研生试剂-预还原氨合成催化剂的性能及应用 1 预还原氨合成催化剂简介 1.1 预还原氨合成催化剂的定义 氨合成催化剂的预还原就是在的装置中，在低压、低微量、低水汽浓度，高氢、高空速的还原工艺环境中，将氧化态氨合成催化剂还原为α- 单质铁，再经过表面钝化工艺处理，即成为还原态的氨合成催化剂，其运输、装填都是安全的，送到用户后可直接装塔使用。 1.2 催化剂预还原原理 用高氢还原催化剂中的 Fe3O4，其反应式如下： Fe3O4+4H2＝3α-Fe+4H2O-Q 1.3 预还原氨合成催化剂的种类 国内目前预还原氨合成催化剂，主要是以熔铁方式的氧化态氨合成催化剂为基础进行预还原加工所制得的。我国熔铁型氨合成催化剂主要分为 A1 系列、A2 系列、A3 系列。A1 系列氨合成催化剂是以Fe3O4为主体的氨合成催化剂，其活性组分为Fe3O4，有 A103、A106、A109 和 A110 系列产品。A2 系列氨合成催化剂以 Fe3O4和 CoO 为主体的双活性组分的熔铁氨合成催化剂，有些企业还在此基础上添加了稀土金属，以进一步提高其低温活性。主要有 A201、A202、A204、AC 和 DNCA、HA 等系列产品。A3 系列催化剂是 Fe1-XO 基亚铁型氨合成催化剂，大幅度提高了 FeO/Fe2O3比例，提高了催化剂活性，主要有 A301、ZA-5 型、momax-10 型等催化剂。以上几类熔铁系氨合成催化剂，都可以通过的预还原装置加工为预还原氨合成催化剂。 2 应用预还原氨合成催化剂的意义 2.1 传统合成塔的升温还原过程的不足 近年来国内合成氨工业装置能力逐渐向大型化装置发展，大、中型氨合成塔的升温还原过程存在诸多的不足。 （1）需要耗费较长的升温还原时间。 （2）消耗大量的动力电及原材物料，并且有相当一部分氢、氮气要放空。 （3）升温还原期间要严格控制工艺条件，以保证催化剂活性。要求管理人员和操作人员要有很高的责任心和操作技术水平。 （4）升温还原期间，要确保本工序及前工序的设备不能出现问题，避免还原中断，影响还原效果。尤其是电炉（开工加热炉）、循环机等关键设备。 2.2 使用预还原催化剂的优势 2.2.1 显著缩短开车时间、可增加企业经济效益 2000 以下的氨合成塔使用预还原催化剂在 50～60h 便可结束还原投入运行。 2000以上大型塔一段装填预还原催化剂可以在 10～20h 内*段还原结束，然后利用反应热进行其它段的还原，基本可以在 100h 左右还原结束。总还原时间可比整塔氧化态催化剂提前 2～3d。 2.2.2 升温还原非常容易，减轻工人的劳动强度 催化剂经预还原后，出水已经完成，工厂使用预还原催化剂在升温还原时，不会再有大量的反应水出现。因此，不必担心水汽浓度超标的问题。不必经历漫长的还原时间，不必担心在升温还原期间出现诸如电炉功率不足、水汽浓度超标等各种问题。 2.3 催化剂预还原过程的特点及产品优势 2.3.1 还原压力低 催化剂预还原是在设备内和特定的还原条件下进行的，还原压力控制在 0.6~1.2MPa，大大低于工厂现场还原压力（＞5.0MPa）。由于还原在低压下进行，抑制了还原过程中氨的生成，以保证催化剂正常的还原，提高了催化剂还原后的活性。 2.3.2 还原过程水汽浓度低 还原反应产生的水汽，经过冷凝分离后再经深度脱水，保证还原气体中水汽浓度为零，避免了水汽的再次入塔所造成的催化剂反复氧化还原，致使催化剂活性降低。同时，还原过程采用较高的空速，使反应水迅速离开床层，避免水汽的聚集所带来的影响。所以，使用设备还原比在工厂现场还原条件*，还原后的产品质量更好。 2.3.3 催化剂还原深度是工厂条件下无法比的 预还原反应器要比合成塔还原条件好。催化剂的还原是以掘进方式进行的，还原过程是一个可逆过程，因此预还原反应器的设计采用的是直径较大，高度较小的反应床。其好处：一是可以尽可能的缩短水汽在催化剂床层的停留时间。二是能将床层轴向温差和径向温差控制在zui小。三是确保所有催化剂全部达到设定的zui高还原温度，不会出现有些工厂现场还原时，塔底部温度提不到预定还原温度而影响催化剂活性的问题。 2.3.4 催化剂升温还原出水量少 不会像传统还原过程中生成大量的稀氨水，而使投产后液氨质量对尿素、冷冻和其他用氨单位带来的不利影响。 2.3.5 提高氨合成塔利用率 使用预还原催化剂，能够避免氧化态氨合成催化剂升温还原后产生的催化剂体积缩小、床层降低，以及因此所带来的床层偏流，气体走短路等问题。使催化剂筐容积充分利用，合成塔的能力得到更好发挥。 3 预还原催化剂产品的薄弱点及控制措施 3.1 预还原后催化剂的强度会有所降低 预还原催化剂在产品包装、运输、装卸及装塔等环节中相比氧化态催化剂要求条件要高。在装填催化剂过程中，需在氧化态催化剂装填要求的基础上更加注意以下几方面。 （1）预还原催化剂在装卸、运输过程中要注意轻放、不要剧烈碰撞。 （2）预还原催化剂在装塔前必须过筛，将运输装卸过程产生的粉尘去掉。 （3）预还原催化剂装填前需备好装填工具、设备，装填催化剂时减小塔内高度落差（一般控制在 1.5m 左右为好）。 （4）装填人员进入塔内检查或耙平催化剂时要穿软底鞋（脚底放木板，防止踩坏催化剂）。 （5）装填过程中一定要注意装填均匀度，避免装填死角。 4 预还原氨合成催化剂应用建议 4.1 整塔装填预还原催化剂 无论是新建合成塔装填催化剂，还是旧塔更换催化剂，整塔装填预还原催化剂不失为一个的方案，除了催化剂升温还原非常容易，避免原来存在的还原后催化剂体积缩小等问题，可以为企业节省 4～5d 的开车时间，大大降低开车成本，期间创造的经济效益是显著的，具有明显的节能降耗效果。 4.2 部分更换上段催化剂 合成氨厂合成催化剂的更换，通常是依据合成系统运行的工艺指标及合成氨产量进行判断是否需要进行催化剂的更换，一般传统做法是将全部催化剂卸出，装填新的氧化态催化剂后进行升温还原开车。除了一些特殊情况，大部分是合成塔的上段催化剂活性衰退，中下段催化剂活性还是非常好的，因为催化剂活性的衰退主要影响因素还是入塔气体中夹带的油水、微量以及其它入塔的有毒物质，因此合成塔上段催化剂还起着中下层催化剂的保护作用。在氮气保护下，将一段催化剂抽出，装填预还原氨合成催化剂，既可避免更换中、下层催化剂的浪费，同时又可在短时间内恢复。 通过部分企业合成塔装填预还原氨合成催化剂的开车效果及运行指标来看，采用预还原催化剂可以大大缩短氨合成系统开车时间、大幅度降低开车成本，预还原催化剂具有低温活性好、氨净值高、节能降耗*、产量增幅较大的优势。预还原催化剂的使用能使合成塔升温还原操作变得非常容易，同时给合成氨企业带来明显的经济效益。这也是近年来预还原氨合成催化剂在国内外，无论大型还是中小型合成氨厂被越来越多的推广使用的重要原因。 |
