山东华鲁恒升化工股份有限公司 贾冉阳
我公司是一个年产 18 万吨合成氨， 30 万吨尿素的小型氮肥企业，现有两套合成氨装置，其中 1#合成系统为φ 1000 合成塔， 2#合成系统为φ 1000 合成塔串φ 800 合成塔，均为南京二化机生产的对向流动单管并流合成塔。 99 年 10 月份， 1#合成系统使用 4.7~6.7mmDNCA 型催化剂 16.35t，，使用后效果良好，又先后于 2000 年 5 月份在 2#合成系统的φ 800 塔和φ 1000 塔使用，从使用情况看， DNCA 型催化剂具有易还原，还原温度低，出水快，产量大，低温活性好等特点。现将我厂使用的情况总结如下：
1. φ 1000 合成系统工艺流程及设备配置
• 1#φ 1000 合成系统工艺流程（见下图）
1.2 1 # φ 1000 合成主要设备参数
序号 | 设备名称 | 设备规格型号 | 备注 |
1 | 合成塔 | φ 1000 ， L=16746 电加热器， 三相 700KW | 换热器 F=87m3 |
2 | 塔外热交换器 | φ 800 H=9785 | 1 台 |
3 | 冷热交换器 | φ 800 H=9785 | 1 台 |
4 | 循环气氨冷器 | φ 1500 H=8963 | 1 台 |
5 | 补充气氨冷器 | φ 1500 H=8963 | 1 台 |
6 | 水加热器 | L-7092 套管式φ 325 × 8 | 2 台 |
7 | 套管水冷器 | H=5166 | 2 台 |
8 | 氨分离器 | φ 800 H=4170 | V=2m 3 |
9 | 透平机 | TC450/320 — 13 Ⅱ型 | 1 台 |
2. 催化剂装填及升温还原
2.1 催化剂的装填
根据合成塔内件的结构特点，在触媒筐底层先装“ 3/8 ”钢球 20000 个，以降低阻力；同时装填前对催化剂进行过筛吹粉末，改变了以往过筛不出催化剂粉末的情况。在装填中严格按催化剂制造厂提出的装填方法和注意事项进行操作，将催化剂摊平捣实，防止催化剂床层阻力不一，易发生气体偏流。为了保证开车后的操作平稳，我们在装填前将内外筒均清理干净，中心管、温度计套管、主线气体入口端、导气管、内外筒环隙均用棉纱堵好。具备装填条件后，再进行装填。
2.2 催化剂的升温还原
2.2.1 φ 1000 塔催化剂的升温还原方案：
催化剂的升温还原是一项非常重要的工作，还原质量的好坏，直接影响催化剂的活性和使用寿命，进而影响合成工段乃至全厂能耗及产量的高低。所以我厂及车间历来对合成催化剂的升温还原极为重视，不仅将各项工作落实到人，还制定了详细的升温还原方案。
1# 合成 1000 塔升温还原方案及指标
项目 阶段 | 触媒层 热点温度 ℃ | 阶段 时间 h | 累计时间 h | 升温 速率 ℃ /h | 系统 压力 Mpa | 混合氢 H 2 % | 氨冷温度℃ | 水汽浓度 ppm | 电炉 功率 KW | |
升温初期 | 室温 -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 切电 | |
降温 | 490-450 | 6 | 120 | ≤ -7 | 15 | 65-70 | ≤ -10 | ≤ 250 | 逐步 切电 | |
轻负荷 | 450 ± 5 | 24 | 144 | / | 1 台 6D | 60-55 | 正常 |
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| |
2.2.2 采取的主要措施及注意事项：
2.2.2.1 系统充氨后，补压至 5.0Mpa ，开透平机运转 10min ，取样分析 NH3% 浓度为 1.0-1.5% 并及时进行分析，避免充氨过大，摇电炉绝缘，合格后加电升温。
2.2.2.2 随着温度的不断升高，系统有氨生成，并不断降低补充气中氢含量，提高氮含量，氨生成量不断增加。
2.2.2.3 250 ℃时开氨冷器，系统连续补压时补充气氨冷温度控制 5-10 ℃，催化剂升温至 100 ℃时，注意热电偶变化，防止出现因热电偶导管积水而失灵。
2.2.2.4 还原主期若遇停电，为保证塔内气体流动，可采用塔后放空的方法，防止催化剂反复氧化还原。
2.2.2.5 300 ℃时开始放水，每 2 小时放一次至还原主期，进入主期后半小时放一次水。
2.2.2.6 末期阶段不得超过 490 ℃，两段催化剂床层出口温度尽量提到 460 ℃，与合成塔零米温度达 460 ℃时，认为升温结束。
2.2.3 升温还原情况：
本次 1# 合成φ 1000 塔使用 4.7~6.7mmDNCA 催化剂 16.35t ，升温还原时间为 109h ，还原时当温度达到 280 ℃时，已开始出水，分析水汽浓度 200ppm ， 350 ℃时水汽浓度达到 2000ppm ，到 380 ℃时水汽浓度达到 4000ppm 进行恒温操作，轻负荷后操作热点温度 450 ± 5 ℃，较使用 A110 型催化剂时低 30 ℃。
3. 生产运行情况：
作为合成岗位，控制正常的温度、浓度、压力、空速、 H2/N2等各项工艺指标，是实现合成氨稳定高产的重要手段，也是充分发挥催化剂性能的有效方法，经过摸索，观察，我们制定了相对合理的工艺指标，并随着催化剂使用的不同阶段，对某些指标进行修改，保证了系统的稳产、高产。
3.1 主要工艺指标及生产控制
（ 1 ）催化剂床层温度 460 ± 5 ℃（末期 480 ± 5 ℃）
（ 2 ）塔二出温度＜ 350 ℃
（ 3 ）中锅出口温度＜ 180 ℃
（ 4 ）水加热器出口温度＜ 120 ℃
（ 5 ）系统压差 1.2MPa
（ 6 ） H 2 /N 2 =2.7-3.0
（ 7 ） CH4： 14-18%
（ 8 ）循环氢： 54-58%
（ 9 ）进口氨＜ 3%
3.2 主要操作要点
3.2.1 由于炉温调节手段多，在操作中应避免调节幅度过大引起整个催化剂床层波动。
3.2.2 严格控制气体成分、H2/N2、入口氨、 CH4，特别是净化气中微量、油等毒物，严防催化剂中毒。
3.2.3 严格控制补充气氨冷温度，提高了油、水分离效果，减少油、水对催化剂的危害。
3.3 运行情况；
整个系统使用 DNCA 型催化剂后，产量由原来的 490T/d ，增加到 520T/d 左右。系统压力比原来系统压力下降 1.0-2.0Mpa ，催化剂后期合成塔压差较 A110 型小 0.5Mpa 。在进口氨 2.9% 时，氨净值提高 1% 左右，两套系统吃气量比原来多出 1 台 4M20 压缩机量。
4. 对 DNCA 型氨合成催化剂评价：
DNCA 型催化剂在我厂使用四年以来，我们认为该催化剂具有以下特点：
4.1 低温活性好，起活温度低。正常操作中，合成塔入口温度控制低。
4.2 易还原，还原温度低，出水快。出水起始温度 280 ℃， 380 ℃时就大量出水，还原时间较短。
4.3 产量大。在系统增加一台 4M20 压缩机情况下，仍能稳定高产，并且氨净值高。
4.4 抗毒性能强。我厂使用 DNCA 型催化剂近 4 年，且催化剂中期使用时间较长。