第４Ｏ卷增刊１ 石油化工设备 ２Ｏ１１年８月 ＰＥＴＲＯ ＣＨＥＭＩＣＡＩ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ Ｖｏ１．４０ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １ Ａｕｇ．２Ｏ１１ 文章编号：１０００—７４６６（２０１１）增刊ｌ一００８６ ０３ 氨合成催化剂安全运行 肖 彬，管庆武 （河南省煤业化工集团中原大化公司合成氨厂，河南濮阳４５７０００） 摘要：阐述了氨合成回路流程、催化剂的装填、升温还原及影响催化剂使用寿命的因素，介绍了运 行２０ ａ的氨合成催化剂保护措施及经验。 关键词：合成塔；氨；催化剂；运行 中图分类号：ＴＱ ０５０．７ — ”—文献标志码：Ｂ “＋＿”＋”＋”＋”＋“——卜“＋“＋“—卜”— ”—卜”—卜”—－ ”—・卜 ＋ ＋”—卜“—卜”—卜・・—卜”－－卜・・—卜”—＋ｒ”—＋ｒ・ 管壁的温度就越高，对于压力为１．４ ＭＰａ的锅炉， 没有水垢的炉管外壁温度只有２１５～２５０ ｏＣ。如结 有０．８～１．０ ｍｍ厚的｝昆合水垢，炉管外壁温度与无 垢时相比，要高出１３４～１６Ｏ Ｃｌ¨ 州。而内外表面 温度差越高，水垢分子和管壁金属之间的热扩散运 发爆管。水垢中的元素和炉管内外的温度差是影响 渗透快慢的主要因素，而这两个因素又是相辅相成 的。渗透性的动力是分子的热运动，在任何接触的 两个物体之间都可以发生，我们不能阻止粒子渗透 作用的发生，但可以通过控制水垢的生成、炉管内壁 镀特种金属等方式和工艺来延缓水垢对炉体的破 坏，从而保证炉管金属的强度，降低热注锅炉的爆管 风险，延长锅炉的使用寿命。 参考文献： 动就越剧烈，水垢分子的渗透速度相对也越快，锅炉 的危险系数越高。 在炉壁的微观世界中无论是炉壁金属还是水垢 都由原子、分子、离子等微小粒子组成，每一种粒子 都在做着永不停歇的无规则运动，称为布朗运动。 固体粒子间的核力、电磁力作用很大，绝大多数分子 只能在各自的平衡位置附近振动，这是固体分子热 运动的基本形式。但是在一定温度下，固体里也有 一［１］官民建，孙福君，刘常辉，等．锅炉受热面腐蚀分析 ［Ｊ］．河北电力技术，２００８，９（４）：１７ ２１． ［２］史维良，金学锋．催化裂化余热锅炉省煤器泄漏原因 分析［Ｊ］．石油化工设备，２００８，３７（５）：１００ １０１． ［３］王宏生．锅炉受热面爆管原因分析、应用［Ｊ］．能源技 术，２００９，１０（３）：２３—２６ 些能量较高的分子，速度也较大，具有足够的能量 脱离原平衡位置。这些分子不仅能从一个能量级跳 跃到另一个能量级，而且还能渗透进入相邻物体，发 生固体分子扩散，因此，水垢和金属管壁也可以发生 这样的相互扩散现象。笔者认为，水垢中的元素可 ［４］ 陈声．锅炉受热面爆管原因分析与对策［Ｊ］．新疆电 力技术，２００９，３（４）：１２ １３． ［５］李应军．何成国．王 秀．ＤＺＬ热水锅炉爆管实例解析 能就是这样通过渗透作用进入锅炉金属结构中，造 成钢的强度降低，引发爆管事故。 ［Ｊ］．节能，２０１０，７（６）：７４—７５． ［６］薛福连．废热锅炉蒸发管弯制开裂原因分析［Ｊ］．石油 化工设备，２００８，３７（增）：８４—８５． ４ 结语 水垢中的钙、硅、碳酸根等离子能够缓慢渗透到 钢结构中，改变钢的强度，同时这些离子与钢中的原 ［７］ 茹建平．锅炉高温段过热器管原因分析及预防［Ｊ］．冶 金动力，２００９，１１（１）：２１—２２． ［８］陈程，王 征，汤红梅．刺刀式废热锅炉爆管原因 分析及改进措施［Ｊ］．化工设计，２０１０，２Ｏ（５）：４８ ５ｏ． ［９］安 宁．管式工业炉炉管损坏防止及修复［Ｊ］．石油化 工设备，２００８，３７（增）：１０５ １０８． （杜编） 子结合，破坏原来的钢结构，使得金属键结合力降低 导致疏松。疏松层造成内壁与外壁硬度的差异，在 强度发生变化下，内应力增大，导致微破裂，从而引 收稿日期：２０１１ ０４—１２ 作者简介：肖 ￣（１９７６一），男，河南范县人，工程师，学士，从事化肥工业设备的维修管理工作。 增刊１ 肖 彬，等：氨合成催化剂安全运行 Ｓｕｍｍａｒｉｚｅ ｏｆ Ａｍｍｏｎｉａ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｃａｔａｌｙｓｔ ｉｎ Ｓａｆｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ＸＩＡＯ ｂｉｎ，ＧＵＡＮ Ｑｉｎｇ－ｗｕ （Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｄａｈｕａ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏ．，Ｈｅｎａｎ Ｃｏａｌ Ｃｈｅｎｃｉａｌ Ｉｎｃ．，Ｐｕｙａｎｇ ４５ ７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：２ｏ—ｙｅａｒ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃａｔ ａｌｙｓｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｔｏｗｅｒ；ａｍｍｏｎｉａ；ｃａｔａｌｙｓｔ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ 中原大化公司合成氨装置为设计年产３００ ｋｔ 水蒸气和二氧化碳被冷凝，在分离器中被分离出去。 合成氨、５２０ ｋｔ尿素的大型化肥装置，以天然气为原 （２）分离后的新鲜气与第一氨冷器出口的循环 料，采用德国ｕｈｄｅ—ＡＭＶ工艺。氨合成塔为三床层 气汇合。由于循环气中的部分液氨汽化，使汇合后 径向合成塔，筒内分布第一、二、三层催化剂，第一、 的循环气温度降到０．９℃，继入第二氨冷器冷却到 二热交换器及中心管。催化剂装在三层催化剂筐 １０℃，此时大部分气氨被冷凝，冷凝后的气液混 内，第一、二、三床层分别装填１９ ｍ。、３１．７ ｍ。、 合物入氨分离器，分离出的液氨入氨闪蒸槽。 ４５．５ ｍ。（合计９６．２ ｍ。）。催化剂采用英国ＩＣＩ公 （３）从氨分离器分离出的冷气，经冷热交换器回 司开发的氨合成催化剂ＩＣＩ７４—１，该催化剂自１９９０ 收冷量，然后入循环段进行压缩，以补充回路压降的 年投产运行至２０１０—０１更换，运行效果良好，更换前 损失。 氨净值尚能达到１０ （装置设计１１．９６ ）。文中对 （４）出循环段的气体压力为１Ｏ．４ ＭＰａ，温度为 此催化剂运行管理进行简单阐述。 ３２℃，经热交换器后温度升到２３９℃入合成塔。流 １氨合成回路流程 经合成塔三床层在铁催化剂上进行合成反应，出塔 气的压力为１０．０ ＭＰａ，温度为４１４℃，人废热锅炉 氨合成回路流程示意图见图ｌ。 回收热量后分别进入０８Ｅ００２、０８Ｅ００３、０８Ｅ００４换 （１）来自系统合格工艺气进入合成气压缩机低 热，温度分别降至５３。Ｃ、３８℃、２３℃。 压缸，压缩到６．４５ ＭＰａ，经水冷器冷却和分离器分离 （５）合成气再入第一氨冷器，出第一氨冷器的回 后进人高压缸压缩至９．８ ＭＰａ，再经水冷器冷却至 路气与合成气压缩机高压缸来的新鲜气相汇合为循 ４０＾Ｃ后人第一氨冷器冷却到５。Ｃ，此时新鲜气中的 环气，由此形成整个循环过程。 氨冷凝辅 燃料系统 新鲜气 分离器 ０ｇ机组 氨回收系统 氨冷凝器 ０删１ 合成气压缩机 高压缸出口 ０７Ｋｏ０ｌ 氨球 图１ 氨合成回路流程示意图 石油化工设备 ２０１１年第４Ｏ卷 ２催化剂装填及升温还原 催化剂ＩＣＩ７４－１的粒度为 １．４～０２．８ ｍｍ，堆 成回路新鲜气温度控制不大于５。Ｃ，新鲜气中的水 蒸气、油及易液化物质被冷凝除去。开车过程中，对 合成气压缩机严格置换。 密度为２．８～２．９ ｋｇ／ｍ。，催化剂装填采用传统的装 填方式，即对催化剂过筛后装入合成塔，然后用振动 棒均匀振动。 升温还原分４个阶段，①常温～３２０℃，升温速 ４．２ 控制床层温度并减小气体对催化剂床层的冲 击 减少氨合成塔的开停工次数，减小气体对催化 剂床层的冲击。装置停车后，立即打开塔后放空阀 度控制在３０～５０。Ｃ／ｈ，操作压力７．０～８．０ ＭＰａ，时 泄压并封塔，避免残余气体反应导致热量聚集引起 间２０ ｈ。②３２０～３８０℃，升温速度控制在５～ １Ｏ℃／ｈ，操作压力７．０～８．０ ＭＰａ，时间２０ ｈ。③３８０ ～４２５。Ｃ，升温速度控制在１～３￣Ｃ／ｈ，操作压力８．５ ～９．０ ＭＰａ，时间１００ ｈ。④４２５～４５０。Ｃ，升温速度１ ～３ Ｃ／ｈ，操作压力８．５～９．０ ＭＰａ，时间１００ ｈ。 ３催化剂使用寿命影响因素［１ ］ ３．１催化剂中毒 氨合成催化剂中毒的毒物有Ｏ。、ＣＯ、ＣＯ：、 ＣＨ。ＯＨ、Ｈ。Ｏ、油类、硫、磷、氯、砷及其化合物，其中 油类、硫、磷、氯、砷及其化合物的中毒是不可逆的。 油类进入催化剂床层后，在高温作用下，形成油膜或 高温裂解析碳，覆盖在催化剂的表面，堵塞催化剂细 孔，遮盖了活性中心，催化剂表面发生微观堵塞的现 象，恢复困难。 氧和含氧化合物，如水、ＣＯ、ＣＯ。的中毒是可逆 的，在有大量氢和活泼的催化剂条件下，这些含氧化 合物迅速转化为水，生成的水立即与催化剂表面的 活性ａ—Ｆｅ原子作用，生成铁的氧化物，使催化剂活 性下降，当气体中的氧化物除净后，催化剂表面生成 的铁的氧化物又慢慢被气体中的氢还原为ａ—Ｆｅ原 子，恢复活性。 ３．２催｛ｇ￣ｌＪ热老化 催化剂的热老化主要是由于活性组分的金属晶 粒受热后聚集长大烧结、迁移使其表面结构及物相 发生变化从而导致活性衰退。 ３．３ 生产负荷低且催化剂产氨低 中原大化合成氨装置自投产以来，长期负荷低 于９０ ，催化剂利用相对较低，客观上也为催化剂 运行２０ ａ提供了一定基础。 ４处理方法与预防措施 ４．１ 减少毒物进入氨合成回路 本装置中经过甲烷化后进入合成工段的合成气 中ＣＯ＋ＣＯ 的体积分数不大于１０×１０。入氨合 床层超温。 装置开车过程中，严格控制床层升温、升压速 度，加热炉开工时，要增大循环量，使床层升温均匀。 装置正常运行时，严格控制各床层入口温度，防止床 层出现超温。 ４．３ 全面保护好催化剂并建立台帐 定期分析合成气组分，建立分析台帐，以便及时 发现工况的变化并作出调整。装置停工检修阶段， 对合成塔定期充氮气正压保护，氮气纯度要合格，避 免空气进入合成塔。 严格控制Ｏ。、ＣＯ、ＣＯ。、Ｈ。Ｏ、油类等毒物进入 合成塔，避免催化剂中毒。严格规范操作规程，避免 床层温度大幅度波动。 ５ 结语 采用上述措施之后，中原大化氨合成催化剂成 功运行了２０ ａ，保证了合成氨装置的连续稳定运行， 为公司节省了大量费用，对同行业触媒保护有一定 的借鉴意义。 参考文献： ［１］ 李耀明．氨合成塔泄漏检验与修复［Ｊ］．石油化工设 备，２００５，３４（５）：９０ ９１． ［２］ 肖 彬，曹洪刚，郝子健．Ａｍｏｍａｘ １０／１０Ｈ型氨合成 催化剂在氨合成塔的应用［Ｊ］．石油化工设备，２０１０， ３９（增）：６８ ７０． ［３］陆祖良，瞿国忠．Ａ２Ｏ２型氨合成催化剂在ＮＣ一１０００型 内件合成塔中的应用ＥＪ］．精细石油化工进展，２００３， （１０）：４７—４９． ［４］官伟．ＤＮＣＡ型氨合成催化剂在Ｏ８００氨合成塔的 应用ＥＪ］．化工设计通讯，２００４，３０（１）：２９—３２． ［５］邓圣红．氨合成塔催化剂床层温度下降原因分析及处 理方法［Ｊ］．大氮肥，２００９，３２（６）：３１—３３，３９． Ｅ６］ 马文天，陈高峰．合成塔上段更换还原态催化剂运行小 结［Ｊ］．小氮肥，２００９，３７（２）：２２—２３． Ｅ７］ＧＢ １５０ １９９８，钢制压力容器ＥＳ］． （许编）