合成氨催化劑活性降低原因的處理

杜發亮

摘 要：預防催化劑活性降低，是合成氨工業生產中重點研究的內容，也是實踐的重要課題。隨著我國合成氨生產技術的發展和工藝的進步，合成氨生產中催化劑活性降低或永久失活的問題逐漸減少，但為確保合成氨系統的高效運行，在合成氨生產中仍然要做好合成氨催化劑失活的防范措施，下文先以合成氨中應用較廣泛的鐵基催化劑為例，介紹了其失活的原因及措施，然后以某化工廠氨合成為例，介紹了該廠實際生產中氨合成催化劑失活的原因及措施，希望可以幫助相關人員解決實際生產中的問題。

關鍵詞：合成氨；活性；降低；催化劑；原因

氨是重要的化工原料，其腐蝕性和揮發性均較強。但是隨著我國現代農業和工業的發展，我國對液氨的需求量逐漸增多，使得液氨生產企業不斷擴大產能，合成氨生產技術也得到顯著進步和提高。由于氨合成催化劑活性的高低對合成氨的速率及質量有直接影響，在該種生產和需求現狀下，如何確保氨合成過程中催化劑的活性，是企業和研究人員需要認真思考的問題。

一、合成氨的主要方法分析

（一）中壓法。中壓法合成氨過程中，建議壓力控制在20-60MPa，反應溫度控制在450-550℃。利用中壓法合成氨的過程中，由于合成壓力較低，所以從生產效率和投資成本回報上加以考慮的話，應用該方法比較劃算，在工業合成氨生產中的應用也相對廣泛。

（二）低壓法和其他方法。低壓法是指操作壓力在10MPa左右的合成氨生產方法，在低壓法中要求反應溫度控制在400-450℃。在低壓法中想要提高催化劑的使用壽命，需要提高原料氣的制備純度和精度，而且低壓法合成氨純度難以控制，生產效率低，其在工業生產中的應用不多。

二、合成氨催化劑活性降低的原因

下面以我國合成氨中應用較廣泛的鐵基催化劑為例進行說明：

（一）合成氨鐵基催化劑活性降低的原因。工業合成氨生產中所應用的鐵基催化劑，其有著比較高的催化活性。加之其反應溫度和壓強較大，因而在工業生產中極易中毒失去活性。在合成氣體的過程中，會存在氯、磷、硫等化合物和單質，假如這些雜質若不除去會使后續氨合成催化劑中毒而失去活性，而且氯、硫、磷、氧等單質對催化劑失去活性的影響是永久性的、不可逆的，但化合物引起的中毒卻可以通過技術處理恢復。

（二）合成氨催化劑活性降低的處理。假如合成氨催化劑出現永久性中毒的情況，此時需要更換催化劑，在更換催化劑時要保證填料操作工序的正確性及嚴密性。那么對于沒有永久失去活性的合成氨催化劑來說，可以采取措施進行活性恢復，帶恢復后重新使用。在合成氨工業生產中，最常見的就是化合物毒性物質造成的催化劑活性降低。通常情況下，CO和CO2來源于不合格的合成氣，是甲烷氣體生產中遺留產生的。

導致這種現象的原因包括甲烷爐故障、操作失誤等，需要做好設備維護和生產管理。水則來源比較多樣，造成催化劑中毒的H2O來源主要有兩方面：一是新鮮合成氣中水分超標，這是由于壓縮機段冷凝水不能有效排凈導致；二是廢熱鍋爐和水冷器泄露，泄露主要發生在開車或停車間。想要避免水對催化劑活性的影響，就一定要嚴格日常生產操作規范，并做好設備運行參數控制。

三、某化工廠合成氨催化劑活性降低的原因及處理措施

（一）合成氨催化劑活性降低的原因。某化工廠于2016年4月5日4時52分焦爐煤氣提氫系統加量，4時57分焦爐煤氣量增加至37388Nm3/h。5時合成塔一段催化劑熱點溫度下降，二、三段溫度上升。5時40分合成反應較差，氨合成系統的壓力持續升高，而床層溫度整體呈下降趨勢，產品總量也在下降，表面上分析以為是氣體成分不合格造成的，此時的系統最高壓差為0.88MPa，說明上段催化劑的反應活性已經下降，對裝置的平穩運行帶來了較大影響，催化劑中毒前、后氨合成系統運行比較如表1。

該化工廠當前的氨合成塔運行不到兩年，所以將因催化劑老化引起催化活性降低的因素排除，經在線查看與分析補充氣的組分得出，引起催化劑活性降低的原因如下：甲醇氣柜來的焦爐煤氣質量差、含水多，且煤氣中萘含量高，造成螺桿機進口水封處積水而抽負壓，螺桿機出現短時切氣，脫硫、脫氧出口壓力瞬間由1.5MPa突然降至1.0MPa，此時因為甲醇馳放氣管道通過臨時管道與脫硫、脫氧系統相連，壓力相對較高的甲醇池放氣串入脫硫、脫氧系統，導致短時間內CO的體積分數由4×10-6升至50×10-6，導致了催化劑輕微中毒。

（二）針對該廠催化劑失活的處理措施。一，拆除甲醇馳放氣管道與脫硫、脫氧系統相連的臨時管，并在脫硫、脫氧系統端閥門處加盲板；二，為保證催化劑床層溫度，打開合成系統近路閥，減少循環量，減小空速。將催化劑熱點溫度工藝指標由470±5℃提高至475±5℃，適度還原。循環氫的體積分數由原來的67%-70%提至75%，當合成塔各段床層溫度從入口到出口開始上升時，說明中毒催化劑活性在逐步恢復，此時氨合成速率在逐步提升，裝置整體運行正趨于平穩。

參考文獻：

[1]談薇.甲烷氮氣常壓合成氨催化劑的制備及性能研究[D].西北大學，2016.endprint