氨合成催化剂的选择及相关工作

氨合成催化剂的选择及相关工作

1 国内氨合成催化剂概况

解放前我国没有氨合成催化剂工业，而目前我国研制和生产的氨合成催化剂在国际上已处于领先或先进的水平。最初用于我国小氮肥厂的是南化公司开发生产的A106型氨合成催化剂，以后由南化研究院和南化公司催化剂厂研制开发了A109型催化剂，于1971年经国家鉴定，其质量水平超过了丹麦的KM-1型催化剂。以后又开发了A110型催化剂，这是一种低温高活性易还原的催化剂，但其抗毒性和热稳定性较差。在进一步改进后，南化公司研究院开发了A110-1，浙江工业大学研制开发了A110-2型(即ZA-1型)。A110-1、A110-2型催化剂抗毒性和耐热性有了较大的提高，因而在氮肥行业普及很快。

到了20世纪80年代中后期和90年代初期，国内催化剂的研制开发又上了一个新的台阶。福州大学相继研制开发成功A201、A202型含，钴催化剂，南化院研制开发了NCA型含钴催化、剂，华南理工大学研制开发A203型稀土催化剂和浙江工业大学研制开发了亚铁基的A301型氨、合成催化剂。这些催化剂都具有低温、高活性、易还原的特点，其中A301型氨合成催化剂突破了传统的Fe3O4熔铁催化剂体系，从性能比较看是，国内最先进的氨合成催化剂之一。

2 如何选择氨合成催化剂

目前在市场上流通的氨合成催化剂主要有福州大学开发的A201、A202型含钴催化剂，南化研究院开发的NCA型含钴催化剂，华南理工大学研制开发A203型稀土催化剂，郑州大学开发的HA310Q型球形催化剂，浙江工业大学开发的A301型亚铁基催化剂以及上一代的A110系列催化剂等。

A110型系列氨合成催化剂主要是由Fe3O4、Al2O3、K2O、CaO、MgO、SiO2及某些微量元素的化合物组成，它在较低温度下具有较高的催化活性，是一种较理想的氨合成催化剂，在小氮肥厂使用量很大。A201型氨合成催化剂是铁钴双活性组分的低温高活性氨合成催化剂；它由于氧化钴的加入，导致催化剂的晶体结构、表面结构、孔结构明显变化而提高了催化剂的活性。在相同条件下，其氨合成系统能力可比

A110型系列催化剂提高5%-10%，其优良性能正被越来越多的用户所了解。A301型氨合成催化剂打破了各国生产催化剂只是在促进剂的种类和数量上变化的传统模式。它具有活性高，活性温度低，极易还原等多项优异特性，反应速度提高了6%，还原时间较A110-2缩短2/3，活性温度和还原温度降低了30-50℃，生产能力提高了10%-20%，主要技术指标居国内外领先水平。

随着氮肥工业的发展和新一代催化剂的研发，应选择新一代的低温、高活性催化剂，如A301、A201、A310、NCA等。催化剂的活性高，意味着可以提高合成系统的生产能力和降低合成系统的压力，节省动力消耗。当前，随着合成氨净化流程的不断完善，氨合成催化剂的使用寿命越来越长，选择高活性的氨合成催化剂总是上策。

另外，要选择有品牌、有技术、有诚信的生产厂家，防止采用恶意低价抛售和随意降低贵金属含量的不诚信生产厂家的产品，避免贪小失大、造成不可收拾的结果。

3 做好相关工作

高活性的氨合成催化剂只是保证合成系统正常高效运行中的一项工作，因为好的催化剂还必须放在好的内件和好的合成系统中才能发挥出好的活性，为此还必须做好相应的有关工作。

(1)内件的安装和催化剂的装填

内件的安装和催化剂的装填是同步交叉进行的，内件安装的好坏和催化剂装填的均匀与否直接影响着催化剂还原的质量和生产能力。

对合成塔内件的安装和催化剂的装填，总的要求是要按塔内件制造厂家的要求进行，主要是：内件本身不能有漏；安装定位要准；催化剂要装紧、装实、装均匀；密封焊缝不能有沙眼气孔，每道密封填料要打紧打实，确保不漏。具体要求如下：

在装催化剂前，要仔细看懂合成塔内件总图，知其结构，知其安装程序并制订安装方案，要事先测量其安装尺寸，使安装时定位准确无误。要对该内件的热交换器进行0.6MPa的气密性试验，全部合格后方可吊入外筒。

在内件吊入外筒前，要对外筒进行清扫，彻底清除沉积在外筒周围和底部的杂物。

内件安装时，要严格按方案进行组装，内件要尽可能校准确。

催化剂装填时必须按方案进行。目前好的催化剂生产厂家一般不要求过筛，开桶后直接倒入吊斗进行装填，每层装填到位即可。当塔净空高度超过10m时，必须采用导引管装填，以免催化剂粉碎，造成塔阻增大。

内件顶盖的几道封焊，一定要焊好，不能有沙眼气孔，每焊完一道，先用肉眼检查有无气孔，有则补焊之。为确保不漏，应采用空气打压(0.2MPa)查漏，做到万无一失。

每道密封填料要采用耐高温的柔性石墨填料。装上部填料时，要用专用工具，用锤子打实。装下部填料时，也要用专用工具，并用30-50t的千斤顶顶实。

整个安装过程及每道安装工序要有专人负责、监督、确认。没有达到要求，就不能进入下一道工序。必须保证内件安装和催化剂装填的质量。

(2)催化剂的升温还原

内件的结构类型不同，催化剂的升温还原的方法也应不同。一般说，除了冷管型的单管折流内件只能采用整体还原外，绝大部分的塔内件都是采用分段(或分层)

还原的方法进行还原的，分段(或分层)还原可使下段催化剂免遭反复氧化还原而影响催化剂的活性，有利于提高催化剂的还原质量。

对于低温、高活性催化剂一般采用低压、高空速还原，低压还原有利于塔顶部催化剂还原彻底，有利于控制塔的平面温差；而高空速有利于降低还原时的水汽浓度，缩短还原时间。

还原时要防止塔温的大幅度波动而引起水汽浓度严重超标或出水过快的现象发生，以免影响催化剂的活性。为此要求稳定系统压力，压力稳定意味着循环量的稳定，循环量稳定热点温度波动就小，整个还原操作也就比较稳定。在升温还原一段时间后，采用微补微放，进而采用常补常放的操作方法，能有效地稳定系统压力。

整个还原过程中，要求气质、气量稳定。补气微量要<20×10-6。循环气甲烷控制在2%-6%，循环氢含量控制在70%-75%为宜。

还原结束，要有24-48h的轻负荷运行时间，以促成催化剂的“老练”，使满负荷生产更稳定。

(3)保证合成系统设备的完好

要求合成系统的设备完好关键在三个主要设备，-是合成塔内件，二是冷交，三是塔外热交。

合成塔内件安装的重要性和要求在前面已提及，不再赘述。

冷交是合成系统的主要分离设备。它的主要功能是回收系统的冷量和分离系统的液氨。冷交漏，在还原过程中将会使高浓度水汽返回合成塔，造成催化剂的反复氧化还原，对催化剂的活性造成严重伤害。在正常生产时，将会造成进塔氨浓增高，使合成反应不佳，循环量加不上，吃气量小，压力高，好像催化剂活性不好之相。所以，冷交设备功能的好坏直接影响到催化剂的活性。升温还原之前必须保证冷交不漏。

塔外热交是回收合成系统热量的设备，正常生产时，塔外热交有漏，将会影响到进塔的循环量，即一部分气体不经合成塔，走旁路漏掉了，合成压力会偏高。漏得大时，合成塔温度会压不住，系统压力会憋高。在升温还原中，如果电炉有余量，循环量不够用时，对还原质量就有影响。漏得大时，使还原都很难进行下去。所以在升温还原之前也必须搞好。

为解决冷交、热交填料易漏的毛病，新型的冷交和热交设计改大直径填料密封为小直径填料密封，使用时间相对延长，平时也不容易坏。但在大修时，最好也要求仔细检验。

其它设备，如氨冷器，要进行热煮，以除去附着在管壁上的油污。油分分离效果不好，也要打开检查。总之，合成系统内所有设备必须完好。