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氨合成塔媒CO中毒浅谈.pptVIP

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氨合成塔媒CO中毒浅谈

1 概述: 4117-R1氨合成塔系丹麦托普所公司设计,原先为S-100系列,后根据运行情况、为提高产量、降低能耗,在1993年6月改造为S200系列。触媒采用南化公司催化剂厂的A110-1/H型氨合成催化剂。 设计寿命8—10年。2008年7月装置大修时对合成塔触媒进行了更换,仍然采用原型号触媒。上段装预还原触媒(A110-1-H),实际装填16.64吨,装填体积8m3,装填堆密度2080kg/m3。下段装未还原触媒(A110),实际装填54.4吨,装填体积18.3m3,装填堆密度2973 kg/m3 2 问题的提出 在合成氨中合成触媒中毒主要是因为微量高了。中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。如,对于合成氨反应中的铁触媒,O2、CO、CO2和水蒸气等都能使触媒中毒,但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的触媒时,触媒的活性又能恢复,因此这种中毒是暂时性中毒。含P、S、As的化合物则可使铁触媒永久性中毒。触媒中毒后,往往完全失去活性,这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理,活性也很难恢复,触媒中毒使催化效率变低了,有效成份减少了,使用寿命也随之减少,能耗上升,单位成本增加了。 3 原因分析: 3.1 4117-R1触媒中毒机理说明: CO中毒机理:CO是氨合成原料气中最难脱除,但对氨合成触媒最为有害的毒物,一部分CO会通过合成塔中的氢发生甲烷化反应而转化成甲烷和水。甲烷易引起触媒床层部分烧结,而水又是触媒的毒物。别一部分CO又会稳定地吸附在触媒活性中心上降低触媒的活性.补充气中CO、CO2含量过高,大量进塔后和H2在触媒层中发生反应: CO+3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O(甲烷化反应), 生成的水蒸气和a-Fe发生反应 H2O+Fe=FeO+H2 3H2O+2Fe=Fe2O3+3H2 a-Fe被氧化成FeO和Fe2O3 会出现触媒活性降低,触媒层温度下降,系统压力升高等中毒现象 3.2 大型合成氨厂一般是30万吨/年能力,净化系统技术高,气体质量好,如果精心操作,应该可以大大延长使用寿命的,一般设计值为8~10年。触媒层热点温度一般控制在495℃。触媒层温度上下浮动一般正负5℃。 3.2.1 现在对2009年1月12日,氨合成塔触媒中毒后,床层温度变化见表1 表1 床温变化 从上表可以看出:合成塔触媒在CO中毒后,塔壁温度,没有上升,保持正常,对塔壁温度正常。二段床温,入口最高达到570℃,床层温度保持稳定,对二段床温影响不大。一段床层温度在 15分钟内上升250℃,触媒出现严重超标现象,触媒层轴向温差大。 3.2.2 对系统压力及流量见表2 3.2.2 对系统压力及流量见表2 表2 系统压力流量变化     由此表可以看出:合成是一个回路,补充进来的气体靠生成氨后排放出去,触媒活性下降,氨的合成率下降,补充进来的气体就会在回路里大量累积,合成压力上升。系统流量波动也很大。 3.3 CO中毒处理的两种不同状态 高含量中毒和低含量中毒,高含量CO时会造成触媒层强烈温升,可能造成触媒超温;低含量CO时触媒层表现床温下降,无法维持。经与南化厂相关人员沟通,一般1%是界限。 3.3.1 高含量中毒:大量CO进入后,发生甲烷化反应,导致床温突升,此时封塔势必造成床层超温,因此这种情况必须对床层进行快速降温,然后进行封塔,确保床层温度在安全温度范围来。 3.3.2 低含量中毒: 合成塔的温度是靠3H2+N2=NH3 这一放热反应的反应热维持的,触媒活性下降,反应热减少,合成塔温度就会下降床温无法维持. 3.4 经分析AP-30看,净化来的工艺气中含有16% CO气体,造成系统中CO含量过高, a-Fe被氧化成FeO和Fe2O3 会出现触媒活性降低,触媒层温度下降,系统压力升高等中毒现象。甲烷化反应造成的温升非常高,每当含有0.1%的一氧化碳转化成甲烷时温升7.4℃。由此可见此次事故是CO严重超标造成触媒中毒。虽经工况调整,但封塔后,部分发生甲烷化反应,大量放热,造成床层突升。 4 中毒后的开车: 4.1 合成塔暖塔 4.1.1 先利用N80通过4117-E1进行暖塔,加大4117-BW水量,将塔壁温度逐渐升高。 4.1.2 入N80暖塔不能满足条件,则待4117-K1启动后,用工艺气对合成塔进行暖塔,将塔壁温度控制到80℃以上,注意温度与压力相对应。 4.2 开车升温 4.2.1 调节4117-K1各喘振阀,用4117-HCV-3控制合成回路操作压力4117-PI-4在10~12Mpa左右。 4.2.2 以4117-TI-4热点为准,逐渐将4117-TI-4(同时可参考其它一段床曾温度)升至300℃,升温速率为30~40℃/H,此时联系中

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