DNCA型氨合成催化剂应用总结.doc

DNCA型氨合成催化剂应用总结山东华鲁恒升化工股份有限公司是年产18万t合成氨，30万t尿素的中型氮肥企业，现有2套合成装置，其中1#合成系统采用φ1 000mm塔，2#合成系统采用φ1 000mm塔串φ800mm塔，两塔均为对向流动单管并流内件。1999年10月，1#合成系统使用3.3～4.7mmDNCA型催化剂16.35t，使用效果良好。2000年5月和2001年5月，2#合成系统的φ800mm塔和φ1000mm塔也开始使用该催化剂。从使用情况可以看出，DNCA型催化剂具有易还原、还原温度低、出水快、产量高、低温活性好等特点。现将DNCA型氨合成催化剂使用情况总结如下。 1? 1#合成系统工艺流程及设备配置 1.1? 工艺流程 ??? 1#合成系统工艺流程见图1。压缩机六段新鲜气经压进阀控制进入滤油器，分离油水后进入补充气氨冷器，其出口气体与循环气氨冷器的出口气体汇合后进入冷交底部(冷交2入)，气体中冷凝下来的液氨在冷交下部分离器分离后送往球罐。分离液氨后的气体在冷交内上升至上部换热器管间，换热后气体升温至25～40℃，出冷交二出后分2路进入合成塔。一路由塔顶主线进入；另一路由塔底副线进入。主线气体沿内筒与外筒间环隙下行，带走内筒热量，控制塔壁温度小于100℃，一出气体温度约50℃，进入塔外热交换器(热交)沿内外筒环隙下行至底部，由内件环隙缺口进入换热器管间向上流动，由热交上部出口导出进入合成塔二入，经合成塔下部换热器的下部环形缺口进入换热器管间换热至300～320℃，出换热器进入中心管与不经换热器的副线冷气体会合后，沿中心管上行至触媒筐顶部分气盒。此时，一部分气体进入上段触媒冷管导气管，下行进入冷管内，升温至400℃左右，再下行经出口导气管进入下段触媒层进行氨合成反应；另一部分气体沿导气管下行进入下段触媒层冷管，上行升温至400℃左右，经出口导气管进入上段触媒层进行氨合成反应。两部分气体经过氨合成反应后相对流动至内件中部菱形集气盒汇合，沿中心管的外层套管下行进入下部换热器管内与管外冷气换热，温度由460℃～420℃降至270℃～320℃，由合成塔二出进入中锅回收合成反应热量，温度降至180℃～220℃左右，再进入水加热器进一步降温至110℃～165℃，出水加热器进入热交顶部三通侧面进入换热器管内下行与管间冷气换热后温度降至50℃～70℃，从下部二出进入水冷器，温度降至30℃左右后进入氨分离器，分离液氨后进入透平机进行加压。加压后的气体由冷交一入进入管程与管间冷气体换热后降温至15℃左右，进入循环气氨冷器形成一次循环。 1.2? 设备配置 ??? 1#合成系统主要设备配置见表1。 2? DNCA催化剂 2.1? 物理特性 ??? DNCA型氨合成催化剂的主要成分为Fe3O4，并含有适量的钴、氧化铝、氧化钾和氧化钙等助剂，其外观为黑色带磁性的不规则颗粒，具有金属光泽。其物理特性见表2。 2.2? 装填方案 ??? 合成塔采用单管并流内件，本着阻力降尽可能小，催化剂利用率尽可能高，温度分布均匀合理，有利于还原的原则，制订了本炉催化剂装填方案。 ??? (1)为了保证开车后的操作平稳，在催化剂装填以前，先将内、外筒清理干净；将中心管、温度计套管、主线气体入口管、内外筒环隙均用棉纱堵好；对测温套管、冷管束、合成塔大盖、内筒小盖和中心管进行校正。 ??? (2)装填前对催化剂进行过筛吹粉，升温还原前用氮气吹扫，以去除催化剂在装填过程中产生的粉尘，防止阻力增大。 ??? (3)触媒筐最下部铺10mm钢球20 000个，以防止触媒粉化、烧结堵塞或漏过钢丝网。由于最下部催化剂实际利用率较低，最上部催化剂易中毒、污染，故在菱形分布器、触媒筐的顶部和底部装有少量大颗粒催化剂，以防止小颗粒催化剂漏出。本次共装填触媒5.5m3，质量为16.35 t。不同粒度催化剂由下而上的分布情况见表3。 ??? (4)催化剂装填应选择在晴天1次装完。在整个装填过程中，装填人员不得将杂物带入塔内，要将催化剂摊平捣实，以防止催化剂床层阻力不均，气体发生偏流，装填完后，及时上好筒盖，封好口。 2.3? 升温还原 2.3.1? 还原原理 ??? DNCA型氨合成催化剂的主要成分是四氧化三铁，须还原成金属铁之后才有催化活性，而催化活性的好坏不仅与催化剂本身的组成及制备过程有关，还与催化剂的还原有关。还原反应按下列方程式进行：Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O－142kJ 2.3.2? 升温还原方法 ??? (1)高电炉功率、高空速? 催化剂还原从颗粒外表面开始，然后向内部渗透。由于催化剂外部先被还原为α-Fe，如果控制得不好，易被水气反复氧化，使触媒活性下降。因此，需要加大空速，快速移走反应生成的水，降低气相水气浓度。 ??? (2)高氢浓度? 增加反应物氢的浓度，可