氨合成塔触媒CO中毒浅谈

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1、氨合成塔触媒CO中毒浅谈摘要：通过对合成氨一部氨合成塔触媒CO中毒现象的分析，找到触媒中毒的原因，提出针对触媒CO中毒的预防措施和处理措施，确保触媒使用寿命。关键词：合成塔触媒热点温度CO中毒措施1概述：4117-R1氨合成塔系丹麦托普所公司设计，原先为S-100系列，后根据运行情况、为提高产量、降低能耗，在1993年6月改造为S200系列。触媒采用南化公司催化剂厂的A110-1/H型氨合成催化剂。设计寿命8—10年。2008年7月装置大修时对合成塔触媒进行了更换，仍然采用原型号触媒。上段装预还原触媒（A110-1

2、-H），实际装填16.64吨，装填体积8m3，装填堆密度2080kg/m3。下段装未还原触媒（A110），实际装填54.4吨，装填体积18.3m3，装填堆密度2973kg/m3成分FeOFe2O3Al2O3K2OCaOMgOSiO2含量（wt%）35.5254.862.850.663.270.280.75说明主催化剂助催化剂氨合成催化剂金属的物化性质还原前熔铁催化剂的化学组成：合成氨使用的触媒不是纯铁，而是一种以铁为主体添加少量（约占10%）的K、Ca、Mg、Al、Si等物质和铁熔在一起制成特殊的混合物晶体，K、C

3、a、Mg、Al、Si被称为促进剂或助催化剂，以氧化态存在，不能被还原。催化剂还原前叫熔铁催化剂，有FeO、Fe2O3、Al2O3、K2O、CaO、MgO、SiO2组成，还原后叫铁催化剂，由Fe、Al2O3、K2O、CaO、MgO、SiO2组成，呈多孔性海绵状，具有很大的比表面积，现用南京产A系触媒中含有BaO，而没有MgO，其他组分与KM-IR，KM-I型触媒一样，只是百分含量略有差异。2问题的提出在合成氨中合成触媒中毒主要是因为微量高了。中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。如，对于合成氨反应中的铁触媒，O2、CO

4、、CO2和水蒸气等都能使触媒中毒，但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的触媒时，触媒的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。含P、S、As的化合物则可使铁触媒永久性中毒。触媒中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复，触媒中毒使催化效率变低了，有效成份减少了，使用寿命也随之减少，能耗上升，单位成本增加了。2009年1月12日15：50，进入4117工段工艺气中CO严重超标，造成4117-R1一段触媒在封塔后，出现超温，部分触媒出现氧化反应，同时影响了触媒的使用寿命，且装置大面积停

5、车。针对这一现象，车间集思广益，制定措施，为这种现象积极查找原因。3原因分析：3.14117-R1触媒中毒机理说明：CO中毒机理：CO是氨合成原料气中最难脱除，但对氨合成触媒最为有害的毒物，一部分CO会通过合成塔中的氢发生甲烷化反应而转化成甲烷和水。甲烷易引起触媒床层部分烧结，而水又是触媒的毒物。别一部分CO又会稳定地吸附在触媒活性中心上降低触媒的活性.补充气中CO、CO2含量过高，大量进塔后和H2在触媒层中发生反应：CO+3H2=CH4+H2OCO2+4H2=CH4+2H2O（甲烷化反应），生成的水蒸气和a-Fe

6、发生反应H2O+Fe=FeO+H23H2O+2Fe=Fe2O3+3H2a-Fe被氧化成FeO和Fe2O3会出现触媒活性降低，触媒层温度下降，系统压力升高等中毒现象3.2大型合成氨厂一般是30万吨/年能力，净化系统技术高，气体质量好，如果精心操作，应该可以大大延长使用寿命的，一般设计值为8~10年。触媒层热点温度一般控制在495℃。触媒层温度上下浮动一般正负5℃。3.2.1现在对2009年1月12日，氨合成塔触媒中毒后，床层温度变化见表1表1床温变化一段入口温度（℃）一段触媒温度（℃）二段入口温度（℃）二段触媒

7、温度（℃）塔入口温度（℃）塔出口温度（℃）时间TITITITITITITITITITITITITITITI120312137485262122434414:1927527034550750450750450540239947047047211430714:4422522627440741540341141136836937938638312524315:0035535145366666868067667855957042443742915420116:20333338416533523553550501490

8、500503519504114185从上表可以看出：合成塔触媒在CO中毒后，塔壁温度，没有上升，保持正常，对塔壁温度正常。二段床温，入口最高达到570℃，床层温度保持稳定，对二段床温影响不大。一段床层温度在15分钟内上升250℃，触媒出现严重超标现象，触媒层轴向温差大。3.2.2对系统压力及流量见表23.2.2对系统压力及流量见表2表2系统压力流量变化时间P