Amomax－10／10H型氨合成催化剂运行总结

娄伦武，陈 伟，冯光苹，廖 峰

（贵州金赤化工有限责任公司，贵州 桐梓 563200）

贵州金赤化工有限责任公司（简称金赤化工）年产300kt合成氨装置以当地无烟煤为原料，采用瑞士卡萨利氨合成技术。氨合成塔采用3床层2层间换热器轴径向合成塔（合成塔工艺气流向简图见图1），使用辽宁盘锦南方化学辽河催化剂有限公司Amomax－10／10H型氨合成催化剂，催化剂总装填体积为53m3，其中第1床层9m3，第2床层13m3，第3床层31m3。第1床层装填预还原型（Amomax－10H）催化剂，第2、3床层装填氧化型（Amomax－10）催化剂。

1 Amomax－10／10H型催化剂性能

Amomax－10／10H型氨合成催化剂由浙江工业大学开发，2001年实现工业化生产，2003年在辽河化肥厂首先应用。Amomax－10／10H型催化剂具有易还原、催化活性高、适用压力与温度区间宽、抗毒与耐热性能优良、机械强度高、低温低压活性好、起活温度低等特点。Amomax－10型催化剂外观为黑色、带光泽的不规则片状颗粒，无磁性，产品粒度为φ1.5～φ3.0mm，全部采用磨角工艺，堆密度为3.0～3.2kg／L，Fe2O3＋ FeO 为91%～92%，FeO／Fe2O3为5～6。Amomax－10H 型 催 化 剂 堆 密 度 为 2.4 ～2.6kg／L，Fe含量≥84%，其他性质与 Amomax－10型相同。Amomax－10型催化剂的主要成分为氧化亚铁，并含有适量氧化铝、氧化钾、氧化钙等助剂及微量物质；Amomax－10H型催化剂的活性成分是氧化亚铁还原而得的活性α－Fe，其助剂与 Amomax－10型相同［1，2，3，4］。

图1 合成塔工艺气流向简图

Amomax－10H型催化剂主体相为活性、多孔缺位的α－Fe，助剂固熔在主体相中形成多孔多相合金，比表面积较大，其晶体结构为体心立方（BCC），钝化膜厚度为10nm，钝化膜主要由Fe2＋组成［5］。

Amomax－10型催化剂主体相为氧化亚铁（Fe1－XO），其晶体结构为 NaCl型（FeO晶体结构示意见图2），晶胞参数为0.4313nm，理论含氧量为22.27%，熔点为1370℃，比表面积为13.0m2／g，比孔容为0.070cm3／g，平均孔半径为10.7nm［5］。

图2 FeO晶体结构示意图

2 Amomax－10／10H型催化剂的装填

催化剂装填由上海阳申石化设备安装有限公司负责，采用密相装填法。在合成塔顶部安装催化剂料斗，在料斗底部出口安装四根聚乙烯软管，在每根软管末端安装专用的催化剂装填喷洒头（卡萨利专利），再将喷洒头固定在转盘上。将过筛后的催化剂送入料斗，按规定速度摇动转盘，使催化剂均匀地喷洒入催化剂框内。为了保证装填密度而又不至于损坏催化剂，催化剂自由下落的高度应控制在2m左右。密相装填法不需振动，就能达到需要的装填密度，有效提高了装填速度和质量，而且避免了装填过程中振荡振动棒损坏催化剂框。表1为金赤化工催化剂装填数据。

表1 Amomax－10／10H型催化剂装填数据

3 Amomax－10／10H型催化剂升温还原

Amomax－10／10H型氨合成催化剂的活性成分是α－Fe。由于Amomax－10的主要成分为氧化亚铁，而Amomax－10H型催化剂在稳定化过程中吸收了相当于2%左右催化剂质量的氧，所以使用前需用氢气对Amomax－10／10H型催化剂进行还原［3］。还原后得到微晶大小均匀，有活性的α－Fe＋α＋f多相多孔合金，α－Fe是纯铁，而α相是助剂在α－Fe中形成的固溶体，均为体心立方（BCC），f相是助剂在γ－Fe中形成的固溶体，为面心立方（FCC）［5］。

为了避免催化剂反复氧化还原，采用了分层还原的方法，即在第1床层催化剂进入还原主期时，控制第2、3床层的温度在350℃以下；待第1床层催化剂还原基本结束，再提第2床层催化剂温度，使其进入还原主期；待第2床层催化剂还原基本结束，再提第3床层催化剂温度，使其进入还原主期［3］，表2为金赤化工催化剂升温还原控制表。

催化剂还原期间，一共出现3次出水高峰期，第1次出水高峰期与第2次出水高峰期时间间隔约3h，第2次出水高峰期与第3次出水高峰期时间间隔约6h。第1次出水高峰期出现在第1床层的还原主期，持续约4h，平均水含量为5486×10－6，最大为7240×10－6，表3为第1次出水高峰期数据表。第2次出水高峰期出现在第2床层的还原主期，持续约8h，平均水含量为7109×10－6，最大为10880×10－6，表4为第2次出水高峰期数据表。第3次出水高峰期出现在第3床层的还原主期，持续约22h，平均水含量为8418×10－6，最大为12600×10－6，表5为第3次出水高峰期数据表。

从表3、表4、表5可以看出，Amomax－10／10H型氨合成催化剂出水快、集中，出水温区窄，很难控制水汽浓度。在440℃以下出水基本完成，Amomax－10H出水高峰温区在320～350℃，Amomax－10出水高峰温区大约在410～430℃。根据 Amomax－10／10H 型催化剂的特点，出口水汽浓度不必刻意控制，要充分利用该催化剂还原速度快的特点，当发现出口水汽较高时，可以通过增加循环量来控制出口水汽浓度，但床层温度不能低于出水高峰温区下限。

表2 催化剂升温还原控制表

表3 第1次出水高峰期数据表

表4 第2次出水高峰期数据表

4 Amomax－10／10H型催化剂运行效果

（1）Amomax－10／10H 型氨合成催化剂由于升温还原时不受水汽浓度的影响，因此还原时间短，降低了还原费用。金赤化工催化剂升温还原共耗时79h，期间受开工加热炉熄火、合成气CO含量超标、气化炉熄火等因素的影响，致使升温还原时间比预计的74h推迟了5h，如果扣除开工加热炉熄火、合成气CO含量超标、气化炉熄火等耽误的时间约15h，实际升温还原大概在64h。

（2）Amomax－10H型氨合成催化剂升温还原产氨早。第1床层入口温度在298.4℃时，出口热点温度为305.4℃。出口热点温度首次高于入口温度，并且出口各点温升明显加快，表明Amomax－10H起活，开始有氨合成反应。

（3）Amomax－10／10H 含氧量较少，升温还原总出水量较少，减少了处理大量稀氨水的烦恼。金赤化工升温还原时未单独考虑排氨流程，直接将稀氨水排入液氨储罐，升温还原结束后，对液氨储罐中的氨水进行了取样分析，氨含量达91.2%，完全可以少量的与另一液氨储罐高浓度的液氨混合，泵送至尿素车间生产尿素。

（4）100%负荷下，合成塔压差设计值为0.29MPa，而实际压差为0.19MPa；合成循环段压差设计值为0.82MPa，而实际压差为0.65MPa；合成塔入口压力设计值为13.96MPa，而实际压力为13.3MPa。由于合成塔压差、循环段压差、合成系统压力均比设计值低，使得合成气压缩机蒸汽消耗明显降低，节能降耗效果明显。

表5 第3次出水高峰期数据表

（5）100%负荷下，氨净值最高达到19.18%，长期稳定在18.7%以上，与模拟计算值18.82%十分吻合，比卡萨利设计值18.05%和催化剂厂家保证值18.05%都高。由于氨净值提高，相同氨产量的情况下，循环气量降低。100%负荷下，系统循环气量设计值为366334m3／h，而实际值为310000m3／h左右。由于循环气量降低，合成气压缩机和氨压缩机功耗降低；由于氨净值增加，气氨的冷凝温度升高，同样可以降低氨压缩机功耗。100%负荷下，合成气压缩机蒸汽耗量比设计值少3t／h，氨压缩机蒸汽耗量比设计值少2.5t／h。

（6）Amomax－10／10H 型合成氨催化剂具有催化活性高、低温低压活性好、起活温度低等特点。在合成塔热态开车时，合成塔床层温度不低于270℃，即可不启用开工加热炉而依靠氨合成反应热来升温，缩短了开车时间，减少了开车消耗，提高装置的运行效率。

5 结 语

Amomax－10／10H型氨合成催化剂是一种环保新型节能催化剂，目前广泛应用于托普索S－200型合成塔、卡萨利3床层内置换热器轴径向合成塔、4床层冷激式轴径向合成塔、布朗合成塔和KBR卧式合成塔等塔型，市场占有率越来越高。使用Amomax－10／10H型氨合成催化剂，不仅可缩短还原时间，装置运行过程中还能有效降低合成气压缩机和氨压缩机压缩功耗。由于合成塔氨净值提高，循环气量减小，在前系统允许的情况下，为装置在更高负荷下运行创造了条件。

［1］肖彬，曹洪刚.Amomax－10／10H型氨合成催化剂在伍德合成塔的运行总结 ［J］.化肥设计，2010，49 （5）：40～41，45.

［2］杨强国，江利民.Amomax－10／10H型氨合成催化剂的应用总结 ［J］.大氮肥，2009，33 （2）：93～96.

［3］肖彬.Amomax－10／10H 型氨合成催化剂升温还原总结［J］.中氮肥，2010，26 （5）：8～10.

［4］肖彬，曹洪刚，郝子健.Amomax－10／10H型氨合成催化剂在氨合成塔的应用 ［J］.石油化工设备，2010，39 （增刊1）：61～63.

［5］肖延令，肖帆.节能型Fe1－xO基氨合成催化剂技术特点及在大型氨厂的应用.2009.