DNCA型氨合成催化剂在凯洛格内件的应用

张秀志

(新疆中能万源化工有限公司新疆玛纳斯832200)



DNCA型氨合成催化剂在凯洛格内件的应用

张秀志

(新疆中能万源化工有限公司新疆玛纳斯832200)

新疆中能万源化工有限公司是由安徽晋煤中能化工股份有限公司在新疆玛纳斯成立的全资子公司。该公司一期“40·60”项目采用航天炉粉煤加压气化工艺、湖南安淳高新技术有限公司的等温变换工艺、大连理工大学的低温甲醇洗脱硫脱碳工艺、浙江杭氧公司的液氮洗净化工艺、美国凯洛格公司的合成氨技术以及意大利斯纳姆公司的氨汽提法尿素工艺，于2015年8月开始调试运行，2015年9月顺利投产，并达到预期效果。现将合成装置试车及运行情况介绍如下。

1　氨合成装置工艺流程

该装置采用凯洛格技术Φ2 700 mm合成塔。来自净化系统n(H2)/n(N2)约为3∶1、φ(CO+CO2)<5×10-6、压力为2.69 MPa、温度为25 ℃、流量为110 228 m3/h(标态)的新鲜合成气至合成气压缩机入口，与其循环段入口的346 607 m3/h(标态)循环气一起经合成气压缩机压缩至11.49 MPa、温度66 ℃，经合成塔进、出料换热器预热至230 ℃后，再分成3路进入合成塔：第1路约60%(体积分数，下同)的气体经过第1主线调节阀，通过合成塔壳体和催化剂筐环隙，再经过合成塔一级中间换热器与第1床层出口气体换热，以降低壳体温度和第2床层入口温度，该气体被加热至385 ℃；第2路约30%的气体经过第2主线调节阀，通过合成塔二级中间换热器换热，以降低第3床层入口温度，同时与主气流混合进入一级中间冷却器，预热后进入第1床层；第3路约10%的气体经零米副线调节阀至合成塔入口。

上述3路气体经混合后进入合成塔第1床层(有 50%以上的NH3在此合成)。第1床层出口后的气体与第1主线调节阀、第2主线调节阀来的气体在合成塔一级中间换热器换热后进入第2床层，第2床层出口的气体与第2主线调节阀来的气体在合成塔二级换热器换热后进入第3床层A室，再进入第3床层B室；B室出口气体(442 ℃、压力11.06 MPa)进入工艺蒸汽过热器换热后，气体温度降至418 ℃，然后进入合成塔废热锅炉换热，并副产4.15 MPa的蒸汽，此时气体温度降至282 ℃。在合成塔进出料换热器中，预热合成塔进料气至230 ℃，自身降温至110 ℃，进入合成塔出口冷却器中冷却至38 ℃，再经过组合氨冷器的中心管外侧冷凝，并通过氨分离器分离，液氨送至减压闪蒸罐，未冷凝的氢氮气通过组合氨冷器中心管复热至27 ℃，然后送至合成气压缩机循环段入口。

2　氨合成催化剂的装填

现采用了临朐大祥精细化工有限公司生产的DNCA型氨合成催化剂，第1床层和第2床层装填DNCA- H型预还原催化剂，第3床层(A和B)装填DNCA型氧化态催化剂。氧化态催化剂采用震动棒装填方式，氨合成催化剂实际装填情况见表1。

表1　氨合成催化剂实际装填情况

总容积59.47 m3，装填DNCA- H型预还原催化剂68 640 kg、DNCA型氧化态催化剂73 550 kg。

3　氨合成催化剂的升温还原情况

合成塔暖塔试压结束后，系统充氨2 t，补入新鲜合成气将其压力升至0.6 MPa，合成气压缩机启动后，缓慢提压至5.0 MPa，调整开工电加热炉入口合成气气量至50 000 m3/h(标态)、环隙气量50 000 m3/h(标态)。于2015年8月24日12:15开启开工电加热炉升温，第1床层进口气体温度升至200 ℃，水汽质量浓度达到0.5 g/m3，第1床层预还原催化剂开始出水，进口气体中氨体积分数降至<3%后，开启开工加氨泵，从软水加热器入口补氨1次，氨冷器温度继续保持在0～-5 ℃；第1床层进口气体温度升至330 ℃时，出口气体中氨含量开始逐步回升，氨水中氨质量分数达27%；第1床层进口气体温度升至360 ℃时，第1床层出口气体温度开始超过进口气体温度，出现“翻点”现象，出口气体中氨体积分数>3.0%，氨水中氨质量分数>50%，逐渐降低氨冷器温度至-15 ℃以下。第1床层出口气体温度410 ℃，第2床层进口气体温度360 ℃，第3床层进口气体温度320 ℃后，水汽质量浓度约0.3 g/m3，出水量较少，预还原催化剂还原基本结束。将开工电加热炉功率加至3 700 kW，维持第1床层出口气体温度450 ℃，当第2床层出口气体温度410 ℃、第3床层进口气体提至360 ℃时，水汽质量浓度达1～2 g/m3，第3床层DNCA型氧化态催化剂进入还原期。第3床层还原期间，因氨产量较大，受液氨充装能力限制，压力维持在5.5～6.0 MPa，循环气总气量约为200 000 m3/h(标态)，第1床层出口气体温度475 ℃，第2床层出口气体温度445 ℃，第3床层进口气体温度升高至405 ℃时，第3床层出口气体温度开始出现“翻点”现象；当第3床层进口气体温度升至425 ℃，出口气体温度430 ℃时，水汽浓度连续分析为零，氨水中氨质量分数>99%，逐渐提压至8.0 MPa，将第1床层出口气体温度升至495 ℃，第2床层出口气体温度升至475 ℃，第3床层出口气体温度升至450 ℃(塔出口气体温度≤450 ℃)，并恒温8 h，于2015年9月1日05:00转入轻负荷生产。合成催化剂期间，因合成气废热锅炉加水阀需要维修及气化系统停车等影响，对氨合成塔采取降温、卸压方式等处理措施。

4　轻负荷运行情况

轻负荷补新鲜气约80 000 m3/h(标态)，合成塔入口气体压力8.00 MPa、温度232 ℃，塔出口气体压力7.83 MPa、温度425 ℃。第1床层出口气体温度482 ℃，第2床层出口气体温度457 ℃，第3床层出口气体温度426 ℃；循环气中氢体积分数71%～73%，氨冷器温度-26 ℃；合成塔进口气中氨体积分数为1.7%，出口气中氨体积分数为14.1%。零米冷激气气量为32 000 m3/h(标态)，第1主线气量为230 000 m3/h(标态)，第2主线气量为130 000 m3/h(标态)。

轻负荷停车检修后再开车时，合成塔入口压力5.0 MPa，氨冷温度-26 ℃。在进塔气中氢体积分数73.5%状态下，第1床层进口气体温度为227 ℃，出口气中氨体积分数逐渐升高(由1.6%升至1.9%)；当第1床层进口气温度达247 ℃时，氨分离器液位明显上涨；当第1床层进口气温度达253 ℃时，第1床层出现“翻点”现象，显示该催化剂起活温度低、低温活性较好。

5　目前生产情况

目前新鲜气气量117 000 m3/h(标态)，日产合成氨1 050 t，合成塔进口气体压力10.55 MPa,合成塔阻力0.28 MPa,系统阻力0.76 MPa；第1床层进口气体温度379.7 ℃，第1床层出口气体温度482.0 ℃；第2床层进口气体395.9 ℃，第2床层出口气体温度467.3 ℃；第3床层进口气体温度383.9 ℃，第3床层出口气体温度434.0 ℃；总循环气气量455 000 m3/h(标态)，循环气中氢体积分数73.9%，合成塔进口气中氨体积分数1.80%，合成塔出口气中氨体积分数18.84%。

6　结语

(1)DNCA- H型氨合成催化剂强度较好，装填过程中粉尘较少，装填后未出现温度大幅上升。

(2)DNCA- H型氨合成催化剂出水温度低、易还原，第1床层进口气温度升至200 ℃开始出水，360 ℃后水汽质量浓度降至0.3 g/m3以下。

(3)DNCA型氨合成催化剂低温易还原，第3床层进口气温度升至360 ℃开始大量出水；出口气温度为430 ℃时，水汽浓度分析合格。

(4)DNCA型催化剂低温活性好，第1床层进口气温度达251 ℃时，第1床层开始出现绝热温升；DNCA型催化剂初期活性较好、氨净值较高，目前系统压力较低。因该催化剂使用时间较短，其使用周期还有待时间检验。

2016- 04- 03)