山東華魯恒升化工股份有限公司 賈冉陽
我公司是一個年產 18 萬噸合成氨， 30 萬噸尿素的小型氮肥企業，現有兩套合成氨裝置，其中 1#合成系統為φ 1000 合成塔， 2#合成系統為φ 1000 合成塔串φ 800 合成塔，均為南京二化機生產的對向流動單管并流合成塔。 99 年 10 月份， 1#合成系統使用 4.7~6.7mmDNCA 型催化劑 16.35t，，使用后效果良好，又先后于 2000 年 5 月份在 2#合成系統的φ 800 塔和φ 1000 塔使用，從使用情況看， DNCA 型催化劑具有易還原，還原溫度低，出水快，產量大，低溫活性好等特點�，F將我廠使用的情況總結如下：
1. φ 1000 合成系統工藝流程及設備配置
• 1#φ 1000 合成系統工藝流程（見下圖）
1.2 1 # φ 1000 合成主要設備參數
序號 | 設備名稱 | 設備規格型號 | 備注 |
1 | 合成塔 | φ 1000 ， L=16746 電加熱器， 三相 700KW | 換熱器 F=87m3 |
2 | 塔外熱交換器 | φ 800 H=9785 | 1 臺 |
3 | 冷熱交換器 | φ 800 H=9785 | 1 臺 |
4 | 循環氣氨冷器 | φ 1500 H=8963 | 1 臺 |
5 | 補充氣氨冷器 | φ 1500 H=8963 | 1 臺 |
6 | 水加熱器 | L-7092 套管式φ 325 × 8 | 2 臺 |
7 | 套管水冷器 | H=5166 | 2 臺 |
8 | 氨分離器 | φ 800 H=4170 | V=2m 3 |
9 | 透平機 | TC450/320 — 13 Ⅱ型 | 1 臺 |
2. 催化劑裝填及升溫還原
2.1 催化劑的裝填
根據合成塔內件的結構特點，在觸媒筐底層先裝“ 3/8 ”鋼球 20000 個，以降低阻力；同時裝填前對催化劑進行過篩吹粉末，改變了以往過篩不出催化劑粉末的情況。在裝填中嚴格按催化劑制造廠提出的裝填方法和注意事項進行操作，將催化劑攤平搗實，防止催化劑床層阻力不一，易發生氣體偏流。為了保證開車后的操作平穩，我們在裝填前將內外筒均清理干凈，中心管、溫度計套管、主線氣體入口端、導氣管、內外筒環隙均用棉紗堵好。具備裝填條件后，再進行裝填。
2.2 催化劑的升溫還原
2.2.1 φ 1000 塔催化劑的升溫還原方案：
催化劑的升溫還原是一項非常重要的工作，還原質量的好壞，直接影響催化劑的活性和使用壽命，進而影響合成工段乃至全廠能耗及產量的高低。所以我廠及車間歷來對合成催化劑的升溫還原極為重視，不僅將各項工作落實到人，還制定了詳細的升溫還原方案。
1# 合成 1000 塔升溫還原方案及指標
項目 階段 | 觸媒層 熱點溫度 ℃ | 階段 時間 h | 累計時間 h | 升溫 速率 ℃ /h | 系統 壓力 Mpa | 混合氫 H 2 % | 氨冷溫度℃ | 水汽濃度 ppm | 電爐 功率 KW | |
升溫初期 | 室溫 -380 | 8 | 8 | 45 | 5.0 | ≥ 70 | 0-5 |
| 0-600 | |
380-420 | 6 | 14 | 6-7 | 5-7 | ≥ 72 | ≤ -10 | ≤ 2500 | 600 | ||
主 期 | 前 | 420-450 | 32 | 46 | 0-1 | 7-8 | ≥ 72 | ≤ -15 | ≤ 3800 | 700 |
后 | 450-470 | 48 | 94 | 0-1 | 8-10 | ≥ 72 | ≤ -15 | ≤ 3800 | 700 | |
末期 | 470-490 | 20 | 114 | 0-1 | 10-15 | 65-70 | ≤ -10 | ≤ 2500 | 逐步 切電 | |
降溫 | 490-450 | 6 | 120 | ≤ -7 | 15 | 65-70 | ≤ -10 | ≤ 250 | 逐步 切電 | |
輕負荷 | 450 ± 5 | 24 | 144 | / | 1 臺 6D | 60-55 | 正常 |
|
| |
2.2.2 采取的主要措施及注意事項：
2.2.2.1 系統充氨后，補壓至 5.0Mpa ，開透平機運轉 10min ，取樣分析 NH3% 濃度為 1.0-1.5% 并及時進行分析，避免充氨過大，搖電爐絕緣，合格后加電升溫。
2.2.2.2 隨著溫度的不斷升高，系統有氨生成，并不斷降低補充氣中氫含量，提高氮含量，氨生成量不斷增加。
2.2.2.3 250 ℃時開氨冷器，系統連續補壓時補充氣氨冷溫度控制 5-10 ℃，催化劑升溫至 100 ℃時，注意熱電偶變化，防止出現因熱電偶導管積水而失靈。
2.2.2.4 還原主期若遇停電，為保證塔內氣體流動，可采用塔后放空的方法，防止催化劑反復氧化還原。
2.2.2.5 300 ℃時開始放水，每 2 小時放一次至還原主期，進入主期后半小時放一次水。
2.2.2.6 末期階段不得超過 490 ℃，兩段催化劑床層出口溫度盡量提到 460 ℃，與合成塔零米溫度達 460 ℃時，認為升溫結束。
2.2.3 升溫還原情況：
本次 1# 合成φ 1000 塔使用 4.7~6.7mmDNCA 催化劑 16.35t ，升溫還原時間為 109h ，還原時當溫度達到 280 ℃時，已開始出水，分析水汽濃度 200ppm ， 350 ℃時水汽濃度達到 2000ppm ，到 380 ℃時水汽濃度達到 4000ppm 進行恒溫操作，輕負荷后操作熱點溫度 450 ± 5 ℃，較使用 A110 型催化劑時低 30 ℃。
3. 生產運行情況：
作為合成崗位，控制正常的溫度、濃度、壓力、空速、 H2/N2等各項工藝指標，是實現合成氨穩定高產的重要手段，也是充分發揮催化劑性能的有效方法，經過摸索，觀察，我們制定了相對合理的工藝指標，并隨著催化劑使用的不同階段，對某些指標進行修改，保證了系統的穩產、高產。
3.1 主要工藝指標及生產控制
（ 1 ）催化劑床層溫度 460 ± 5 ℃（末期 480 ± 5 ℃）
（ 2 ）塔二出溫度＜ 350 ℃
（ 3 ）中鍋出口溫度＜ 180 ℃
（ 4 ）水加熱器出口溫度＜ 120 ℃
（ 5 ）系統壓差 1.2MPa
（ 6 ） H 2 /N 2 =2.7-3.0
（ 7 ） CH4： 14-18%
（ 8 ）循環氫： 54-58%
（ 9 ）進口氨＜ 3%
3.2 主要操作要點
3.2.1 由于爐溫調節手段多，在操作中應避免調節幅度過大引起整個催化劑床層波動。
3.2.2 嚴格控制氣體成分、H2/N2、入口氨、 CH4，特別是凈化氣中微量、油等毒物，嚴防催化劑中毒。
3.2.3 嚴格控制補充氣氨冷溫度，提高了油、水分離效果，減少油、水對催化劑的危害。
3.3 運行情況；
整個系統使用 DNCA 型催化劑后，產量由原來的 490T/d ，增加到 520T/d 左右。系統壓力比原來系統壓力下降 1.0-2.0Mpa ，催化劑后期合成塔壓差較 A110 型小 0.5Mpa 。在進口氨 2.9% 時，氨凈值提高 1% 左右，兩套系統吃氣量比原來多出 1 臺 4M20 壓縮機量。
4. 對 DNCA 型氨合成催化劑評價：
DNCA 型催化劑在我廠使用四年以來，我們認為該催化劑具有以下特點：
4.1 低溫活性好，起活溫度低。正常操作中，合成塔入口溫度控制低。
4.2 易還原，還原溫度低，出水快。出水起始溫度 280 ℃， 380 ℃時就大量出水，還原時間較短。
4.3 產量大。在系統增加一臺 4M20 壓縮機情況下，仍能穩定高產，并且氨凈值高。
4.4 抗毒性能強。我廠使用 DNCA 型催化劑近 4 年，且催化劑中期使用時間較長。