氨合成催化剂中毒和使用寿命探讨

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1、西部煤化工2011年第2期氨合成催化剂中毒和使用寿命探讨李永华（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南714000）摘要介绍了氨合成工艺流程和氨合成催化剂的物理性质、化学组成和催化剂中毒机理。渭化氨合成塔催化剂CO2中毒，导致氨合成塔运行异常，通过催化剂还原，氨合成运行正常，并对如何延长氨合成催化剂的使用寿命进行了探讨。关键词氨合成；催化剂中毒；还原处理；使用寿命西部煤化工2011年第2期陕西渭河煤化工有限责任公司合成氨装置年产300kt/a合成氨，1996年5月投产，2002年4月第1炉氨合成催化剂更换，第2炉催化剂运行至今。采用的是预还原态A110-1-H催化剂

2、，粒度为1.5～3mm，具有高活性、耐热好、低温活性好、抗毒性能强等优点。期间催化剂经历了进油、中毒等冲击，但经过调整，目前运行情况良好。本文介绍了渭化氨合成塔催化剂中毒过程，并对催化剂中毒机理和如何延长催化剂使用寿命进行了探讨。1渭化氨合成塔和工艺流程简介渭化R1801氨合成塔为托普索S-200型塔（合成塔内件底部不带换热器）。它由承压外壳和内件组成，合成塔的压降很低，催化剂的利用率高。采用床间换热器，一方面避免了直接激冷对合成气中氨浓度稀释，另一方面能及时移走反应热，使催化剂床层温度分布合理，提高了单程转化率。合成塔基本尺寸为见表1。表1合成塔床层基本尺寸床层直径

3、/mm高度/mm体积/m3死气层径向层第1床层,上层）ф2130/ф1130625495012.44第2床层,下层）ф2162/ф6001040932031.57从净化工号送来的新鲜合成气与循环气压缩后一起经过热热换热器E1803被来自中压蒸汽发生器E1802的高温气体加热到243℃，工艺气分两股进入氨合成塔R1801，在合成塔中进行合成氨反应。一路主气流从合成塔的主气流进口进入合成塔，向上通过由压力壳和触媒筐外壳构成的外环隙进入合成塔床间换热器的管程；另一路合成气作为调节入床层温度的冷却气体从塔底的冷却旁路进口进入合成塔冷却副线，在冷却副线上的上部和床层换热器管程的

4、工艺气混合，进入合成塔一段床，径向向内通过一段床触媒层进行反应，大部分的氨在一段床层合成，反应后气体进入床间换热器壳程和上述入塔合成气换热，被冷却后的反应气进入合成塔的二段床，进一步合成氨反应，提高转化率，反应气从合成塔底部送出合成塔。合成气经过废锅系统、低温换热器、水冷器、两级氨冷器进行降温，后被送入氨分离器，冷凝的液氨在氨分离器进行分离，氨分离器分离出的气体仍含有少量氨，通过换热后进入合成气压缩机循环段。氨分离器分离出来的液氨减压后送入高压减压罐，溶解在液氨里德氢氮气及惰性气体被释放出来，这部分气体循环回合成气压缩机，出高压减压罐的液氨送氨冷冻工段。氨合成流程简图

5、见图1。过热蒸汽合成气氨1234567891011121开工加热炉2氨合成塔3中压蒸汽过热器4中压蒸汽发生器5热热换热器6水冷器7冷热换热器8第一氨冷器9第二氨冷器10氨分离器11减压槽12合成气压缩机图1氨合成工序流程简图2氨合成催化剂2.1催化剂简介Ａ110-1和Ａ110-西部煤化工2011年第2期1Ｈ型催化剂为铁系氨合成催化剂,主要用经过精选的磁铁矿按传统的熔融法制造而成。Ａ110-1Ｈ预还原型催化剂是Ａ110-1型催化剂经还原后为便于贮存、运输、装填而钝化生产的,其还原度已达90%,只要略加还原便具有较高的催化活性。为提高催化剂的活性和热稳定性,在制备过程中添

6、加了Al2O3、K2O、CaO等结构性助催化剂,其作用在于利用这些高熔点难还原的氧化物作为活性物质α-Fe晶体的间隔体,阻止易烧结微晶的长大,从而增强催化剂本体耐热稳定性。SiO2通常是从磁铁矿原料中带入,它的适量存在类似于Al2O3可起到稳定铁晶粒作用,并增强催化剂耐热性和抗水毒害。催化剂各组分按一定含量配比,在熔融状态下互相发生作用,从而影响催化剂活性和热稳定性。催化剂的孔结构、比表面积、晶粒大小,尤其是还原态催化剂表面化学组成,对于催化剂活性和稳定性起着重要作用。A110系列氨合成催化剂是目前我国使用最为广泛的氨合成催化剂，它有以下主要型号：A110-1（包括预

7、还原的A110-1-H）、A110-2、A110-3、A110-4、A110-5Q、A110-6。A110系列中，除A110-5Q为球形催化剂外，其它均为不规则的无定形催化剂，经磨角处理。A110-1型氨合成催化剂在A110系列中产量占据主要地位，它作为A110系列的典型代表，具有以下主要特点：还原温度低、启始反应温度低，低温活性好和热稳定性良好等优点。其物理性能和化学组分如表2和表3所示。西部煤化工2011年第2期表2A1系列氨合成催化剂物理性能项目A103A110-1A110-2A110-3A110-4A110-5QA110-6堆密度，㎏/l2.