩。在運(yùn)輸過(guò)程中，由于催化劑顆粒間的相互摩擦和撞擊， 引起顆粒破碎而產(chǎn)生少量碎末和細(xì)粉，不經(jīng)過(guò)篩進(jìn)行裝填，會(huì)增加床層壓力降，如碎末和細(xì) 粉被帶人合成系統(tǒng)其它設(shè)備或管道，將導(dǎo)致整個(gè)合成系統(tǒng)阻力上升。此外，裝填前還必須對(duì)合成塔的催化劑支撐篦條或金屬支撐網(wǎng)進(jìn)行檢查，防止因篦條或 支撐網(wǎng)的破損造成催化劑隨氣流的沖擊而漏人下部換熱器或其它管道、設(shè)備，造成嚴(yán)重的堵 塞事故。催化劑的過(guò)篩應(yīng)就具體粒度選擇適宜的篩網(wǎng)，見(jiàn)表7。表7、催化劑粒度與篩網(wǎng)尺寸催化劑粒度/ mm過(guò)篩可選用的篩網(wǎng)尺寸/ mm10-20過(guò)篩必須做到既能篩完全，又不致于

14、催化劑再次磨損。通常的做法是將催化劑由斜支撐 的篩網(wǎng)自上而下地溜下去， 這樣利用催化劑本身的重力進(jìn)行篩分，不僅可以達(dá)到過(guò)篩的目的,且可避免催化劑顆粒間的相互摩擦和撞擊，減小了催化劑不必要的破碎和損失。裝填催化劑應(yīng)根據(jù)不同的塔內(nèi)件采取相應(yīng)的裝填方法。對(duì)于塔徑較小，且為冷管型的合 成塔而言，可以采用“螺旋式散灑”方式進(jìn)行，每裝填一定量的催化劑后(通常為500kg)可用鋁棒輕輕搗實(shí)，并注意每一位置催化劑的高度是否一致，以便于及時(shí)調(diào)整散灑方向。對(duì)于 塔徑較大(16003200)且為徑向或軸向的大型合成塔，由于氣流流經(jīng)的截面積大，路程短， 裝填要求更高。最好能使用漏斗或金屬軟管進(jìn)行裝填，但必須保證各個(gè)部

15、位的均勻性，不要 把催化劑堆放在一個(gè)位置。如果需人進(jìn)塔裝填，則還必須注意人不能直接踩在催化劑上，必 須用木板墊腳。裝填一定高度后，用機(jī)械振蕩器按一定方式(有模板)振蕩規(guī)定的時(shí)間，再對(duì) 照預(yù)先根據(jù)理想的堆積密度算好的相應(yīng)床層高度，對(duì)照是否吻合，以決定下步的裝填。催化劑裝填過(guò)程，還應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 選擇晴朗的天氣，防止催化劑受潮。(2) 遠(yuǎn)離催化劑毒物，避免遭受污染。(3) 預(yù)還原催化劑過(guò)篩時(shí)避免陽(yáng)光直射。(4) 預(yù)還原催化劑裝填時(shí)， 還需要安裝臨時(shí)測(cè)溫電偶，監(jiān)測(cè)床層溫度。通常裝填時(shí)還通人微量的氮?dú)?，以防止催化劑因鈍化膜的破壞而氧化。(5) 進(jìn)塔裝填預(yù)還原催化劑，必須有安全保證措施。(6)

16、 對(duì)于不同型號(hào)、不同形態(tài)的催化劑的組合裝填，應(yīng)遵循高溫在下(后)，低溫在上(前)的原則。3.3還原氧化態(tài)的催化劑并不具備催化活性，使用前必須經(jīng)過(guò)還原活化處理。催化劑的活性不僅 與其化學(xué)組成、物理結(jié)構(gòu)和制備方法有關(guān)，還與催化劑的還原過(guò)程有關(guān)。3.3.1 還原進(jìn)程與還原質(zhì)量的影響因素氨合成催化劑的還原通常是在合成氣的氣氛中進(jìn)行的。還原過(guò)程中一般認(rèn)為只有Fe 304被還原，而其它助劑仍以氧化物的形式存在。還原主要化學(xué)反應(yīng)式為：Fe304(s)+4H 2(g)二 3:-Fe(s)+4H 20 (g)舊紅=149.9kJ/mol3.3.1.1 溫度的影響提高溫度，有利于反應(yīng)速度的加快，縮短還原進(jìn)程以及化

17、學(xué)平衡的向右移動(dòng)，促使還原 反應(yīng)的完全徹底。但過(guò)高的溫度會(huì)引起鐵微晶的長(zhǎng)大或燒結(jié)，造成催化劑活性表面或活性中 心的減少，降低催化劑的本征活性。331.2 壓力的影響從還原反應(yīng)的特點(diǎn)來(lái)看，壓力不影響反應(yīng)的平衡，但可以加快反應(yīng)速度。還原過(guò)程中由 于生成的水汽不斷被除去，平衡因此不斷被破壞，壓力的提高有利于縮短還原達(dá)到平衡的時(shí) 間。此外，增加壓力還是提高空速和加強(qiáng)氨合成反應(yīng)的有效手段。但壓力對(duì)于還原反應(yīng)的水 汽擴(kuò)散起著抑制作用，壓力提高，催化劑顆粒內(nèi)部水汽的逸出變得困難，增加了催化劑水汽 中毒的機(jī)會(huì)。空速的影響空速的提高一般是通過(guò)加大循環(huán)量或提高系統(tǒng)壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。還原階段提高空速，可以 縮短水汽與催

18、化劑活性位的接觸時(shí)間，減少水汽對(duì)催化劑反復(fù)氧化還原的可能性，從催化劑 微孔結(jié)構(gòu)的形成來(lái)看，比表面積得以增大。同時(shí)由于氫空速也隨之提高，加快了還原反應(yīng)的 進(jìn)行。但空速的提高常受制于加熱器的能力。水汽的影響水汽既是反應(yīng)的產(chǎn)物，又是催化劑的毒物。不論是從還原反應(yīng)的要求來(lái)講，還是從保護(hù) 催化劑活性的角度考慮，降低系統(tǒng)水汽含量都是必要的。所謂的快速還原法，還原過(guò)程水汽 達(dá)10g/ Nm3甚至更高，這不可取也是不允許的。氫濃度的影響氫作為還原介質(zhì)，增加其濃度相當(dāng)于提高還原反應(yīng)的推動(dòng)力，有利于平衡向生成物方向 移動(dòng)，促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行。在還原初期應(yīng)控制較高的濃度，以便有較高的還原速率。還原 主期可作適當(dāng)調(diào)整

19、。反應(yīng)器內(nèi)件型式的影響就化學(xué)反應(yīng)的本身速率而言，只與反應(yīng)組份的濃度、溫度以及催化劑有關(guān)，而與反應(yīng)器 的大小無(wú)關(guān)，但實(shí)際上，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，必然伴隨著反應(yīng)組分的傳遞，反應(yīng)熱的吸收 和釋放，反應(yīng)物料的混合等物理過(guò)程。這些過(guò)程又影響著反應(yīng)物的濃度和溫度，因而研究化 學(xué)反應(yīng)還應(yīng)當(dāng)聯(lián)系反應(yīng)器的尺寸和形狀。目前我國(guó)氨合成塔就內(nèi)件型式而言，大型化肥廠和部分中型氮肥廠基本上都是冷激型的軸 向塔、徑向塔、軸徑向塔。這類塔催化劑的還原還是比較容易的。而其它中、小型化肥廠冷 管型內(nèi)件居多，由于還原過(guò)程存在著冷壁效應(yīng)，催化劑的還原相對(duì)困難得多，特別是塔底溫 度很難提得起來(lái)(均溫型軸向塔軸向溫差較小)，催化劑的還原

20、度將受到限制。3.3.2 擬訂還原方案還原方案大致包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：3.3.2.1 準(zhǔn)備工作(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備處于良好的待運(yùn)狀態(tài)，防止因設(shè)備故障而造成停車事故。(2) 合成塔測(cè)溫電偶及其它儀表已經(jīng)校驗(yàn)，避免儀表偏差導(dǎo)致操作失誤。(3) 水汽分析工作準(zhǔn)備完畢。水汽分析使用較多的有色譜法、干冰法等等。一般常用的是傳統(tǒng)的燒堿石棉吸收法。用 這種方法在操作中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：燒堿石棉應(yīng)符合質(zhì)量要求，使用前應(yīng)在350 ± 5C下烘干4h;取樣點(diǎn)要合理，應(yīng)緊靠合成塔出口，且管線不宜過(guò)長(zhǎng)；每半小時(shí)分析一次水汽濃 度，采用連續(xù)通氣法，流速以 2L /min為宜；吸收管次序不能顛倒。計(jì)算公式：(AGHG2

21、)(100A)3W 一 v(273/(273t)(p _PH 20/760 g/Nm式中：: G1、. G2分別為兩吸收管的增重，mgt為室溫，cp、PHo分別為大氣壓以及飽和水烝汽壓，mmHgA為出塔氨含量，3.322指標(biāo)的擬定綜合影響催化劑還原因素，對(duì)于不同型號(hào)的催化劑的升溫期、還原初期、主期和末期， 根據(jù)其出水特點(diǎn)可分別給出相應(yīng)的指標(biāo)。但總的原則是高空速、高熱負(fù)荷、高氫、低水汽、 低平面及軸向溫差以及盡可能低的壓力。根據(jù)催化劑的特點(diǎn)，還原過(guò)程大致可分為以下幾個(gè) 階段。升溫期：此過(guò)程僅僅是脫除微量的物理水，升溫速率可適當(dāng)快些，一般在4050C/ho還原初期：還原反應(yīng)剛開(kāi)始，反應(yīng)并不激烈，水

22、汽濃度一般不會(huì)超出指標(biāo)，升溫速率控 制在810C為宜(按催化劑型號(hào)來(lái)決定，以下幾個(gè)階段相同)。還原主期：由于反應(yīng)猛烈，水汽可能會(huì)超指標(biāo)，可采取控制升溫的辦法控制水汽濃度。還原末期：還原趨于結(jié)束，可根據(jù)需要進(jìn)行一些指標(biāo)的調(diào)整，對(duì)于冷管型合成塔，應(yīng)最 大限度地提高床層底部溫度并自然地過(guò)渡到負(fù)荷調(diào)整期。表 8-13 分別為 A110-1、A110-1-H、AC A202、ZA-5、NC(ICI)74-1 型氨合成催化劑的 還原指標(biāo)。表8 A110-1氨合成催化劑的還原指標(biāo)時(shí)期時(shí)間h熱點(diǎn)溫 度C升溫速 率C / h壓力MPa氨冷溫 度C入塔氫%水汽濃度-6 ,x10 v/v階段累計(jì)升溫期1010室溫3

23、20-403505> 68-還原初期2030320360360400510557-10 -5> 70V 1500還原主期7010040045045049023視情況79-15 -10> 70v 3000還原末期20120490500視情況912調(diào)整調(diào)整V 200輕負(fù)荷期24144 :460 ±5：-5 -1024正常-表9 A110-1-H氨合成催化劑的還原指標(biāo)時(shí)期時(shí)間h熱點(diǎn)溫 度C升溫速 率C / h壓力MPa氨冷溫 度C入塔氫%水汽濃度-6 ,X10 v/v階段累計(jì)升溫期88室溫200-403505> 68-還原初期18262004101557-10 -5

24、> 70v 1000還原主期733：410480v 10 79-15 -10> 70v 1000還原末期639480500v 5912調(diào)整調(diào)整v 200輕負(fù)荷期2462460 ±5-5 -10 24正常-表10 AC氨合成催化劑的還原指標(biāo)時(shí)期時(shí)間h熱點(diǎn)溫 度C升溫速 率C / h壓力MPa氨冷溫 度C入塔氫%水汽濃度-6 .X10 v/v階段累計(jì)升溫期1010室溫310403505> 68-還原初期151825283104005657-10 -5> 70v 1500還原主期4045657340048023視情況79-15 -10> 70v 3000還原末

25、期10157588480495視情況912調(diào)整調(diào)整v 200輕負(fù)荷期2499112455茅-10 -524正常-表11 A202氨合成催化劑的還原指標(biāo)時(shí)期時(shí)間h熱點(diǎn)溫 度C升溫速 率C / h壓力MPa氨冷溫 度C入塔氫%水汽濃度X10-6 v/v階段累計(jì)升溫期1010室溫310403505> 68-還原初期151825283104005657-10 -5> 70v 1500還原主期5870839840048023視情況79-15 -10> 70v 3000還原末期101596110480495視情況912調(diào)整調(diào)整v 200輕負(fù)荷期24460 ±5-10 -5 24

26、正常-表12 ZA-5氨合成催化劑的還原指標(biāo)時(shí)期時(shí)間h熱點(diǎn)溫升溫速壓力氨冷溫入塔水汽濃度x10-6階段累計(jì)度C率C / hMPa度C氫%v/v升溫 期88室溫-30040 605805> 75v 1000升溫 期513300-40030 4058-10580v 1000還原 期1020233340079-15-1080v 3000還原 期30405373400-4301591015-1080v 3000還原 期207393430-48010 1210 12調(diào)整80v 1000表13 NC ( ICI ) 74-1氨合成催化劑的還原指標(biāo)時(shí)期時(shí)間h熱點(diǎn)溫 度C升溫速 率C / h壓力MPa氨

27、冷溫 度C入塔氫%水汽濃度X10-6v/v階 段累 計(jì)升溫 期1010室溫320-403505> 68-還原 初期2030320360360400510557-10-5> 70v 1500還原 主期70100400 450450 49023視情況79-15-10> 70v 3000還原 末期20120490 500視情況912調(diào)整調(diào)整v 200輕負(fù) 荷期24144460 ±5-5-1014正常-制定還原指標(biāo)除以上必須考慮的各項(xiàng)因素外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合本廠的實(shí)際情況，如合成塔內(nèi) 件形式、氨冷能力、加熱器能力、調(diào)氫手段等。盡量把各方面的條件估計(jì)得充分一些，力求 制訂出一個(gè)較為

28、切合實(shí)際的方案。3.323緊急情況的處理還原過(guò)程中難免有外部條件突然發(fā)生變化的情況。如何及時(shí)正確地進(jìn)行處理，這對(duì)保護(hù) 催化劑起著重要的作用。突然停電：還原進(jìn)行過(guò)程中，特別是處于出水主期，系統(tǒng)水汽濃度較高時(shí)，突然發(fā)生停 電情況，除按正常步驟操作外，系統(tǒng)必須放空，必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)置換，以降低水汽含量。在卸壓操作中應(yīng)注意，卸壓速度不得過(guò)快，防止在催化劑顆粒內(nèi)外造成過(guò)大壓差，導(dǎo)致 催化劑的破碎粉化，此外還應(yīng)當(dāng)防止產(chǎn)生靜電火花以及發(fā)生氣體倒流。電爐故障：還原過(guò)程中電爐出現(xiàn)問(wèn)題是較為常見(jiàn)的，尤其是小化肥廠。當(dāng)電流電壓表突 然無(wú)指示，就可能是調(diào)控裝置發(fā)生問(wèn)題或是電爐絲出現(xiàn)故障，這時(shí)不可以立即停循環(huán)機(jī)，當(dāng)

29、 確信系統(tǒng)水汽較低時(shí)，方可停車修理。氣質(zhì)差：往往由于凈化工序出問(wèn)題，導(dǎo)致合成氣中微量跑高，這時(shí)應(yīng)灼情減量乃至切氣， 大型氨廠凈化條件好，一般僅在幾個(gè)ppm（指標(biāo)<IOppm），而相對(duì)凈化條件較差的中小型化肥廠控制在25ppm以內(nèi)，另外，銅洗流程的中小化肥廠，還原過(guò)程氣體夾帶銅液或因氨分離不 完全進(jìn)口氨太高，都可能使還原溫度發(fā)生跨溫現(xiàn)象。333還原過(guò)程的進(jìn)行與調(diào)整333.1當(dāng)對(duì)合成回路檢查認(rèn)定后，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試壓、置換（O2<0.5 %為合格）、充壓，并開(kāi)啟循環(huán)機(jī)。在保證電爐安全使用氣量的前提下緩慢地把電爐功率調(diào)至最大（一般在4h內(nèi)把電爐調(diào)至滿量），對(duì)于使用開(kāi)工加熱爐的廠， 可調(diào)節(jié)燒

30、嘴數(shù)量以調(diào)整氣流量來(lái)滿足升溫要求，盡可能從開(kāi)始就盡量縮小床層軸向溫差。電爐的安全氣量可按下式計(jì)算：_ 0.24 3UI 3600 22.4 C7Cp t iooo式中：V為安全氣量，Nm/h ; U I分別為電壓 V,電流 A; Cp混合氣體的熱容，一般取29. 302kJ（7.0kcal）/mol. C； At表示電熱絲與氣流間的溫差，一般可取200C； C是安全系數(shù)，一般取1.11.203.3.3.3 隨著還原反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑便開(kāi)始具有活性，還原過(guò)程將伴隨著氨的合成，此時(shí) 還原反應(yīng)所需的熱量不僅來(lái)自加熱器，還來(lái)自氨合成反應(yīng)熱。當(dāng)供熱大于吸熱時(shí)，床層溫度將上升，為了控制床層溫度在需要的范圍

31、，可采取加大循環(huán)量的辦法，使得氨的合成反應(yīng)“均勻分布”在整個(gè)床層而不致于集中在某一段或某一部位上。3.3.3.4 在增加循環(huán)量的過(guò)程中，只要能滿足床層溫度要求，就不必輕易加壓，否則可適 當(dāng)提高系統(tǒng)壓力。但應(yīng)注意的是，往往在提壓時(shí)，溫度并不如預(yù)期的那樣上升，反而是呈下 降趨勢(shì)，這可能是因?yàn)榇呋瘎┑幕钚陨胁粔驈?qiáng)烈或者合成氣氫氮比并不理想，可耐心調(diào)節(jié)循 環(huán)量或氫濃度。3.3.3.5 加大空速對(duì)降低系統(tǒng)水汽濃度是有利的，特別是在還原主期。在出水太猛，需空速 又較高，此時(shí)電爐功率已達(dá)最大，而產(chǎn)氨反應(yīng)并不劇烈時(shí)，應(yīng)放慢升溫速，率，采取“階梯 式”升溫方式，盡可能把每一溫度下的水出凈。3.3.3.6 當(dāng)合成

32、系統(tǒng)配置的循環(huán)機(jī)量已加滿（當(dāng)然這里是以滿足床層溫度為前提的），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)催化劑的還原基本已接近尾聲，催化劑的催化行為異?；钴S，對(duì)氫氮比也十分敏感，根據(jù)床層底部溫度及系統(tǒng)水汽情況，決定還原是否繼續(xù)進(jìn)行。通常對(duì)于較易還原的塔， 床層最低溫度能達(dá)到 475485C，甚至可更高一些。而較難還原的塔（如三套管型的塔），底部溫度在465 C左右，而水汽連續(xù) 4h<0.2g /Nri3,可視為還原結(jié)束。這里應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì) 于不同的催化劑有不同的溫度指標(biāo)，比如NC（ICI）74-1的最終還原溫度為 450 Co3.3.3.7 還原結(jié)束后，可按適當(dāng)速率提高系統(tǒng)壓力，并逐步減小至切掉加熱器，然后調(diào)節(jié)循

33、 環(huán)量至正常生產(chǎn)。同平面溫差。還原過(guò)程中可能出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，而催化劑床層出現(xiàn)同平面溫差應(yīng)該說(shuō)是最難處理的。所謂同平面溫差就是指在催化劑床層的同一平面上的溫度差異，對(duì)于軸 向塔來(lái)講就是表現(xiàn)在直徑方向的不同位置上的溫差。造成平面溫差的原因可能是催化劑裝填 不均勻，引起床層內(nèi)氣體偏流，催化劑還原的程度不一；也可能是設(shè)備本身有缺陷，如冷管 排列不均勻或內(nèi)件泄漏；還可能操作存在失誤，比如說(shuō)溫度控制過(guò)低，甚至處于敏感區(qū)域內(nèi) 操作等。同平面溫差過(guò)大，不僅催化劑不能充分利用，造成合成塔生產(chǎn)能力下降，更為嚴(yán)重 的是會(huì)使得內(nèi)件受熱不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力，可能導(dǎo)致內(nèi)件受損，甚至發(fā)生內(nèi)件變形引起合成塔 外殼溫度過(guò)高威脅安

34、全生產(chǎn)。一旦催化劑還原過(guò)程中出現(xiàn)了同平面溫差，首先應(yīng)該搞清其產(chǎn)生的原因，然后采取相應(yīng)的措施。如果是由于催化劑還原不均造成同平面溫差過(guò)大，則隨使 用時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫區(qū)催化劑的活性衰退，溫差也可能縮小。如果是由于設(shè)備本身設(shè)計(jì)有誤 或存在泄漏，只要一加負(fù)荷，同平面溫差將更加增大，這時(shí)可以適當(dāng)減負(fù)荷生產(chǎn)，降低壓力, 減少循環(huán)量和適當(dāng)提高床層人口溫度，以抑制高溫部分加強(qiáng)低溫部分的反應(yīng)。如此一段時(shí)間 后，低溫部分催化劑逐步還原徹底，活性得以提高，溫差會(huì)自動(dòng)縮小。如果是偏流引起的同 平面溫差過(guò)大，則隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫區(qū)催化劑的活性衰退，溫差也可能縮小。如果是 由于設(shè)備本身設(shè)計(jì)有誤或存在泄漏，只要一加負(fù)荷

35、，同平面溫差將更大， 這時(shí)就應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷，進(jìn)行停車處理。如果是由于操作不當(dāng)引起同平面溫差，這時(shí)溫差表現(xiàn)得稍大，但基本恒定不 變，應(yīng)立即正確操作，盡可能穩(wěn)定在催化劑的正常使用溫度范圍內(nèi)。3. 4負(fù)荷調(diào)整期事實(shí)上，氨合成催化劑在還原一開(kāi)始就具備了催化活性（尤其是預(yù)還原催化劑）。此時(shí)不可避免地發(fā)生氨的合成。 嚴(yán)格地講，合成氨的生產(chǎn)就已經(jīng)開(kāi)始了，隨著還原反應(yīng)的不斷進(jìn)行，催化劑的活性表現(xiàn)得更加活躍，氨合成反應(yīng)更加強(qiáng)烈，只不過(guò)在還原過(guò)程人為控制還原反應(yīng) 居于主導(dǎo)地位，目的是使催化劑的還原完全徹底。所以說(shuō)，催化劑投用的負(fù)荷調(diào)整期是一個(gè) 被動(dòng)過(guò)程，一旦還原結(jié)束，就自然地轉(zhuǎn)人生產(chǎn)階段，此時(shí)不急于加滿負(fù)荷的目的僅在

36、于熟悉 在用催化劑的脾性，摸索操作規(guī)律，調(diào)整各工藝指標(biāo)至最佳范圍，為滿負(fù)荷生產(chǎn)創(chuàng)造條件。負(fù)荷期的調(diào)整可從以下幾方面著手。341溫度從溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響考慮，為獲得較高的平衡氨含量，反應(yīng)溫度應(yīng)盡可能的低。但 按反應(yīng)速度的要求，反應(yīng)過(guò)程又應(yīng)該沿適宜溫度曲線進(jìn)行，這時(shí)就應(yīng)根據(jù)催化劑的特性，確 切地說(shuō)應(yīng)根據(jù)催化劑的使用溫度范圍來(lái)調(diào)節(jié)適宜的溫度（當(dāng)然催化劑的使用溫度的設(shè)計(jì)也應(yīng)符合最適宜溫度曲線范圍）。為了充分利用催化劑的低溫活性，在生產(chǎn)初期，盡可能不要控制過(guò)高的熱點(diǎn)溫度。實(shí)際生產(chǎn)中，合成氣體先經(jīng)過(guò)絕熱段反應(yīng)，使其溫度迅速升高，然后隨著 合成反應(yīng)的進(jìn)行，氨濃度不斷增加，反應(yīng)的推動(dòng)力在不斷減小，要求反應(yīng)盡

37、可能沿最適宜溫 度曲線進(jìn)行，達(dá)到盡可能高的氨合成率。最適宜溫度是隨著氨含量的增加而逐步降低的，這 也兼顧了化學(xué)平衡對(duì)反應(yīng)速度的要求。催化劑的床層溫度一般來(lái)說(shuō)是按先低后高的趨勢(shì)分布 的，床層中的最高點(diǎn)通常被稱作“熱點(diǎn)”。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中控制的反應(yīng)溫度就是以熱點(diǎn)為主。熱點(diǎn)在床層的位置與進(jìn)塔-氣量有很大關(guān)系，所 以考察催化劑的優(yōu)劣，不能以熱點(diǎn)位置而論，而應(yīng)當(dāng)從熱點(diǎn)的下移速度來(lái)考慮。所以在調(diào)整 溫度時(shí)，應(yīng)通過(guò)各種調(diào)節(jié)手段控制熱點(diǎn)溫度在催化劑使用初期要求的范圍內(nèi)。342壓力提高壓力有利于氨合成反應(yīng)，合成裝置的生產(chǎn)強(qiáng)度隨壓力的提高而增加，但壓力的提高 對(duì)設(shè)備管道的材質(zhì)提出了很高要求，生產(chǎn)上選擇壓力的主要依據(jù)是包括能量消耗、原料費(fèi)用、設(shè)備投資等在內(nèi)的綜合費(fèi)用，也就是說(shuō)取決于經(jīng)濟(jì)效益。壓力的調(diào)整，主要視床層能否維持自熱。在其他工藝條件不變的情況下，如果床層能維 持自熱平衡，則應(yīng)盡可能在低壓下進(jìn)行氨的合成反應(yīng)，以降低能耗。此外還有氫氮比的調(diào)整（進(jìn)口氣體組成），空速的調(diào)整等。3.5停車短期停車短期停車，可切斷氣源后保溫保壓，較長(zhǎng)時(shí)間停車則可以進(jìn)行減壓后，充入N,封閉合成塔。長(zhǎng)期停車長(zhǎng)期停車，催化劑必須進(jìn)行鈍化處理。鈍化時(shí)將催化劑循環(huán)冷卻到小于60 C,再用氮?dú)庵脫Q氫氣和氨氣，在壓力下，開(kāi)始氮?dú)庋h(huán)，直到氫氣小于4%再通人壓縮空氣鈍化，鈍化期間催化劑層任一點(diǎn)的溫度不超過(guò)100 Co在沒(méi)有氮?dú)獾?/p>