江蘇華昌化工股份有限公司于2005年新建了1套國(guó)產(chǎn)大型氨合成裝置，采用了湖南安淳高新技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的ⅢJD-2000型Ф1600 mm氨合成塔內(nèi)件。同時(shí)根據(jù)90年代后期我國(guó)引進(jìn)的2套合成氨大型裝置中，選用了含鈷的74-1型催化劑的實(shí)例，也采用了湖南安淳高新技術(shù)有限公司研制的XA201型氨合成催化劑。經(jīng)過(guò)近1年的正常進(jìn)行，現(xiàn)將使用情況進(jìn)行小結(jié)。

    XA201型氨合成催化劑，是湖南安淳高新技術(shù)有限公司研制的熔鐵性含鈷的雙活性元素氨合成催化劑。該催化劑由于第二活性組份氧化鈷的引入，導(dǎo)致催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)的明顯變化，而大大地提高了催化劑的低溫活性。經(jīng)檢測(cè)，  該催化劑的低溫活性、熱穩(wěn)定性、抗毒性等性能達(dá)到了美國(guó)UCI公司C73-3-02氨催化劑的先進(jìn)水平，其活性優(yōu)于英國(guó)ICI公司的含鈷74-1型。該催化劑還引進(jìn)了稀土元素，其抗毒性能大大增強(qiáng)，為延長(zhǎng)催化劑使用壽命打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2  催化劑的裝填情況   

2.1  ⅢJD-2000型Ф1600mm氨合成塔內(nèi)件催化劑的容積為19.3m³，共裝XA201型催化劑54400kg。

2.2  催化劑裝填分類(見(jiàn)表1)

2.3  分層裝填情況(見(jiàn)表2)

    催化劑升溫還原，是按照湖南安淳高新技術(shù)有限公司編制的方案進(jìn)行的。從2005年6月21日開(kāi)始至6月27日還原結(jié)束，降溫轉(zhuǎn)入輕負(fù)荷運(yùn)行，歷時(shí)152h，詳見(jiàn)表3。

    湖南安淳高新技術(shù)有限公司氨合成催化劑升溫還原的特點(diǎn)：

    (1)除強(qiáng)調(diào)卜層最低點(diǎn)達(dá)480℃以上，并能維持8h以上外，還特別重視零米溫度。要求將催化劑床層零米層的溫度提到480℃以上，并能維持8h以上。這就是在還原末期，盡量加大空速，將下層最低層催化劑還原得盡量徹底些。而在還原初期時(shí)，適當(dāng)控制空速，利用開(kāi)工電爐的熱量，將上層的上半部催化劑還原也盡量徹底些。

    (2)分層還原并非是絕對(duì)的分層還原。上層催化劑還原是從初期、主期到末期，是一次性還原好。當(dāng)上層進(jìn)入還原期末期時(shí)，中層剛好進(jìn)入還原主期，第三層則剛好進(jìn)入還原初期。當(dāng)中層進(jìn)入還原末期時(shí)，第三層剛好進(jìn)入還原主期，第四層剛剛進(jìn)入還原初期。當(dāng)?shù)谌龑舆M(jìn)入還原末期時(shí)，第四層進(jìn)入還原主期，接著進(jìn)入第四層的還原末期。這樣還原過(guò)程中，水汽濃度(或者說(shuō)出水量)是比較均衡的。

    (3)催化劑還原是由表及里，“掘井”式進(jìn)行的第三階段，是在難于還原的層面上進(jìn)行的。這一部分具有晶格常數(shù)愈小，而比活性愈高的特點(diǎn)。因而，要求除零米溫度和—卜層低一點(diǎn)溫度以外，催化劑床層其余各點(diǎn)的溫度，都要求達(dá)495℃，并能維持8h以上。以求催化劑還原的徹底性，可大大提高還原后的高活性。

    目前，因配電設(shè)施尚在完善實(shí)施之中，該系統(tǒng)僅能常開(kāi)四機(jī)(6M50)。其正常運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4、5、6、7。   

   

    運(yùn)行情況的綜合評(píng)述：   

    (1)催化劑的活性評(píng)價(jià)，在實(shí)驗(yàn)室，是壓力為15MPa，空速30000h ^－1，進(jìn)口氣為H₂／N₂＝3的混氫氮?dú)?無(wú)惰性氣體、無(wú)毒物)，以出口氨含量的高低來(lái)衡量活性高低，據(jù)我國(guó)南方催化劑檢測(cè)中心測(cè)定其活性為14.8%，屬高活性催化劑。

    工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)條件復(fù)雜，如惰性氣含量高低對(duì)氨含量就有直接影響，我們認(rèn)為工業(yè)生產(chǎn)條件下，評(píng)價(jià)催化劑，以系統(tǒng)壓力、產(chǎn)量、新鮮氣耗量(即放空量)、使用壽命(活性衰減速度)四個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量；即惰性氣含量高(放空量少)，新鮮氣耗低；產(chǎn)量高；系統(tǒng)壓力低；熱點(diǎn)溫度下移速度快，就說(shuō)明催化劑性能良好。

    (2)本爐XA201催化劑，已使用1年零4個(gè)月，日產(chǎn)量為480～500t，系統(tǒng)壓力只有23～24MPa，說(shuō)明催化劑反應(yīng)能力好，消化能力很強(qiáng)。

    (3)系統(tǒng)甲烷含量19%～20%，日產(chǎn)量為480t氨時(shí)，補(bǔ)入新鮮氣為57900Nm³／h，新鮮氣耗為2895Nm³／t，說(shuō)明噸氨新鮮氣耗低，壓力只有23～24MPa時(shí)，放空量很少，也說(shuō)明催化劑活性好。

    (4)催化劑熱穩(wěn)定性的評(píng)述

    該爐催化劑白2005年6月投運(yùn)至今，已歷時(shí)近1年零4個(gè)多月，其催化劑床層熱點(diǎn)仍維持在460～470℃的范圍內(nèi)，低溫活性表現(xiàn)仍然處于良好狀態(tài)。有臨時(shí)停車后再開(kāi)車熱點(diǎn)在300℃左右，也不需要保壓升溫，即可啟電爐，邊提壓邊提電爐功率升溫，很快就可以恢復(fù)正常生產(chǎn)。在此過(guò)程中，熱點(diǎn)達(dá)360～370℃，就要大幅度降低電爐功率，否則就有超溫的現(xiàn)象發(fā)生。從上述催化劑正常運(yùn)行參數(shù)表中也可看出來(lái)，催化劑已使用近1年零4個(gè)多月，塔的生產(chǎn)負(fù)荷已接近80%～90%，其塔壓差為0.4～0.45MPa的范圍內(nèi)。可以說(shuō)明該爐催化劑的熱穩(wěn)定性還是比較理想的。

    當(dāng)然，催化劑的熱穩(wěn)定性還足需要長(zhǎng)時(shí)間的觀察，特別是大型合成氨裝置催化劑的服役時(shí)間大都較長(zhǎng)，這就給操作管理提出了更高的要求，對(duì)催化劑也是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

    綜觀前述，XA201型催化劑在國(guó)產(chǎn)大型裝置上的應(yīng)用效果是比較理想的。無(wú)論從一定負(fù)荷情況下對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)壓力，噸氨循環(huán)量，空速等重要參數(shù)，還是催化劑的熱穩(wěn)定性方面，都顯示出了良好的狀態(tài)。

    XA201型催化劑是在A201基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種催化劑，其鈷含量較高，并加有稀土元素，小顆粒配ⅢJD2000氨合成塔使用1年零4個(gè)月，產(chǎn)量480～500 t／d、新鮮氣耗為2800～2900 Nm3／t情況下，其運(yùn)行工況為系統(tǒng)壓力為23MPa左右，甲烷含量19%～20%，系統(tǒng)阻力1.1MPa左右，塔阻力0.4～0.49MPa，熱點(diǎn)460～470℃，位置仍在第一段內(nèi)，運(yùn)行工況良好，說(shuō)明XA201催化劑活性高，阻力小，熱穩(wěn)定好，與ⅢJD2000配合，形成優(yōu)勢(shì)配對(duì)。