DNCA型氨合成催化剂

DNCA型氨合成催化剂
DNCA型氨合成催化剂是南化（集团）公司研究院和临朐大祥精细化工有限公司共同研制开发和生产的一种新型低温低压高活性的氨合成催化剂，其性能已达到并部分超过英国ICI公司的ICI-74-1型氨合成催化剂。

该催化剂还原性能佳，低温易还原，还原温区约比A110系列催化剂低30℃左右，比A201型催化剂低20℃左右；活性高，在同样测定条件下，氨净值约比A110系列催化剂高10%-15%，比A201型高5%-10%，其耐热和抗毒性能与A110系列催化剂相当；同时对惰性气体和氢氮比变化适应性强，它不仅用于低压氨合成，而且适用于中高压合成，是目前国内理想的氨合成催化剂。

一、主要组成及物化性能
本产品执行企业标准Q/LYHG001-2002。

1、DNCA型氨合成催化剂的主要成分为四氧化三铁，并含有适量的钴、氧化铝、氧化钾和氧化钙等助剂。

2、DNCA型氨合成催化剂是一种黑色带磁性的不规则颗粒，具有金属光泽，堆密度约2.8~3.0kg/l。

3、催化剂粒度系列为：1.5~2.2mm（8~10目），2.2~3.3mm（6~8目），3.3~4.7mm（4~6目），4.7~6.7mm（3~4目），6.7~9.4mm（2~3目），9.4~13.0mm （1~2目），若用户需要特殊粒度，本厂可按要求进行加工。

4、DNCA型催化剂暴露在空气中时，易受潮而引起可溶性钾盐析出，造成活性下降，尤其是低温活性下降。

5、该催化剂需经纯净的氢氮混合气还原后才具有活性，还原温度自300~330℃开始，380~430℃大量出水，最高还原温度为475~490℃，还原后的催化剂暴露在空气中会自燃，从而完全失去活性。

6、该催化剂正常操作温区为350~500℃，初期热点温度为440~460℃。

7、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、硫化物、磷化物、氯化物、油类等均为催化剂毒物，可引起催化剂暂时性或永久性中毒。

二、产品质量指标
1、耐热后活性
在实验室条件下，当催化剂粒度为1.0~1.4mm，装量2ml，压力15.0Mpa，空速3×104hr-1，温度425℃（在500℃耐热20h后）时，出口氨不小于14.2%。

2、强度
按美国ASTM标准方法，磨损粒度1.0~3.0mm，磨损率＜3.0%。

三、装填方法和注意事项
1、DNCA型氨合成催化剂是用铁桶密封包装，由于在运输过程中不可避免的会使少量的催化剂棱角磨损，故在装填前应将催化剂过筛以除去粉末，过筛之后要立即装填，以免在空气中因暴露时间过长而受潮。

2、催化剂装填前，必须认真检查合成塔内件安装质量是否符合要求，密封部分要保证不泄漏，杂质要清理干净，准备好一切装填工具。

3、催化剂在装填时要注意松紧一致，力求均匀，各种粒度分层装填，正确的装填方法应该不断地将装填漏斗和布袋沿圆周运动，装入一定量催化剂以后要压实一次，以保证装填催化剂的重量和体积在控制范围之内，不允许倾倒在一点上或堆积成斜面，否则，小粒度催化剂留在中间而大颗粒滚到边上，而造成松紧不一致引起偏流，影响全塔的生产效率。

4、催化剂粒度大小的选择应根据不同塔型的工艺条件来确定由于小颗粒催化剂的内扩散影响较小，比表面积大，易还原且活性比大颗粒催化剂好，而相应的阻力较大。

因此，对于阻力允许且气体质量好的装置可尽量采用小颗粒产品，以提高合成塔的生产能力。

同时，本型号产品活性好，可适当放大所采用的粒度，以减少阻力。

总之，粒度选择关系到生产能力和能耗，厂家应根据自己的情况慎重选择决定。

对于同一塔中颗粒大小的分配，考虑到合成塔进口气体氨浓度低，远离平衡，所以，上层可装填小颗粒催化剂，以充分利用催化剂的活性，而在合成塔底层反应速度大大减慢，内扩散影响较小，可适当考虑降低床层阻力而装填大颗粒的催化剂。

四、升温还原
DNCA型氨合成催化剂的主要成分是四氧化三铁，必须还原成α-Fe之
后才具有催化活性，而催化剂活性的好坏不仅与催化剂本身的组成与制备过程有关，还与催化剂的还原有关。

对于同样的催化剂来说，还原过程控制的好坏，关系到该炉催化剂活性好坏与寿命长短。

还原反应按下式进行：
Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O—142.8KJ
按此式计算的催化剂理论出水量约为催化剂本身重量的29%。

DNCA型氨合成催化剂在还原过程中工艺操作要求控制如下：
1、温度：DNCA型氨合成催化剂开始还原出水温度约为300~330℃.大量出水温度380~430℃，还原主期温度控制在425~450℃，最高还原温度为475~490℃，还原末期在连续测水汽浓度低于0.2g/Nm3时，且催化剂床底层温度达460℃以上恒温一段时间，即可认为还原结束。

2、水汽浓度：升温过程结束中，合成塔出口水汽浓度是个重要的控制指标，由于DNCA型催化剂比较容易还原，因此出水快而猛，必须十分小心操作，具体控制初期和末期水汽浓度为 1.5g/Nm3以下，主期则可在
2.0g/Nm3以下。

3、空速：提高还原空速，对缩短还原时间，降低出口气中水汽含量，提高还原后催化剂活性是有利的，只要氨厂条件许可，尽可能提高还原空速，空速至少达8000~10000hr-1。

4、压力：压力的变化对催化剂的还原和还原后催化剂活性影响不十分明显，还原压力可控制在5.0~15.0Mpa，压力低便于催化剂还原温度的控制，提高压力可利用反应热来弥补电炉功率不足。

5、氢气含量：提高循环气中氢含量，对缩短还原时间是有利的，还原主期循环气中氢气含量达70%以上为宜。

6、氨制冷器温度：还原过程中不仅要求严格控制出口气中水汽浓度，而且还必须注意入口气中去浓度，当入口气中水汽浓度大于10ppm以上时，会明显影响催化剂还原和催化剂活性，因此还原主期要求氨冷温度控制在-15℃~-20℃。

7、催化剂升温还原结束后，应有一段轻负荷生产的时间，否则，还原结束后立即加负荷，会使催化剂的晶体结构发生剧烈变化，容易促使催化
剂衰老，影响使用寿命。

五、正常操作
1、DNCA型氨合成催化剂初期热点温度可控制在440~460℃，随着使用时间的延长，热点温度适当提高，末期操作温度可达480~500℃。

2、操作要力求平稳。

合成气成分控制好。

微量的一氧化碳、二氧化碳、水或氧化物会导致催化剂暂时性中毒，硫化物、氯化物及磷化物等则导致永久性中毒，必须严格控制它们的含量。

3、DNCA型催化剂氢氮比使用范围 1.0~4.0，最佳氢氮比使用范围1.6~3.0，推荐入塔气氢氮比在1.8~2.6，在合成塔操作压力高的氨厂，入塔气氢氮比适当的提高一些。

4、由于DNCA型催化剂活性高，因此对惰性气体使用范围较宽，一般可在惰性气含量8~24%范围内使用。

六、停车与卸出
合成系统停车需对催化剂妥善处理，尤其要避免超温造成对催化剂和合成塔的危害。

在停车过程中对催化剂床层温度控制适当的降温速率是必要的。

对催化剂卸出塔外的操作要视催化剂是否重新使用而采取不同处理方案，当催化剂不再使用时，可以先降温，催化剂在控制状态下倒出，并用大量流动的水浸泡。

当催化剂要重复使用时可以采用钝化方法加以稳定化处理。

钝化后再将催化剂小心卸出，妥善保存备用，钝化后的催化剂必须重新还原后才具有活性。

七、维护和保养
1、储存及运输途中要防止受潮，避免摔碰滚撞。

2、严防产品与灰尘、油污或其它化学物品接触。

3、运输和验收时注意包装标志，保持完整清楚。

4、当催化剂中毒或其它原因，活性有所下降时，应先查找原因，不能随时提温。

既时为了消除含氧毒物的影响而需提高一下温度，也要慎重考虑，酌情处理。

5、因发生事故、合成系统开停车时，升降温和升降压均注意操作幅度不要过大，应严格按指标进行。

附表：
DNCA型氨合成催化剂小型厂升温还原方案
阶段温度℃
升温速
率℃/h 压力
Mpa
水汽浓
度g/m3
入塔
H2%
氨冷℃时间
阶段累计
升温常温~380 40±5 6.0 ＞68 0~-5 8 8
初期380~400 5~6 6.0 -1.5 ≥72 ≤-10 4 12
主前期400~460 1~2 6.0~7.0 1.5~2.0 ≥72 ＜-15 34 46
主后期460~480 1~2 7.0~8.0 1.5~2.0 ≥72 ＜-15 30 76
末期480~490 1~2 8.0~10.0 1.5~0.1 ≥70 ＜-10 20 96
轻负荷490~460±5 ＜-5 10~20 正常正常24
注：此升温还原方案仅供参考，实际使用中，应根据塔型、设备等配置情况而定。