论文部分内容阅读
摘 要：预防催化剂活性降低，是合成氨工业生产中重点研究的内容，也是实践的重要课题。随着我国合成氨生产技术的发展和工艺的进步，合成氨生产中催化剂活性降低或永久失活的问题逐渐减少，但为确保合成氨系统的高效运行，在合成氨生产中仍然要做好合成氨催化剂失活的防范措施，下文先以合成氨中应用较广泛的铁基催化剂为例，介绍了其失活的原因及措施，然后以某化工厂氨合成为例，介绍了该厂实际生产中氨合成催化剂失活的原因及措施，希望可以帮助相关人员解决实际生产中的问题。
关键词：合成氨；活性；降低；催化剂；原因
氨是重要的化工原料，其腐蚀性和挥发性均较强。但是随着我国现代农业和工业的发展，我国对液氨的需求量逐渐增多，使得液氨生产企业不断扩大产能，合成氨生产技术也得到显著进步和提高。由于氨合成催化剂活性的高低对合成氨的速率及质量有直接影响，在该种生产和需求现状下，如何确保氨合成过程中催化剂的活性，是企业和研究人员需要认真思考的问题。
一、合成氨的主要方法分析
（一）中压法。中压法合成氨过程中，建议压力控制在20-60MPa，反应温度控制在450-550℃。利用中压法合成氨的过程中，由于合成压力较低，所以从生产效率和投资成本回报上加以考虑的话，应用该方法比较划算，在工业合成氨生产中的应用也相对广泛。
（二）低压法和其他方法。低压法是指操作压力在10MPa左右的合成氨生产方法，在低压法中要求反应温度控制在400-450℃。在低压法中想要提高催化剂的使用寿命，需要提高原料气的制备纯度和精度，而且低压法合成氨纯度难以控制，生产效率低，其在工业生产中的应用不多。
二、合成氨催化剂活性降低的原因
下面以我国合成氨中应用较广泛的铁基催化剂为例进行说明：
（一）合成氨铁基催化剂活性降低的原因。工业合成氨生产中所应用的铁基催化剂，其有着比较高的催化活性。加之其反应温度和压强较大，因而在工业生产中极易中毒失去活性。在合成气体的过程中，会存在氯、磷、硫等化合物和单质，假如这些杂质若不除去会使后续氨合成催化剂中毒而失去活性，而且氯、硫、磷、氧等单质对催化剂失去活性的影响是永久性的、不可逆的，但化合物引起的中毒却可以通过技术处理恢复。
（二）合成氨催化剂活性降低的处理。假如合成氨催化剂出现永久性中毒的情况，此时需要更换催化剂，在更换催化剂时要保证填料操作工序的正确性及严密性。那么对于没有永久失去活性的合成氨催化剂来说，可以采取措施进行活性恢复，带恢复后重新使用。在合成氨工业生产中，最常见的就是化合物毒性物质造成的催化剂活性降低。通常情况下，CO和CO2来源于不合格的合成气，是甲烷气体生产中遗留产生的。
导致这种现象的原因包括甲烷炉故障、操作失误等，需要做好设备维护和生产管理。水则来源比较多样，造成催化剂中毒的H2O来源主要有两方面：一是新鲜合成气中水分超标，这是由于压缩机段冷凝水不能有效排净导致；二是废热锅炉和水冷器泄露，泄露主要发生在开车或停车间。想要避免水对催化剂活性的影响，就一定要严格日常生产操作规范，并做好设备运行参数控制。
三、某化工厂合成氨催化剂活性降低的原因及处理措施
（一）合成氨催化剂活性降低的原因。某化工厂于2016年4月5日4时52分焦炉煤气提氢系统加量，4时57分焦炉煤气量增加至37388Nm3/h。5时合成塔一段催化剂热点温度下降，二、三段温度上升。5时40分合成反应较差，氨合成系统的压力持续升高，而床层温度整体呈下降趋势，产品总量也在下降，表面上分析以为是气体成分不合格造成的，此时的系统最高压差为0.88MPa，说明上段催化剂的反应活性已经下降，对装置的平稳运行带来了较大影响，催化剂中毒前、后氨合成系统运行比较如表1。
该化工厂当前的氨合成塔运行不到两年，所以将因催化剂老化引起催化活性降低的因素排除，经在线查看与分析补充气的组分得出，引起催化剂活性降低的原因如下：甲醇气柜来的焦炉煤气质量差、含水多，且煤气中萘含量高，造成螺杆机进口水封处积水而抽负压，螺杆机出现短时切气，脱硫、脱氧出口压力瞬间由1.5MPa突然降至1.0MPa，此時因为甲醇驰放气管道通过临时管道与脱硫、脱氧系统相连，压力相对较高的甲醇池放气串入脱硫、脱氧系统，导致短时间内CO的体积分数由4×10-6升至50×10-6，导致了催化剂轻微中毒。
（二）针对该厂催化剂失活的处理措施。一，拆除甲醇驰放气管道与脱硫、脱氧系统相连的临时管，并在脱硫、脱氧系统端阀门处加盲板；二，为保证催化剂床层温度，打开合成系统近路阀，减少循环量，减小空速。将催化剂热点温度工艺指标由470±5℃提高至475±5℃，適度还原。循环氢的体积分数由原来的67%-70%提至75%，当合成塔各段床层温度从入口到出口开始上升时，说明中毒催化剂活性在逐步恢复，此时氨合成速率在逐步提升，装置整体运行正趋于平稳。
参考文献：
[1]谈薇.甲烷氮气常压合成氨催化剂的制备及性能研究[D].西北大学，2016.
关键词：合成氨；活性；降低；催化剂；原因
氨是重要的化工原料，其腐蚀性和挥发性均较强。但是随着我国现代农业和工业的发展，我国对液氨的需求量逐渐增多，使得液氨生产企业不断扩大产能，合成氨生产技术也得到显著进步和提高。由于氨合成催化剂活性的高低对合成氨的速率及质量有直接影响，在该种生产和需求现状下，如何确保氨合成过程中催化剂的活性，是企业和研究人员需要认真思考的问题。
一、合成氨的主要方法分析
（一）中压法。中压法合成氨过程中，建议压力控制在20-60MPa，反应温度控制在450-550℃。利用中压法合成氨的过程中，由于合成压力较低，所以从生产效率和投资成本回报上加以考虑的话，应用该方法比较划算，在工业合成氨生产中的应用也相对广泛。
（二）低压法和其他方法。低压法是指操作压力在10MPa左右的合成氨生产方法，在低压法中要求反应温度控制在400-450℃。在低压法中想要提高催化剂的使用寿命，需要提高原料气的制备纯度和精度，而且低压法合成氨纯度难以控制，生产效率低，其在工业生产中的应用不多。
二、合成氨催化剂活性降低的原因
下面以我国合成氨中应用较广泛的铁基催化剂为例进行说明：
（一）合成氨铁基催化剂活性降低的原因。工业合成氨生产中所应用的铁基催化剂，其有着比较高的催化活性。加之其反应温度和压强较大，因而在工业生产中极易中毒失去活性。在合成气体的过程中，会存在氯、磷、硫等化合物和单质，假如这些杂质若不除去会使后续氨合成催化剂中毒而失去活性，而且氯、硫、磷、氧等单质对催化剂失去活性的影响是永久性的、不可逆的，但化合物引起的中毒却可以通过技术处理恢复。
（二）合成氨催化剂活性降低的处理。假如合成氨催化剂出现永久性中毒的情况，此时需要更换催化剂，在更换催化剂时要保证填料操作工序的正确性及严密性。那么对于没有永久失去活性的合成氨催化剂来说，可以采取措施进行活性恢复，带恢复后重新使用。在合成氨工业生产中，最常见的就是化合物毒性物质造成的催化剂活性降低。通常情况下，CO和CO2来源于不合格的合成气，是甲烷气体生产中遗留产生的。
导致这种现象的原因包括甲烷炉故障、操作失误等，需要做好设备维护和生产管理。水则来源比较多样，造成催化剂中毒的H2O来源主要有两方面：一是新鲜合成气中水分超标，这是由于压缩机段冷凝水不能有效排净导致；二是废热锅炉和水冷器泄露，泄露主要发生在开车或停车间。想要避免水对催化剂活性的影响，就一定要严格日常生产操作规范，并做好设备运行参数控制。
三、某化工厂合成氨催化剂活性降低的原因及处理措施
（一）合成氨催化剂活性降低的原因。某化工厂于2016年4月5日4时52分焦炉煤气提氢系统加量，4时57分焦炉煤气量增加至37388Nm3/h。5时合成塔一段催化剂热点温度下降，二、三段温度上升。5时40分合成反应较差，氨合成系统的压力持续升高，而床层温度整体呈下降趋势，产品总量也在下降，表面上分析以为是气体成分不合格造成的，此时的系统最高压差为0.88MPa，说明上段催化剂的反应活性已经下降，对装置的平稳运行带来了较大影响，催化剂中毒前、后氨合成系统运行比较如表1。
该化工厂当前的氨合成塔运行不到两年，所以将因催化剂老化引起催化活性降低的因素排除，经在线查看与分析补充气的组分得出，引起催化剂活性降低的原因如下：甲醇气柜来的焦炉煤气质量差、含水多，且煤气中萘含量高，造成螺杆机进口水封处积水而抽负压，螺杆机出现短时切气，脱硫、脱氧出口压力瞬间由1.5MPa突然降至1.0MPa，此時因为甲醇驰放气管道通过临时管道与脱硫、脱氧系统相连，压力相对较高的甲醇池放气串入脱硫、脱氧系统，导致短时间内CO的体积分数由4×10-6升至50×10-6，导致了催化剂轻微中毒。
（二）针对该厂催化剂失活的处理措施。一，拆除甲醇驰放气管道与脱硫、脱氧系统相连的临时管，并在脱硫、脱氧系统端阀门处加盲板；二，为保证催化剂床层温度，打开合成系统近路阀，减少循环量，减小空速。将催化剂热点温度工艺指标由470±5℃提高至475±5℃，適度还原。循环氢的体积分数由原来的67%-70%提至75%，当合成塔各段床层温度从入口到出口开始上升时，说明中毒催化剂活性在逐步恢复，此时氨合成速率在逐步提升，装置整体运行正趋于平稳。
参考文献：
[1]谈薇.甲烷氮气常压合成氨催化剂的制备及性能研究[D].西北大学，2016.