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氨合成催化劑安全運(yùn)行

文檔作者：肖彬管慶武文檔來(lái)源：河南省煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司合成氨廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月09日
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第4O卷增刊1
2O11年8月
石油化工設(shè)備
PETRO CHEMICAI EQUIPMENT
Vo1．40 Supplement 1
Aug．2O11
文章編號(hào)：1000—7466(2011)增刊l一0086 03
氨合成催化劑安全運(yùn)行
肖 彬，管慶武
(河南省煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司合成氨廠，河南濮陽(yáng)457000)
摘要：闡述了氨合成回路流程、催化劑的裝填、升溫還原及影響催化劑使用壽命的因素，介紹了運(yùn)
行20 a的氨合成催化劑保護(hù)措施及經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：合成塔；氨；催化劑；運(yùn)行
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 050．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
— ” —+_”+ ”+ ”+ ”+ “——卜“+ “+ “—卜”— ”—卜”—卜”—- ”—·卜 +
管壁的溫度就越高，對(duì)于壓力為1．4 MPa的鍋爐，
沒(méi)有水垢的爐管外壁溫度只有215～250 oC。如結(jié)
有0．8～1．0 mm厚的}昆合水垢，爐管外壁溫度與無(wú)
垢時(shí)相比，要高出134～16O Cl¨ 州。而內(nèi)外表面
溫度差越高，水垢分子和管壁金屬之間的熱擴(kuò)散運(yùn)
動(dòng)就越劇烈，水垢分子的滲透速度相對(duì)也越快，鍋爐
的危險(xiǎn)系數(shù)越高。
在爐壁的微觀世界中無(wú)論是爐壁金屬還是水垢
都由原子、分子、離子等微小粒子組成，每一種粒子
都在做著永不停歇的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng)。
固體粒子間的核力、電磁力作用很大，絕大多數(shù)分子
只能在各自的平衡位置附近振動(dòng)，這是固體分子熱
運(yùn)動(dòng)的基本形式。但是在一定溫度下，固體里也有
一些能量較高的分子，速度也較大，具有足夠的能量
脫離原平衡位置。這些分子不僅能從一個(gè)能量級(jí)跳
躍到另一個(gè)能量級(jí)，而且還能滲透進(jìn)入相鄰物體，發(fā)
生固體分子擴(kuò)散，因此，水垢和金屬管壁也可以發(fā)生
這樣的相互擴(kuò)散現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，水垢中的元素可
能就是這樣通過(guò)滲透作用進(jìn)入鍋爐金屬結(jié)構(gòu)中，造
成鋼的強(qiáng)度降低，引發(fā)爆管事故。
4 結(jié)語(yǔ)
水垢中的鈣、硅、碳酸根等離子能夠緩慢滲透到
鋼結(jié)構(gòu)中，改變鋼的強(qiáng)度，同時(shí)這些離子與鋼中的原
子結(jié)合，破壞原來(lái)的鋼結(jié)構(gòu)，使得金屬鍵結(jié)合力降低
導(dǎo)致疏松。疏松層造成內(nèi)壁與外壁硬度的差異，在
強(qiáng)度發(fā)生變化下，內(nèi)應(yīng)力增大，導(dǎo)致微破裂，從而引
“ + ”—卜“—卜”—卜··—卜”--卜··—卜”—+r”—+r·
發(fā)爆管。水垢中的元素和爐管內(nèi)外的溫度差是影響
滲透快慢的主要因素，而這兩個(gè)因素又是相輔相成
的。滲透性的動(dòng)力是分子的熱運(yùn)動(dòng)，在任何接觸的
兩個(gè)物體之間都可以發(fā)生，我們不能阻止粒子滲透
作用的發(fā)生，但可以通過(guò)控制水垢的生成、爐管內(nèi)壁
鍍特種金屬等方式和工藝來(lái)延緩水垢對(duì)爐體的破
壞，從而保證爐管金屬的強(qiáng)度，降低熱注鍋爐的爆管
風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)鍋爐的使用壽命。
參考文獻(xiàn)：
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分析[J]．石油化工設(shè)備，2008，37(5)：100 101．
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工設(shè)備，2008，37(增)：105 108．
(杜編)
收稿日期：2011 04—12
作者簡(jiǎn)介： 肖 ~(1976一)，男，河南范縣人，工程師，學(xué)士，從事化肥工業(yè)設(shè)備的維修管理工作。
增刊1 肖 彬，等：氨合成催化劑安全運(yùn)行
Summ arize 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裝置為設(shè)計(jì)年產(chǎn)300 kt
合成氨、520 kt尿素的大型化肥裝置，以天然氣為原
料，采用德國(guó)uhde—AMV工藝。氨合成塔為三床層
徑向合成塔，筒內(nèi)分布第一、二、三層催化劑，第一、
二熱交換器及中心管。催化劑裝在三層催化劑筐
內(nèi)，第一、二、三床層分別裝填19 m。、31．7 m。、
45．5 m。(合計(jì)96．2 m。)。催化劑采用英國(guó)ICI公
司開(kāi)發(fā)的氨合成催化劑ICI74—1，該催化劑自1990
年投產(chǎn)運(yùn)行至2010—01更換，運(yùn)行效果良好，更換前
氨凈值尚能達(dá)到10 (裝置設(shè)計(jì)11．96 )。文中對(duì)
此催化劑運(yùn)行管理進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。
1 氨合成回路流程
氨合成回路流程示意圖見(jiàn)圖l。
(1)來(lái)自系統(tǒng)合格工藝氣進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)低
壓缸，壓縮到6．45 MPa，經(jīng)水冷器冷卻和分離器分離
后進(jìn)人高壓缸壓縮至9．8 MPa，再經(jīng)水冷器冷卻至
40^C后人第一氨冷器冷卻到5。C，此時(shí)新鮮氣中的
0刪1
07Ko0l
水蒸氣和二氧化碳被冷凝，在分離器中被分離出去。
(2)分離后的新鮮氣與第一氨冷器出口的循環(huán)
氣匯合。由于循環(huán)氣中的部分液氨汽化，使匯合后
的循環(huán)氣溫度降到0．9℃ ，繼入第二氨冷器冷卻到
一10℃ ，此時(shí)大部分氣氨被冷凝，冷凝后的氣液混
合物入氨分離器，分離出的液氨入氨閃蒸槽。
(3)從氨分離器分離出的冷氣，經(jīng)冷熱交換器回
收冷量，然后入循環(huán)段進(jìn)行壓縮，以補(bǔ)充回路壓降的
損失。
(4)出循環(huán)段的氣體壓力為1O．4 MPa，溫度為
32℃ ，經(jīng)熱交換器后溫度升到239℃入合成塔。流
經(jīng)合成塔三床層在鐵催化劑上進(jìn)行合成反應(yīng)，出塔
氣的壓力為10．0 MPa，溫度為414℃ ，人廢熱鍋爐
回收熱量后分別進(jìn)入08E002、08E003、08E004換
熱，溫度分別降至53。C、38℃ 、23℃ 。
(5)合成氣再入第一氨冷器，出第一氨冷器的回
路氣與合成氣壓縮機(jī)高壓缸來(lái)的新鮮氣相匯合為循
環(huán)氣，由此形成整個(gè)循環(huán)過(guò)程。
圖1 氨合成回路流程示意圖
氨冷凝輔
燃料系統(tǒng)
新鮮氣
分離器
0g機(jī)組
氨回收系統(tǒng)
氨冷凝器
合成氣壓縮機(jī)
高壓缸出口
氨球
石油化工設(shè)備 2011年第4O卷
2 催化劑裝填及升溫還原
催化劑ICI74-1的粒度為 1．4～02．8 mm，堆
密度為2．8～2．9 kg／m。，催化劑裝填采用傳統(tǒng)的裝
填方式，即對(duì)催化劑過(guò)篩后裝入合成塔，然后用振動(dòng)
棒均勻振動(dòng)。
升溫還原分4個(gè)階段，① 常溫～320℃ ，升溫速
度控制在30～50。C／h，操作壓力7．0～8．0 MPa，時(shí)
間20 h。② 320～380 ℃，升溫速度控制在5～
1O℃／h，操作壓力7．0～8．0 MPa，時(shí)間20 h。③380
～ 425。C，升溫速度控制在1～3~C／h，操作壓力8．5
～ 9．0 MPa，時(shí)間100 h。④425～450。C，升溫速度1
～ 3 C／h，操作壓力8．5～9．0 MPa，時(shí)間100 h。
3 催化劑使用壽命影響因素[1 ]
3．1 催化劑中毒
氨合成催化劑中毒的毒物有O。、CO、CO：、
CH。OH、H。O、油類(lèi)、硫、磷、氯、砷及其化合物，其中
油類(lèi)、硫、磷、氯、砷及其化合物的中毒是不可逆的。
油類(lèi)進(jìn)入催化劑床層后，在高溫作用下，形成油膜或
高溫裂解析碳，覆蓋在催化劑的表面，堵塞催化劑細(xì)
孔，遮蓋了活性中心，催化劑表面發(fā)生微觀堵塞的現(xiàn)
象，恢復(fù)困難。
氧和含氧化合物，如水、CO、CO。的中毒是可逆
的，在有大量氫和活潑的催化劑條件下，這些含氧化
合物迅速轉(zhuǎn)化為水，生成的水立即與催化劑表面的
活性a—Fe原子作用，生成鐵的氧化物，使催化劑活
性下降，當(dāng)氣體中的氧化物除凈后，催化劑表面生成
的鐵的氧化物又慢慢被氣體中的氫還原為a—Fe原
子，恢復(fù)活性。
3．2 催{g~lJ熱老化
催化劑的熱老化主要是由于活性組分的金屬晶
粒受熱后聚集長(zhǎng)大燒結(jié)、遷移使其表面結(jié)構(gòu)及物相
發(fā)生變化從而導(dǎo)致活性衰退。
3．3 生產(chǎn)負(fù)荷低且催化劑產(chǎn)氨低
中原大化合成氨裝置自投產(chǎn)以來(lái)，長(zhǎng)期負(fù)荷低
于90 ，催化劑利用相對(duì)較低，客觀上也為催化劑
運(yùn)行20 a提供了一定基礎(chǔ)。
4 處理方法與預(yù)防措施
4．1 減少毒物進(jìn)入氨合成回路
本裝置中經(jīng)過(guò)甲烷化后進(jìn)入合成工段的合成氣
中CO+CO 的體積分?jǐn)?shù)不大于10×10 。入氨合
成回路新鮮氣溫度控制不大于5。C，新鮮氣中的水
蒸氣、油及易液化物質(zhì)被冷凝除去。開(kāi)車(chē)過(guò)程中，對(duì)
合成氣壓縮機(jī)嚴(yán)格置換。
4．2 控制床層溫度并減小氣體對(duì)催化劑床層的沖
擊
減少氨合成塔的開(kāi)停工次數(shù)，減小氣體對(duì)催化
劑床層的沖擊。裝置停車(chē)后，立即打開(kāi)塔后放空閥
泄壓并封塔，避免殘余氣體反應(yīng)導(dǎo)致熱量聚集引起
床層超溫。
裝置開(kāi)車(chē)過(guò)程中，嚴(yán)格控制床層升溫、升壓速
度，加熱爐開(kāi)工時(shí)，要增大循環(huán)量，使床層升溫均勻。
裝置正常運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)格控制各床層入口溫度，防止床
層出現(xiàn)超溫。
4．3 全面保護(hù)好催化劑并建立臺(tái)帳
定期分析合成氣組分，建立分析臺(tái)帳，以便及時(shí)
發(fā)現(xiàn)工況的變化并作出調(diào)整。裝置停工檢修階段，
對(duì)合成塔定期充氮?dú)庹龎罕Ｗo(hù)，氮?dú)饧兌纫细?，?
免空氣進(jìn)入合成塔。
嚴(yán)格控制O。、CO、CO。、H。O、油類(lèi)等毒物進(jìn)入
合成塔，避免催化劑中毒。嚴(yán)格規(guī)范操作規(guī)程，避免
床層溫度大幅度波動(dòng)。
5 結(jié)語(yǔ)
采用上述措施之后，中原大化氨合成催化劑成
功運(yùn)行了20 a，保證了合成氨裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，
為公司節(jié)省了大量費(fèi)用，對(duì)同行業(yè)觸媒保護(hù)有一定
的借鑒意義。
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(許編)

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