Amomax－10／10H型氨合成催化劑運行總結

婁倫武，陳 偉，馮光蘋，廖 峰

（貴州金赤化工有限責任公司，貴州 桐梓 563200）

貴州金赤化工有限責任公司（簡稱金赤化工）年產300kt合成氨裝置以當地無煙煤為原料，采用瑞士卡薩利氨合成技術。氨合成塔采用3床層2層間換熱器軸徑向合成塔（合成塔工藝氣流向簡圖見圖1），使用遼寧盤錦南方化學遼河催化劑有限公司Amomax－10／10H型氨合成催化劑，催化劑總裝填體積為53m3，其中第1床層9m3，第2床層13m3，第3床層31m3。第1床層裝填預還原型（Amomax－10H）催化劑，第2、3床層裝填氧化型（Amomax－10）催化劑。

1 Amomax－10／10H型催化劑性能

Amomax－10／10H型氨合成催化劑由浙江工業大學開發，2001年實現工業化生產，2003年在遼河化肥廠首先應用。Amomax－10／10H型催化劑具有易還原、催化活性高、適用壓力與溫度區間寬、抗毒與耐熱性能優良、機械強度高、低溫低壓活性好、起活溫度低等特點。Amomax－10型催化劑外觀為黑色、帶光澤的不規則片狀顆粒，無磁性，產品粒度為φ1.5～φ3.0mm，全部采用磨角工藝，堆密度為3.0～3.2kg／L，Fe2O3＋ FeO 為91%～92%，FeO／Fe2O3為5～6。Amomax－10H 型 催 化 劑 堆 密 度 為 2.4 ～2.6kg／L，Fe含量≥84%，其他性質與 Amomax－10型相同。Amomax－10型催化劑的主要成分為氧化亞鐵，并含有適量氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣等助劑及微量物質；Amomax－10H型催化劑的活性成分是氧化亞鐵還原而得的活性α－Fe，其助劑與 Amomax－10型相同［1，2，3，4］。

圖1 合成塔工藝氣流向簡圖

Amomax－10H型催化劑主體相為活性、多孔缺位的α－Fe，助劑固熔在主體相中形成多孔多相合金，比表面積較大，其晶體結構為體心立方（BCC），鈍化膜厚度為10nm，鈍化膜主要由Fe2＋組成［5］。

Amomax－10型催化劑主體相為氧化亞鐵（Fe1－XO），其晶體結構為 NaCl型（FeO晶體結構示意見圖2），晶胞參數為0.4313nm，理論含氧量為22.27%，熔點為1370℃，比表面積為13.0m2／g，比孔容為0.070cm3／g，平均孔半徑為10.7nm［5］。

圖2 FeO晶體結構示意圖

2 Amomax－10／10H型催化劑的裝填

催化劑裝填由上海陽申石化設備安裝有限公司負責，采用密相裝填法。在合成塔頂部安裝催化劑料斗，在料斗底部出口安裝四根聚乙烯軟管，在每根軟管末端安裝專用的催化劑裝填噴灑頭（卡薩利專利），再將噴灑頭固定在轉盤上。將過篩后的催化劑送入料斗，按規定速度搖動轉盤，使催化劑均勻地噴灑入催化劑框內。為了保證裝填密度而又不至于損壞催化劑，催化劑自由下落的高度應控制在2m左右。密相裝填法不需振動，就能達到需要的裝填密度，有效提高了裝填速度和質量，而且避免了裝填過程中振蕩振動棒損壞催化劑框。表1為金赤化工催化劑裝填數據。

表1 Amomax－10／10H型催化劑裝填數據

3 Amomax－10／10H型催化劑升溫還原

Amomax－10／10H型氨合成催化劑的活性成分是α－Fe。由于Amomax－10的主要成分為氧化亞鐵，而Amomax－10H型催化劑在穩定化過程中吸收了相當于2%左右催化劑質量的氧，所以使用前需用氫氣對Amomax－10／10H型催化劑進行還原［3］。還原后得到微晶大小均勻，有活性的α－Fe＋α＋f多相多孔合金，α－Fe是純鐵，而α相是助劑在α－Fe中形成的固溶體，均為體心立方（BCC），f相是助劑在γ－Fe中形成的固溶體，為面心立方（FCC）［5］。

為了避免催化劑反復氧化還原，采用了分層還原的方法，即在第1床層催化劑進入還原主期時，控制第2、3床層的溫度在350℃以下；待第1床層催化劑還原基本結束，再提第2床層催化劑溫度，使其進入還原主期；待第2床層催化劑還原基本結束，再提第3床層催化劑溫度，使其進入還原主期［3］，表2為金赤化工催化劑升溫還原控制表。

催化劑還原期間，一共出現3次出水高峰期，第1次出水高峰期與第2次出水高峰期時間間隔約3h，第2次出水高峰期與第3次出水高峰期時間間隔約6h。第1次出水高峰期出現在第1床層的還原主期，持續約4h，平均水含量為5486×10－6，最大為7240×10－6，表3為第1次出水高峰期數據表。第2次出水高峰期出現在第2床層的還原主期，持續約8h，平均水含量為7109×10－6，最大為10880×10－6，表4為第2次出水高峰期數據表。第3次出水高峰期出現在第3床層的還原主期，持續約22h，平均水含量為8418×10－6，最大為12600×10－6，表5為第3次出水高峰期數據表。

從表3、表4、表5可以看出，Amomax－10／10H型氨合成催化劑出水快、集中，出水溫區窄，很難控制水汽濃度。在440℃以下出水基本完成，Amomax－10H出水高峰溫區在320～350℃，Amomax－10出水高峰溫區大約在410～430℃。根據 Amomax－10／10H 型催化劑的特點，出口水汽濃度不必刻意控制，要充分利用該催化劑還原速度快的特點，當發現出口水汽較高時，可以通過增加循環量來控制出口水汽濃度，但床層溫度不能低于出水高峰溫區下限。

表2 催化劑升溫還原控制表

表3 第1次出水高峰期數據表

表4 第2次出水高峰期數據表

4 Amomax－10／10H型催化劑運行效果

（1）Amomax－10／10H 型氨合成催化劑由于升溫還原時不受水汽濃度的影響，因此還原時間短，降低了還原費用。金赤化工催化劑升溫還原共耗時79h，期間受開工加熱爐熄火、合成氣CO含量超標、氣化爐熄火等因素的影響，致使升溫還原時間比預計的74h推遲了5h，如果扣除開工加熱爐熄火、合成氣CO含量超標、氣化爐熄火等耽誤的時間約15h，實際升溫還原大概在64h。

（2）Amomax－10H型氨合成催化劑升溫還原產氨早。第1床層入口溫度在298.4℃時，出口熱點溫度為305.4℃。出口熱點溫度首次高于入口溫度，并且出口各點溫升明顯加快，表明Amomax－10H起活，開始有氨合成反應。

（3）Amomax－10／10H 含氧量較少，升溫還原總出水量較少，減少了處理大量稀氨水的煩惱。金赤化工升溫還原時未單獨考慮排氨流程，直接將稀氨水排入液氨儲罐，升溫還原結束后，對液氨儲罐中的氨水進行了取樣分析，氨含量達91.2%，完全可以少量的與另一液氨儲罐高濃度的液氨混合，泵送至尿素車間生產尿素。

（4）100%負荷下，合成塔壓差設計值為0.29MPa，而實際壓差為0.19MPa；合成循環段壓差設計值為0.82MPa，而實際壓差為0.65MPa；合成塔入口壓力設計值為13.96MPa，而實際壓力為13.3MPa。由于合成塔壓差、循環段壓差、合成系統壓力均比設計值低，使得合成氣壓縮機蒸汽消耗明顯降低，節能降耗效果明顯。

表5 第3次出水高峰期數據表

（5）100%負荷下，氨凈值最高達到19.18%，長期穩定在18.7%以上，與模擬計算值18.82%十分吻合，比卡薩利設計值18.05%和催化劑廠家保證值18.05%都高。由于氨凈值提高，相同氨產量的情況下，循環氣量降低。100%負荷下，系統循環氣量設計值為366334m3／h，而實際值為310000m3／h左右。由于循環氣量降低，合成氣壓縮機和氨壓縮機功耗降低；由于氨凈值增加，氣氨的冷凝溫度升高，同樣可以降低氨壓縮機功耗。100%負荷下，合成氣壓縮機蒸汽耗量比設計值少3t／h，氨壓縮機蒸汽耗量比設計值少2.5t／h。

（6）Amomax－10／10H 型合成氨催化劑具有催化活性高、低溫低壓活性好、起活溫度低等特點。在合成塔熱態開車時，合成塔床層溫度不低于270℃，即可不啟用開工加熱爐而依靠氨合成反應熱來升溫，縮短了開車時間，減少了開車消耗，提高裝置的運行效率。

5 結 語

Amomax－10／10H型氨合成催化劑是一種環保新型節能催化劑，目前廣泛應用于托普索S－200型合成塔、卡薩利3床層內置換熱器軸徑向合成塔、4床層冷激式軸徑向合成塔、布朗合成塔和KBR臥式合成塔等塔型，市場占有率越來越高。使用Amomax－10／10H型氨合成催化劑，不僅可縮短還原時間，裝置運行過程中還能有效降低合成氣壓縮機和氨壓縮機壓縮功耗。由于合成塔氨凈值提高，循環氣量減小，在前系統允許的情況下，為裝置在更高負荷下運行創造了條件。

［1］肖彬，曹洪剛.Amomax－10／10H型氨合成催化劑在伍德合成塔的運行總結 ［J］.化肥設計，2010，49 （5）：40～41，45.

［2］楊強國，江利民.Amomax－10／10H型氨合成催化劑的應用總結 ［J］.大氮肥，2009，33 （2）：93～96.

［3］肖彬.Amomax－10／10H 型氨合成催化劑升溫還原總結［J］.中氮肥，2010，26 （5）：8～10.

［4］肖彬，曹洪剛，郝子健.Amomax－10／10H型氨合成催化劑在氨合成塔的應用 ［J］.石油化工設備，2010，39 （增刊1）：61～63.

［5］肖延令，肖帆.節能型Fe1－xO基氨合成催化劑技術特點及在大型氨廠的應用.2009.