研生試劑-預(yù)還原氨合成催化劑的性能及應(yīng)用

1 預(yù)還原氨合成催化劑簡(jiǎn)介

1.1 預(yù)還原氨合成催化劑的定義

氨合成催化劑的預(yù)還原就是在的裝置中，在低壓、低微量、低水汽濃度，高氫、高空速的還原工藝環(huán)境中，將氧化態(tài)氨合成催化劑還原為α- 單質(zhì)鐵，再經(jīng)過(guò)表面鈍化工藝處理，即成為還原態(tài)的氨合成催化劑，其運(yùn)輸、裝填都是安全的，送到用戶(hù)后可直接裝塔使用。

1.2 催化劑預(yù)還原原理

用高氫還原催化劑中的 Fe3O4，其反應(yīng)式如下：

Fe3O4+4H2＝3α-Fe+4H2O-Q

1.3 預(yù)還原氨合成催化劑的種類(lèi)

國(guó)內(nèi)目前預(yù)還原氨合成催化劑，主要是以熔鐵方式的氧化態(tài)氨合成催化劑為基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)還原加工所制得的。我國(guó)熔鐵型氨合成催化劑主要分為 A1 系列、A2 系列、A3 系列。A1 系列氨合成催化劑是以Fe3O4為主體的氨合成催化劑，其活性組分為Fe3O4，有 A103、A106、A109 和 A110 系列產(chǎn)品。A2 系列氨合成催化劑以 Fe3O4和 CoO 為主體的雙活性組分的熔鐵氨合成催化劑，有些企業(yè)還在此基礎(chǔ)上添加了稀土金屬，以進(jìn)一步提高其低溫活性。主要有 A201、A202、A204、AC 和 DNCA、HA 等系列產(chǎn)品。A3 系列催化劑是 Fe1-XO 基亞鐵型氨合成催化劑，大幅度提高了 FeO/Fe2O3比例，提高了催化劑活性，主要有 A301、ZA-5 型、momax-10 型等催化劑。以上幾類(lèi)熔鐵系氨合成催化劑，都可以通過(guò)的預(yù)還原裝置加工為預(yù)還原氨合成催化劑。

2 應(yīng)用預(yù)還原氨合成催化劑的意義

2.1 傳統(tǒng)合成塔的升溫還原過(guò)程的不足

近年來(lái)國(guó)內(nèi)合成氨工業(yè)裝置能力逐漸向大型化裝置發(fā)展，大、中型氨合成塔的升溫還原過(guò)程存在諸多的不足。

（1）需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的升溫還原時(shí)間。

（2）消耗大量的動(dòng)力電及原材物料，并且有相當(dāng)一部分氫、氮?dú)庖趴铡?/p>

（3）升溫還原期間要嚴(yán)格控制工藝條件，以保證催化劑活性。要求管理人員和操作人員要有很高的責(zé)任心和操作技術(shù)水平。

（4）升溫還原期間，要確保本工序及前工序的設(shè)備不能出現(xiàn)問(wèn)題，避免還原中斷，影響還原效果。尤其是電爐（開(kāi)工加熱爐）、循環(huán)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 使用預(yù)還原催化劑的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 顯著縮短開(kāi)車(chē)時(shí)間、可增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

2000 以下的氨合成塔使用預(yù)還原催化劑在 50～60h 便可結(jié)束還原投入運(yùn)行。 2000以上大型塔一段裝填預(yù)還原催化劑可以在 10～20h 內(nèi)*段還原結(jié)束，然后利用反應(yīng)熱進(jìn)行其它段的還原，基本可以在 100h 左右還原結(jié)束?？傔€原時(shí)間可比整塔氧化態(tài)催化劑提前 2～3d。

2.2.2 升溫還原非常容易，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度

催化劑經(jīng)預(yù)還原后，出水已經(jīng)完成，工廠(chǎng)使用預(yù)還原催化劑在升溫還原時(shí)，不會(huì)再有大量的反應(yīng)水出現(xiàn)。因此，不必?fù)?dān)心水汽濃度超標(biāo)的問(wèn)題。不必經(jīng)歷漫長(zhǎng)的還原時(shí)間，不必?fù)?dān)心在升溫還原期間出現(xiàn)諸如電爐功率不足、水汽濃度超標(biāo)等各種問(wèn)題。

2.3 催化劑預(yù)還原過(guò)程的特點(diǎn)及產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

2.3.1 還原壓力低

催化劑預(yù)還原是在設(shè)備內(nèi)和特定的還原條件下進(jìn)行的，還原壓力控制在 0.6~1.2MPa，大大低于工廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)還原壓力（＞5.0MPa）。由于還原在低壓下進(jìn)行，抑制了還原過(guò)程中氨的生成，以保證催化劑正常的還原，提高了催化劑還原后的活性。

2.3.2 還原過(guò)程水汽濃度低

還原反應(yīng)產(chǎn)生的水汽，經(jīng)過(guò)冷凝分離后再經(jīng)深度脫水，保證還原氣體中水汽濃度為零，避免了水汽的再次入塔所造成的催化劑反復(fù)氧化還原，致使催化劑活性降低。同時(shí)，還原過(guò)程采用較高的空速，使反應(yīng)水迅速離開(kāi)床層，避免水汽的聚集所帶來(lái)的影響。所以，使用設(shè)備還原比在工廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)還原條件*，還原后的產(chǎn)品質(zhì)量更好。

2.3.3 催化劑還原深度是工廠(chǎng)條件下無(wú)法比的

預(yù)還原反應(yīng)器要比合成塔還原條件好。催化劑的還原是以掘進(jìn)方式進(jìn)行的，還原過(guò)程是一個(gè)可逆過(guò)程，因此預(yù)還原反應(yīng)器的設(shè)計(jì)采用的是直徑較大，高度較小的反應(yīng)床。其好處：一是可以盡可能的縮短水汽在催化劑床層的停留時(shí)間。二是能將床層軸向溫差和徑向溫差控制在zui小。三是確保所有催化劑全部達(dá)到設(shè)定的zui高還原溫度，不會(huì)出現(xiàn)有些工廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)還原時(shí)，塔底部溫度提不到預(yù)定還原溫度而影響催化劑活性的問(wèn)題。

2.3.4 催化劑升溫還原出水量少

不會(huì)像傳統(tǒng)還原過(guò)程中生成大量的稀氨水，而使投產(chǎn)后液氨質(zhì)量對(duì)尿素、冷凍和其他用氨單位帶來(lái)的不利影響。

2.3.5 提高氨合成塔利用率

使用預(yù)還原催化劑，能夠避免氧化態(tài)氨合成催化劑升溫還原后產(chǎn)生的催化劑體積縮小、床層降低，以及因此所帶來(lái)的床層偏流，氣體走短路等問(wèn)題。使催化劑筐容積充分利用，合成塔的能力得到更好發(fā)揮。

3 預(yù)還原催化劑產(chǎn)品的薄弱點(diǎn)及控制措施

3.1 預(yù)還原后催化劑的強(qiáng)度會(huì)有所降低

預(yù)還原催化劑在產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸、裝卸及裝塔等環(huán)節(jié)中相比氧化態(tài)催化劑要求條件要高。在裝填催化劑過(guò)程中，需在氧化態(tài)催化劑裝填要求的基礎(chǔ)上更加注意以下幾方面。

（1）預(yù)還原催化劑在裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中要注意輕放、不要?jiǎng)×遗鲎病?/p>

（2）預(yù)還原催化劑在裝塔前必須過(guò)篩，將運(yùn)輸裝卸過(guò)程產(chǎn)生的粉塵去掉。

（3）預(yù)還原催化劑裝填前需備好裝填工具、設(shè)備，裝填催化劑時(shí)減小塔內(nèi)高度落差（一般控制在 1.5m 左右為好）。

（4）裝填人員進(jìn)入塔內(nèi)檢查或耙平催化劑時(shí)要穿軟底鞋（腳底放木板，防止踩壞催化劑）。

（5）裝填過(guò)程中一定要注意裝填均勻度，避免裝填死角。

4 預(yù)還原氨合成催化劑應(yīng)用建議

4.1 整塔裝填預(yù)還原催化劑

無(wú)論是新建合成塔裝填催化劑，還是舊塔更換催化劑，整塔裝填預(yù)還原催化劑不失為一個(gè)的方案，除了催化劑升溫還原非常容易，避免原來(lái)存在的還原后催化劑體積縮小等問(wèn)題，可以為企業(yè)節(jié)省 4～5d 的開(kāi)車(chē)時(shí)間，大大降低開(kāi)車(chē)成本，期間創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的，具有明顯的節(jié)能降耗效果。

4.2 部分更換上段催化劑

合成氨廠(chǎng)合成催化劑的更換，通常是依據(jù)合成系統(tǒng)運(yùn)行的工藝指標(biāo)及合成氨產(chǎn)量進(jìn)行判斷是否需要進(jìn)行催化劑的更換，一般傳統(tǒng)做法是將全部催化劑卸出，裝填新的氧化態(tài)催化劑后進(jìn)行升溫還原開(kāi)車(chē)。除了一些特殊情況，大部分是合成塔的上段催化劑活性衰退，中下段催化劑活性還是非常好的，因?yàn)榇呋瘎┗钚缘乃ネ酥饕绊懸蛩剡€是入塔氣體中夾帶的油水、微量以及其它入塔的有毒物質(zhì)，因此合成塔上段催化劑還起著中下層催化劑的保護(hù)作用。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將一段催化劑抽出，裝填預(yù)還原氨合成催化劑，既可避免更換中、下層催化劑的浪費(fèi)，同時(shí)又可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。

通過(guò)部分企業(yè)合成塔裝填預(yù)還原氨合成催化劑的開(kāi)車(chē)效果及運(yùn)行指標(biāo)來(lái)看，采用預(yù)還原催化劑可以大大縮短氨合成系統(tǒng)開(kāi)車(chē)時(shí)間、大幅度降低開(kāi)車(chē)成本，預(yù)還原催化劑具有低溫活性好、氨凈值高、節(jié)能降耗*、產(chǎn)量增幅較大的優(yōu)勢(shì)。預(yù)還原催化劑的使用能使合成塔升溫還原操作變得非常容易，同時(shí)給合成氨企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。這也是近年來(lái)預(yù)還原氨合成催化劑在國(guó)內(nèi)外，無(wú)論大型還是中小型合成氨廠(chǎng)被越來(lái)越多的推廣使用的重要原因。