A 301 型催化劑是一種優良的寬溫區低溫低 壓氨合成催化劑, 自1991 年8 月投入工業應用以 來, 已累計有萬余噸產品在全國300 余家大、中、 小氮肥廠投用, 受到用戶的普遍好評, 取得了滿 意的使用效果。產品榮獲國家發明二等獎, 被中 國專利局和世界知識產權組織共同授予中國發明 專利金獎。產品經瑞士卡薩利公司性能檢測, 其 綜合性能至少比國際商業催化劑性能提高10% , 綜合噸氨節能188347. 5 kJ。2001 年出口俄羅斯, 應用于450 kt / a 大型合成氨裝置上。1995 年, 首 次應用于陜西興化股份公司1000 mm 軸徑向合 成塔上, 取得了滿意的使用效果, 平均日產合成 氨311. 3 t , 最高日產達323 t。其后, A301 型催 化劑在軸徑向合成塔上得到了廣泛應用, 并都取 得了滿意的效果, 1200 mm 矮塔最高日產370 t , 1200 mm 標塔最高日產450 t。現把A301 型催 化劑在軸徑向合成塔上的應用總結如下, 以便用 戶更好地使用。
1 軸徑向氨合成塔配A 301 型催化劑的技術特點
1. 1 能充分發揮A301 型催化劑的低溫活性 可在較低的零米溫度下操作。初期操作零米 溫度可控制在350～360 ℃之間, 一層熱點控制在 460±5 ℃, 可獲得100～110 ℃溫升。徑向層初期 熱點可控制在440±5 ℃操作, 以充分發揮A301 型催化劑的低溫活性, 獲得較高的氨凈值, 使合 成塔的溫度分布接近最適溫度線。同時可延長催 化劑的使用壽命。
1. 2 能充分發揮A301 型催化劑的低壓活性 隨著合成塔設計大型化, 操作壓力正由高壓 向中、低壓方向發展, 一般都在22. 0～25. 0 MPa, 催化劑低壓活性的好壞直接關系到節能的效果。 因氨合成反應的最適溫度曲線隨著操作壓力的降 低而下降, 故要在較低壓力下獲得較高的氨凈值, 必須在低溫下操作, 催化劑必須具有低溫低壓高 活性。如果用傳統催化劑勢必影響出口氨濃度, 在 同樣壓力、同等負荷條件下就要增加循環量, 增 加冰機負荷, 即使提高操作溫度, 節能效果也不 明顯, 且操作溫度的提高會影響催化劑的使用壽 命, 提高操作壓力又達不到節能效果。因A301 型 催化劑低壓活性好, 在較低壓力下能獲得較高的 氨凈值, 節能效果十分顯著。
1. 3 比表面積大, 阻力小 A301 型催化劑經過特殊強化磨角, 堆密度 增加, 可充分利用有限的高壓空間。因氨合成反 應是氣固相反應, A301 型催化劑比表面積為 13. 4 m2/ g , 故增加了反應表面積。軸向層選用 3. 3～4. 7 mm、4. 7～6. 7 mm 規格的催化劑, 外 觀圓滑, 近似球形, 故可以降低合成塔運行阻力, 同時改善氣流分布。徑向層采用2. 2～3. 3 mm 規 格的小顆粒催化劑, 片狀顆粒少, 可充分利用小 顆粒催化劑活性比大顆粒好的特點, 以獲得較高 的氨凈值。1200 mm 塔日產合成氨350 t , 合成 塔阻力< 0. 4 MPa。
1. 4 還原時間短, 費用低 因A301 型催化劑具有特易還原、還原溫度 低、出水快、理論出水量少、還原期間產氨早等 特點, 可大大縮短還原時間, 還可邊還原邊產氨, 大大節省了開車費用。
2 A301 型催化劑在軸徑向合成塔上的工業應用
2. 1 使用熱點溫度低, 空速大, 生產強度大 安徽臨泉化工公司1200 mm 矮塔, 三軸一 徑內件, 催化劑容積9 m3 , 1998 年11 月投運至今, 初期零米溫度360±5 ℃, 熱點溫度460±5 ℃, 5 年里平均日產合成氨350 t , 最高日產合成 氨367 t , 年產合成氨120 kt。現熱點溫度仍控制 在485±5 ℃操作, 累計生產合成氨50 余萬噸。 1200 mm 新系統2002 年10 月投運, 現日產合成 氨360 t , 進塔壓力25. 6 MPa, 零米溫度360±5 ℃, 熱點溫度460±5 ℃, 按目前運行狀況估計, 日產合成氨450 t , 系統壓力不會超過30 MPa。 A301 型催化劑在該公司軸徑向塔上的使用效果 與陜西興化股份公司1500 mm 軸徑向塔配鄭大 HA310 催化劑使用效果相當, 具體情況見表1。 江西宜興化肥廠1200 mm 一軸二徑合成塔 亦采用A301 型催化劑, 2002 年5 月投運, 投運 后因負荷較輕, 日產合成氨在280～300 t , 操作一 層熱點為465～470 ℃, 二徑向層熱點控制在440 ～450 ℃, 徑向層除出口二點外, 其余各點都控制 在400～410 ℃。 陜西興化股份公司1000 mm 合成塔, 二軸 一徑內件, 1995 年10 月開始使用A301 型催化 劑, 1996 年4 月經中國氮肥工業協會大中氮分會 組織的現場連續72 h 測定, 平均日產合成氨 311. 3 t , 最高日產合成氨323. 23 t。與前一爐使 用的鐵鈷催化劑相比, 氨產量增加了14. 77% ( 見 表2) 。
2. 2 起始活性溫度低, 停車時間短 床層溫度在260 ℃以上, 可以不用電爐把溫 度提至正常操作溫度。如陜西興化股份公司2000 年9 月在床層溫度< 300 ℃而電爐又無法開啟的 情況下, 通過精心操作把床層溫度提至正常操作 溫度。
2. 3 耐熱性好, 催化劑使用壽命長 A301 型催化劑不僅在低溫下具有高活性, 而且具有良好的耐熱性, 催化劑使用壽命長, 在 工業應用中表現為可在較高的溫度下( 480 ℃以 上) 長時間運行。如陜西興化股份公司第一爐 1000 mm 塔, 1995 年10 月投運, 因氨冷溫度高, 進塔氨濃度在4. 0% 左右, 故一開始熱點就控制 在485±5 ℃, 連續運行3 年半, 正常生產負荷≥ 240 t / d。 A301 型催化劑在軸徑向塔上應用時間一般 為3 年以上, 如山東郯化集團化肥廠1000 mm 二軸一徑塔, 1997 年1 月使用至2003 年3 月, 累 計生產合成氨近500 kt , 催化劑單耗< 45 g ; 安徽 臨泉化工公司1200 mm 矮塔, 1998 年11 月應用 至今, 日產合成氨350 t , 累計生成合成氨50 余萬 噸, 催化劑單耗< 60 g。
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A301型低溫低壓氨合成催化劑配軸徑向合成塔應用總結