氨合成催化剂操作指导手册

氨合成催化剂

操作手册

中石化集团南京化学工业有限公司

催化剂厂

二〇〇二年

感谢

选用中石化集团南京化学工业有限公司催化剂厂红三角牌催化剂！南化催化剂厂愿与广大红三角牌催化剂用户携手共进，共创美好未来！

目录

1、引言

2、物化性能及工业使用条件

3、催化剂的使

3.1选型

3.2装填

3.3还原

3.4 轻负荷期

3.5停车

3.6维护保养

4、催化剂的微机管理

1、引言

中国石化集团南京化学工业有限公司催化剂厂是我国最早生产催化剂的企业，也是催化剂行业第一家通过质量体系认证（ISO9002）的专业生产厂。目前能够生产40多个品种、90多个型号的化肥、石油化工、有机化工催化剂。氨合成催化剂是传统的优势产品，广泛用于国内大、中、小型各类高低压或等压制氨装置，并出口多个国家和地区。

合成氨工业的最终目标是氢、氮化合生成氨。氨的合成则是通过催化过程来实现的。氨合成催化剂的合理正确使用是用户效益体的关键所在。

氨合成催化剂的使用，包括从催化剂的选型开始，到催化剂的装填、活化、正常操作、维护保养以及状态预测等一系列过程。催化剂的性能只有通过工业化应用才能得以体现。催化剂使用水平的高低影响着催化剂性能的发挥。为了您更好的使用好催化剂，在使用氨合成催化剂前，敬请阅读本手册

2、催化剂的特性

南化催化剂厂现有A110-1、Ac(A201)、A202、ZA-5、NC(ICI)74-1等多个型号的氨合成催化剂及其预还原产品。

2.1物化性能

2.2化学组成

2.3活性指标及执行标准

2.4工业使用条件

3、催化剂的使用

3.1选型

确定了合成氨的生产工艺和合成塔内件型式以后，如何选用合适的催化剂是首要的。催化剂选用得当，不仅其性能可以在使用条件下得以充分发挥，满足设计要求，且可以突出和证实该合成氨工艺和合成塔结构的特点。催化剂的选用一般包括催化剂型号的确定和粒度的选择。

3.1.1型号的确定

合成氨生产工艺不同，特别是合成塔内件存在差异，必然要求与之相适应、相匹配的催化剂。通过对各类催化剂的性能比较，以及各种制氨流程和合成塔使用催化剂的状况分析，一般认为对于个别使用温度较高，合成塔需长期处于高温状态的尽可能采用如A106、A109高温型催化剂；而对于大型节能流程(如AMV、Braun、LCA等)或目前我国中小型绝大多数中压产氨流程以及各类型塔内件来说，都希望催化剂具有低温下的优良品质，甚至在低压下也能很好地运行。这一类型催化剂有A110-1、AC、A202、ZA-5、NC(ICI)74-1及其预还原产品。

预还原催化剂近年来不仅在大型氨厂得到普遍推广，而且在中小型化肥厂也得以广泛应用，是因其具有显而易见的优越性。

首先是缩短氨厂大量的非生产时间。对于全炉使用预还原催化剂来讲，催化剂的还原时间仅占氧化态催化剂还原时间的1／3左右，相对增加了合成氨的有效生产时间，且降低开车费用。

其次，预还原催化剂的还原实际上只是钝化膜的脱除。由于被钝化部分的氧含量仅占未还原催化剂氧含量的8％～10％(随颗粒大小而略有不同)，而且钝化膜中氧与铁的结合较为松驰，因而在催化剂还原时很容易脱除，还原温度比氧化态催化剂大约低 100℃左右。随着还原的进行，可利用产氨反应热来弥补加热器能力之不足。

此外，由于预还原催化剂在还原时出水量少，相对生成的稀氨水的量也有限，避免了因处理大量流出物而带来的麻烦；而且在还原过程中水汽也容易控制，减少了催化剂水汽中毒的可能性。

使用预还原催化剂所获得的经济效益也是显著的。通过对使用该型号

催化剂综合能耗的粗略计算，对于日产1000吨合成氨的大型氨厂来说，提前一天转入正常生产，即可创效益百十万元；而中、小型厂也将有几万至几十万的收益。预还原催化剂将成为未来制氨装置的主要选择。

3.1.2 粒度的选择

对气固相催化反应扩散效率因子和反应动力学模型分析表明，要使氨合成催化剂有较高的表面利用率，必须有较为适宜的颗粒尺寸。事实上，对于氨合成催化剂而言，催化剂的还原进程和还原质量都与催化剂的颗粒大小有着密切的关系。首先，催化剂的还原是由表及里“掘井”式进行的，必然存在扩散控制，因而也就影响着催化剂的还原速率；此外，氨合成催化剂还原产物之一是水，而水又是该催化剂的毒物，当还原反应受扩散控制时，势必增加水在孔道中的停留时间，致使催化剂已还原部分氧化，造成活性下降。基于两方面的认识，催化剂的粒度应是越小越好。但是对于工业化使用催化剂而言，这种要求不可能是无限的。

因为催化剂的颗粒度越小，则产生的床层阻力就越大。用科兹尼卡曼(Kozney —Carman)方程来表示气体流经催化剂床层的阻力降∆p ，则：

f 3n

3s

p n

32m g D )1(LG f 2P ρεφε-=∆--

式中，∆p 一床层阻力降，kg ／cm 2

f m —阻力系数，取决于催化剂形状系数φs 和雷诺数Re L —床层高度，m

G —气体的重量流速，kg ／s ε —空隙率，％ n —运动状态指数

D p —催化剂颗粒的当量直径，m φs —催化剂形状因子

g —重力加速度，9.8lm ／s 2

ρf —气体重度，kg ／m 3

从方程可以看出，床层阻力降取决于催化剂颗粒的当量直径D p 、形状因子φs 、阻力系数f m 以及空隙率ε；即粒度越大，∆p 越小；催化剂球化度越高，D p 、φs 越大，虽然ε小，但f m 也小，因而Δp 也越小；反之Δp 越大。如果仅仅就床层阻力降来说，应尽可能选择颗粒较大，球化程度较高的催化剂。

综上所述，对于给定的合成氨生产工艺和合成塔内件，当确定了所用催化剂型号后，就需要选择理想的催化剂粒度分布，满足较高的催化活性和尽可能小的床层阻力降。表 5、6分别给出了无定形氨合成催化剂粒度与相对活性、相对压力降的关系以及基本塔型常用催化剂粒度选择。

层压降，催化剂粒度的选择可能是两种或多种粒度的组合。

3．2 装填