氨合成催化剂中毒原因分析及应对措施

赵新菊 王帅 庞伟玲 李典袁

摘要：目前我国经济发展迅速，化工企业为我国发展做出了很大贡献。氨合成催化剂在化工生产中属于较为常见的合成剂，常在化肥生产厂使用专业合成氨装置进行生产，尽管我国化工行业已不断加强对于工业生产的要求，但在实际合成与生产过程中仍会存在部分待改进问题。文章主要对氨合成催化剂中毒原因分析及应对措施进行研究，文章先分析了氨合成催化剂中毒原因，后依据氨合成催化剂中毒原因对相应的解决措施和应对措施进行了具体探究。

关键词：氨合成催化剂;中毒原因;应对措施

引言

氨合成塔是合成氨装置的关键设备，生产中维护好氨合成催化剂是一件很重要的工作。一般氨合成催化剂的装填量在90t左右，在工况稳定的前提下可使用8～12a;而更换一次氨合成催化劑连同还原时间约需半个月，不仅影响装置产量，而且人力、物力、财力消耗很大。

氨合成塔自投产以来，发生过CO和CO₂中毒、水中毒等催化剂中毒现象，不仅造成床层无温升、系统压力高等，而且带来氨产量下降、消耗增加等不利影响。因此，据出现的各种现象及各工艺参数的变化情况，判断催化剂中毒的类型，找到催化剂中毒的原因并采取相应的应对措施，对确保装置的安全、平稳、经济运行非常重要。

1氨合成催化剂中毒原因分析

1.1暂时性中毒

如果进合成塔气中含有微量的CO、CO₂等含氧化合物，氨合成催化剂的活性会下降，而当含氧化合物被清除干净，纯净的氢氮气通过催化剂层时，催化剂的活性又得到恢复，这种情况属于催化剂的暂时性中毒。我厂发生的氨合成催化剂中毒，从现象来看属于暂时性中毒。虽说暂时性中毒和永久性中毒没有明显的界限，但如果毒物的含量高，则催化剂中毒越深，其活性恢复也越慢。

1.2永久性中毒诱发因素

该类型诱发因素出现的原因主要为，氨合成催化剂的合成塔中的气体掺杂磷硫氯砷等化合物，这些化合物会和具有活性的铁进行化学反应后形成稳定性较强的化合物，从而使得氨合成催化剂的活性受到影响降低。与暂时性诱发因素不同，该类型诱发因素氨合成催化剂的活性不能得到恢复，一旦出现该类型中毒，所使用催化剂必须经过更换后才可继续生产。

1.3催化剂衰老中毒诱发因素

给类型中毒诱发因素属于自然因素，化工生产所使用催化剂在经过长时间使用后，氨合成催化剂的活性会自然性降低和减退，该类型因素也属于不可逆转的因素，只能与永久性中毒诱发因素相同，对氨合成催化剂进行更换后继续生产。

2处置过程

2.1还原过程

（1）通过调整合压机出口放空阀控制入塔气体压力在8.0～8.5MPa，调整H2/N2在3.0～3.2，合成塔入口流量控制小于150000Nm³/h，缓慢增加开工加热炉负荷，催化剂按小于50℃/h速率升温。

（2）当催化剂温度上升至270℃后开始氨合成反应，控制床层升温速率小于30℃/h，当一床入口温度提高至410～440℃后恒温2～4小时，直到热点温度升至500～505℃，通过调整开工加热炉的负荷恒温2～4小时。

（3）当一床催化剂同一水平面温差小于5℃后，调整F1801负荷或开大HV8001控制热点温度，当一床入口温度回落到正常操作温度380℃时，热点温度在500～505℃稳定运行，一床还原结束。

（4）提高系统压力至8.5～9.0MPaG，合成塔入口流量控制在150000～200000Nm³/h，缓慢提高二床热点温度至470℃，恒温2～4小时。

（5）当二床催化剂同水平面温差≤5℃且二床热点温度开始上涨趋势时及时控制温度使二床热点温度降低至456～462℃，入口温度回落至390～397℃并且稳定运行，二床催化剂还原结束。

（6）通过TV18002调整控制三床热点温度在≤450℃，若二床还原结束后三床温度及温升未达到正常值时，提高二床出口温度以提高三床温度。

（7）当三床催化剂同水平面温差≤5℃后，三床出口温度达到450℃后恒温2～4小时，缓慢降低三床出口温度至438～445℃时入口温度回落至390～394℃之间并稳定运行时视为三床还原结束。

（8）三个床层温度均恢复至稳定运行状态后，缓慢加负荷运行，从合成塔出口分析水汽浓度≤200ppm，分析产品氨中的水含量接近正常值0.1+0.2%w/w时，还原操作结束。

（9）缓慢降低开工加热炉的负荷，按规程停止开工加热炉。

2.2暂时性中毒具体处置注意事项

在暂时性中毒具体处置中需要注意的内容包括以下方面：

（1）要保证合成塔的放空阀处于10%～20%的开度，使得合成塔的入口具有新鲜的成分气体，将催化剂的还原放在规定范围内。

（2）在氨合成催化剂的活性恢复后，生产氨过程要对氨分离器液位进行及时调整。

（3）处理过程的升温要对合成塔的进口和出口工艺水汽浓度进行及时分析，确保浓度值控制在规定范围内，一点出现水汽浓度过高情况要及时采取升温降速等操作。

（4）在还原操作过程中要将同一个平面的温度差值控制低于10℃，如有需求可进行恒温操作，防止局部出现高温反应。

（5）还原过程要使得床层的升温符合要求，不能对系统进行随意升压或者增加循环量，防止出现催化剂的床层温度反降的情况。

（6）在还原反应中对于压力的升高和降低要严格按照规定进行操作，当催化剂出现反应时要对升降温度的速度进行控制。

（7）还原过程要对氨水的含量进行控制，及时调整工艺的气体温度，避免出现结冰的情况。

（8）还原过程还要对工艺的气体流量进行控制，保证合成塔的壁面温度低于200℃。

3氨合成催化剂中毒的防范

（1）合成塔开、停车过程中，严格按开、停车方案进行，开工前加强123-C1/C2的排液（冷凝液）以及分子筛的充氮置换和排液。

（2）合成塔升温过程中消耗蒸汽最多，在合成气压缩机启动后，一定要将蒸汽备足，各项工艺参数也都要调整好，调整过程中须保证辅锅烟气、一段炉、脱硫槽、对流段盘管和各炉催化剂床层不超温。

（3）氨合成反应是放热、体积缩小的反应，合成塔升温过程中，当热点温度超过入口温度时就可以认为合成反应开始进行了，就应进行氨分离器（106-F）液位自调阀的复位，并打开氨分离器（106-F）前后截止阀。当然，升温之前應对现场流程及自调阀进行调校和对照，避免出现自调阀不动作的情况。

（4）合成塔升温过程中，要将弛放气排放阀打开，排放惰性气体，还要调整好合成气的氢氮比;温度升到430℃（热点温度）以后才开始进行加大循环量的操作，加大循环量的同时减少开工加热炉的燃气用量，并调整入合成塔的新鲜气量。

（5）若合成塔升温过程中发生催化剂中毒，要据有关现象及工艺参数的变化及时判断中毒的原因，处理过程中把握处理原则，确保不发生超压现象，并且现场人员开关任何阀门时要与控制室内人员沟通，以免引起误判，延误处理时间而使事态恶化。

结语

总结可得，氨合成催化剂中毒原因分析及应对措施研究具有较为重要的作用和意义。尽管我国化工行业已不断加强对于工业生产的要求，但在实际合成与生产过程中仍会存在氨合成催化剂中毒情况，通过对实际操作进行探究发现，氨合成催化剂中毒原因主要包括暂时性中毒诱发因素、永久性中毒诱发因素、催化剂衰老中毒诱发因素等。要做到对氨合成催化剂中毒采取合适的处理方式，就需要依据中毒原因及时采取适合措施，如针对暂时性中毒诱发因素要采取还原处理操作，针对永久性中毒诱发因素和催化剂衰老情况，要及时更换催化剂。

参考文献

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