XA201型氨合成催化剂在ⅢJD型大装置中的使用小结

    江苏华昌化工股份有限公司于2005年新建了1套国产大型氨合成装置，采用了湖南安淳高新技术有限公司开发的ⅢJD-2000型Ф1600 mm氨合成塔内件。同时根据90年代后期我国引进的2套合成氨大型装置中，选用了含钴的74-1型催化剂的实例，也采用了湖南安淳高新技术有限公司研制的XA201型氨合成催化剂。经过近1年的正常进行，现将使用情况进行小结。

    XA201型氨合成催化剂，是湖南安淳高新技术有限公司研制的熔铁性含钴的双活性元素氨合成催化剂。该催化剂由于第二活性组份氧化钴的引入，导致催化剂的晶体结构、表面结构、孔结构的明显变化，而大大地提高了催化剂的低温活性。经检测，  该催化剂的低温活性、热稳定性、抗毒性等性能达到了美国UCI公司C73-3-02氨催化剂的先进水平，其活性优于英国ICI公司的含钴74-1型。该催化剂还引进了稀土元素，其抗毒性能大大增强，为延长催化剂使用寿命打下了坚实的基础。

2  催化剂的装填情况   

2.1  ⅢJD-2000型Ф1600mm氨合成塔内件催化剂的容积为19.3m³，共装XA201型催化剂54400kg。

2.2  催化剂装填分类(见表1)

2.3  分层装填情况(见表2)

    催化剂升温还原，是按照湖南安淳高新技术有限公司编制的方案进行的。从2005年6月21日开始至6月27日还原结束，降温转入轻负荷运行，历时152h，详见表3。

    湖南安淳高新技术有限公司氨合成催化剂升温还原的特点：

    (1)除强调卜层最低点达480℃以上，并能维持8h以上外，还特别重视零米温度。要求将催化剂床层零米层的温度提到480℃以上，并能维持8h以上。这就是在还原末期，尽量加大空速，将下层最低层催化剂还原得尽量彻底些。而在还原初期时，适当控制空速，利用开工电炉的热量，将上层的上半部催化剂还原也尽量彻底些。

    (2)分层还原并非是绝对的分层还原。上层催化剂还原是从初期、主期到末期，是一次性还原好。当上层进入还原期末期时，中层刚好进入还原主期，第三层则刚好进入还原初期。当中层进入还原末期时，第三层刚好进入还原主期，第四层刚刚进入还原初期。当第三层进入还原末期时，第四层进入还原主期，接着进入第四层的还原末期。这样还原过程中，水汽浓度(或者说出水量)是比较均衡的。

    (3)催化剂还原是由表及里，“掘井”式进行的第三阶段，是在难于还原的层面上进行的。这一部分具有晶格常数愈小，而比活性愈高的特点。因而，要求除零米温度和—卜层低一点温度以外，催化剂床层其余各点的温度，都要求达495℃，并能维持8h以上。以求催化剂还原的彻底性，可大大提高还原后的高活性。

    目前，因配电设施尚在完善实施之中，该系统仅能常开四机(6M50)。其正常运行参数见表4、5、6、7。   

   

    运行情况的综合评述：   

    (1)催化剂的活性评价，在实验室，是压力为15MPa，空速30000h ^－1，进口气为H₂／N₂＝3的混氢氮气(无惰性气体、无毒物)，以出口氨含量的高低来衡量活性高低，据我国南方催化剂检测中心测定其活性为14.8%，属高活性催化剂。

    工业生产中，反应条件复杂，如惰性气含量高低对氨含量就有直接影响，我们认为工业生产条件下，评价催化剂，以系统压力、产量、新鲜气耗量(即放空量)、使用寿命(活性衰减速度)四个指标来衡量；即惰性气含量高(放空量少)，新鲜气耗低；产量高；系统压力低；热点温度下移速度快，就说明催化剂性能良好。

    (2)本炉XA201催化剂，已使用1年零4个月，日产量为480～500t，系统压力只有23～24MPa，说明催化剂反应能力好，消化能力很强。

    (3)系统甲烷含量19%～20%，日产量为480t氨时，补入新鲜气为57900Nm³／h，新鲜气耗为2895Nm³／t，说明吨氨新鲜气耗低，压力只有23～24MPa时，放空量很少，也说明催化剂活性好。

    (4)催化剂热稳定性的评述

    该炉催化剂白2005年6月投运至今，已历时近1年零4个多月，其催化剂床层热点仍维持在460～470℃的范围内，低温活性表现仍然处于良好状态。有临时停车后再开车热点在300℃左右，也不需要保压升温，即可启电炉，边提压边提电炉功率升温，很快就可以恢复正常生产。在此过程中，热点达360～370℃，就要大幅度降低电炉功率，否则就有超温的现象发生。从上述催化剂正常运行参数表中也可看出来，催化剂已使用近1年零4个多月，塔的生产负荷已接近80%～90%，其塔压差为0.4～0.45MPa的范围内。可以说明该炉催化剂的热稳定性还是比较理想的。

    当然，催化剂的热稳定性还足需要长时间的观察，特别是大型合成氨装置催化剂的服役时间大都较长，这就给操作管理提出了更高的要求，对催化剂也是一个严峻的考验。

    综观前述，XA201型催化剂在国产大型装置上的应用效果是比较理想的。无论从一定负荷情况下对应的系统压力，吨氨循环量，空速等重要参数，还是催化剂的热稳定性方面，都显示出了良好的状态。

    XA201型催化剂是在A201基础上改进的一种催化剂，其钴含量较高，并加有稀土元素，小颗粒配ⅢJD2000氨合成塔使用1年零4个月，产量480～500 t／d、新鲜气耗为2800～2900 Nm3／t情况下，其运行工况为系统压力为23MPa左右，甲烷含量19%～20%，系统阻力1.1MPa左右，塔阻力0.4～0.49MPa，热点460～470℃，位置仍在第一段内，运行工况良好，说明XA201催化剂活性高，阻力小，热稳定好，与ⅢJD2000配合，形成优势配对。