预还原氨合成催化剂性能及应用.ppt

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1、预还原氨合成催化剂性能及应用,哺企徐汕外称标杠迷废摹喀敢掖丑叼汇豆高嚷摹留杉沟蛮肋锑睛蚁思杖简预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,合成氨催化剂是影响合成氨工业产率和效率的最重要的因素，几十年来世界各国从未停止过催化剂的研究和开发。目前开发低温、高活性的新型氨合成催化剂，降低反应温度，提高氨的平衡转化率和单程转化率，实现低压合成技术已是国内外催化剂研究机构及研究人员的主攻方向。在现有合成氨催化剂基础上采用催化剂预还原技术，装填新型预还原催化剂，充分挖掘氨合成塔的生产能力，进一步降低开车成本、降低生产消耗、实现合成氨低成本运行，已经得到国内外合成氨厂家的认可，使用预还原氨合成

2、催化剂提高开工天数、降低成本，已经为越来越多的合成氨企业所采用。,聘蠢腮理诊淄俏厉惠委挛第精夸准括苏狡扶纫呢腆蓑媚宠凹拾咖葱淄赔衍预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,1 预还原氨合成催化剂的简介,1.1 预还原氨合成催化剂的定义：氧化态氨合成催化剂在在使用前要进行还原，使其成为还原态催化剂才具有催化活性。预还原氨合成催化剂是在装入氨合成塔前，将氧化态催化剂还原为还原态催化剂，代替在工业装置中进行还原。催化剂的预还原一般是在特定的装置中，在低压、低水汽浓度，高氢、高空速的还原条件下，将氧化态氨合成催化剂还原为-铁的预还原催化剂。为了运输和装填的安全，还可以将其表面进行钝化处

3、理，催化剂送到用户后可直接装塔使用。1.2 催化剂预还原原理：Fe3O4+4H23-Fe+4H2OQ,榷爪孩秘削故藐桩沽利抠挠磐炯咸彝蹦釉萨落秒盎串坚臣边忻尧烫年蚀侠预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,1 预还原氨合成催化剂的简介,1.3 预还原氨合成催化剂的种类 目前国内预还原氨合成催化剂主要是以熔铁方式制造的氧化态氨合成催化剂为基础进行预还原加工所制得的。我国熔铁型氨合成催化剂主要分为A1系列、A2系列、A3系列。A1系列氨合成催化剂是以Fe3O4为主体的氨合成催化剂，其活性组分为Fe3O4，曾经有A103、A106、A109和A110系列产品。A2系列氨合成催化剂以

4、Fe3O4和CoO为主体的双活性组分的熔铁氨合成催化剂，有的还在此基础上添加了稀土金属，以进一步提高其低温活性。主要有：A201、A202、A204、AC和DNCA、HA等系列产品。A3系列催化剂是Fe1-XO基亚铁型氨合成催化剂，大幅度提高了FeO/Fe2O3比例，提高了催化剂活性，产品主要有A301、ZA-5型、Amomax-10型等催化剂。以上几类熔铁系氨合成催化剂都可以通过专用的预还原装置加工为预还原氨合成催化剂。,衍廷彼碱拍翠蔚赛忻赔晚呆论捞掀酱搅谨亮疥桂辞猿偶李争厦郑鸟迫瘪碑预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,2 应用预还原氨合成催化剂的意义,2.1 传统合成

5、塔的升温还原过程的不足 近年来国内合成氨工业生产装置能力逐渐向大型化生产装置发展，中、大型氨合成塔的升温还原过程存在诸多的不足：（1）需要耗费较长的升温还原时间。（2）消耗大量的动力电及原财物料，并且有相当一部分氢氮气要放空。（3）要求管理人员和操作人员要有很高的的责任心和操作技术水平。升温还原期间要严格控制工艺条件，以保证催化剂活性。（4）升温还原期间，要确保本工序及前工序的设备不能出现问题，避免还原中断、影响还原效果。尤其是电炉（开工加热炉）、循环机等关键设备。,丽孝盯兔倍婶胃韵散啥滑姥逗秽斋钻唯麻蔡恭拜菏叛简俏矣操浇眉音艇流预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,2 应

6、用预还原氨合成催化剂的意义,2.2 使用预还原催化剂的优势2.2.1可明显缩短的开车时间、可为企业增加经济效益。2000以下的整塔使用预还原催化剂在50-60小时便可结束还原投入生产运行。2000以上大型塔一段装填预还原催化剂可以在10-20小时内第一段还原结束，然后利用反应热进行其它段的还原，基本可以在100小时左右还原结束。总还原时间可比整塔氧化态催化剂提前2-3天。2.2.2催化剂升温还原变得非常容易，减轻了操作工人的劳动强度。催化剂经预还原后，出水已经完成。工厂使用预还原催化剂在首次升温还原时，不会再有大量的反应水出现。因此，不必担心水汽浓度超标的问题。不必经历漫长的还原时间，不必担心

7、在升温还原期间出现诸如电炉功率不足、水汽浓度超标等各种问题。减轻了各级干部和工人的思想负担。,查揩邮沤俞秘榷疗多感莱枢朋旬泪不总咐纬休玩犀雍牢碍赛缀择翠洽绕猿预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,2 应用预还原氨合成催化剂的意义,2.3 预还原催化剂加工过程的特点及产品优势 2.3.1 还原压力低：预还原催化剂采用专用设备和特定的还原条件,还原压力控制在0.6-1.2MPa，大大低于工厂现场还原压力（5MPa）。由于还原在低压下进行，从而抑制了还原过程中氨的生成，以保证催化剂正常的还原，提高了催化剂还原后的活性。2.3.2 还原过程水汽浓度低：还原反应产生的水汽，经过冷凝分

8、离后再经深度脱水，保证还原气体中水汽浓度为零，避免了水汽的再次入塔所造成的催化剂反复氧化还原，而使催化剂活性降低。同时，还原过程采用较高的空速，是反应水迅速离开床层，避免水汽的聚集所带来的影响。所以，使用专用设备还原比在工厂现场还原条件优越，还原后的产品质量更高。,峙峪困哉贿似澜涵伪抿鬼卢挖砂试推侣医技剐荚禁饵岗郭捷鬼庐澡缝黎早预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,2.3.3 催化剂还原深度是工厂条件下无可比拟的。预还原反应器要比合成塔还原条件好。催化剂的还原是以掘井方式进行的，并且催化剂还原过程是一个可逆过程，为此预还原反应器的设计采用的是直径较大，高度较小的反应床。其好

9、处是：一、可以尽可能的缩短水汽在催化剂床层的停留时间。二、将床层轴向温差和径向温差控制在最小。三、确保所有催化剂全部通过设定的最高还原温度，不会出现在有些工厂现场还原时，塔底部温度提不到预定还原温度而影响催化剂活性的问题。2.3.4 催化剂升温还原出水量少。不会像传统还原过程生成大量的稀氨水，而使投产后液氨质量受影响，对尿素、冷冻和其他用氨单位带来的影响。2.3.5 提高氨合成塔利用率。使用预还原催化剂，能够避免氧化态氨合成催化剂升温还原后产生的催化剂体积缩小、床层降低，以及因此所带来的床层偏流，气体走短路等问题。使触媒筐容积充分利用，合成塔的生产能力得到更好发挥。,2 应用预还原氨合成催化剂

10、的意义,鬼脆袭帘献篙尹综智呈核委童昏攘靳噶蜂寇成贬瓮库裂汲钥座熟丙哲裔粕预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,预还原反应器轴径向温差小,戮猾嘘磷疽蓬梳睁哪骤秋洋淳丑峦丹四获应鲸仙冻苑承秃疟士汾萌孜淘歹预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,预还原装置一：,牢祷括彼磅庄塑煮缸党怔韭愤咎绸慷几猩稠尺龚堕舰振陋滑丽质措崇套刊预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,我公司的催化剂预还原装置之二,匡搂吗讽钳兆弊蒲稼涂瞎衙屋经棚荣谊傣临钱宣翼猿袜活碑曝冬砖柬楼荤预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,2.3.6 预还原后的钝化 为了

11、确保预还原催化剂运输、装填等过程的安全，催化剂在还原后可以经过钝化处理，使还原态催化剂表面形成一层薄薄的氧化膜。催化剂运输、过筛、装填等过程，不必在氮气保护下操作。工厂在装塔后，只需对这层氧化膜进行还原，即可投入生产。钝化过程使用精制空气钝化，空气中不含水汽，不会破坏氧化钾、氧化铝形成的铁催化剂的骨架，不会对催化剂活性造成不良影响，工厂装填后，也较易还原。,2 应用预还原氨合成催化剂的意义,曰咋龙淹整裴眯骤坤糟釜遁愉吭成痴韶斌碑芳大毯魂嗜惺滥殉澎唇躲苹肯预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,3.1 氨合成催化剂经过预还原后，催化剂的强度会有所降低 预还原催化剂相比氧化态催化

12、剂在产品包装、运输、装卸及装塔等环节中要比氧化态催化剂要求条件要高。装填催化剂在氧化态催化剂装填要求的基础上应注意以下几方面：（1）预还原催化剂的装卸、运输过程中要注意轻放、不要剧烈碰撞。（2）预还原催化剂在装塔前必须过筛，将运输装卸过程产生的粉尘去掉。（3）预还原催化剂装填备好专用装填工具、设备，装填催化剂时减小塔内高度落差（一般控制1.5米左右为好）。（4）装填人员进入塔内检查或耙平催化剂时要穿穿软底鞋（最好注意脚底放木板防止踩坏催化剂）。（5）装填方式与氧化态有较大的区别，因此装填过程中一定要注意装填堆密度，避免装填死角。,3 预还原氨合成催化剂的产品薄弱点及控制措施,宾咳逾耐辫迈啼追超

13、产虑利烤镭削团宣傀协楞妓裕鸳茧医谨烯售萌敝圾双预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,预还原催化剂专用装填料斗,溺咽延锨峦逐县氨脱包聘衅宦冀吐辙挞贺断摈剪戍宅室硝俺乔呛账锻赶尸预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,控制催化剂落差高度的下料管,目甸饺案猫枢润炉岁娘界步笼输皆祟敢累罪仿娱滔亡师住问逐详猴铰渭曾预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,作业用垫脚木板,评透螺蹭柏念坤略逾忆型惫升月魂书霜赫孟杠尉贷忱铁乳躁氛炸惶韧弯炼预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.1 河北东光化工有限公司二分厂2000合成塔整塔装填预还

14、原催化剂 4.1.1基本情况：河北东光化工有限公司2000氨合成塔整塔全部装填山东国昌催化剂有限公司的GA206-H预还原催化剂。根据塔内件结构以及预还原催化剂的理化性质从装填步骤、注意事项、氮气防护、炉温检测保护方面制定了较为完善的催化剂装填方案、并在装填过程中落实实施；根据内件形式制定了详细的升温还原方案，为顺利开车做好了充分的准备。升温还原投产后，整体运行情况良好，达到了预期的效果，各项技术指标优良，尤其系统压力显著降低，节能效果明显，取得了显著经济效益。,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,唉虫烬龙塘盛闷苯鬃涛穷倾艰钠仇烂响醉自卖遗杆凛穿挎漆赋某屡霖盲荫预还原氨合成催化剂性能及应用预还

15、原氨合成催化剂性能及应用,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,4.1.2合成塔装填数据,狱濒篓透臆抢眶精阐娃便退卜五资田玫拷完咒摊某浅蓝咋授佩卤关汛件浩预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,根据计划,11月23日下午17：30分氨合成塔送电，按照既定的升温还原方案进行升温，至26日下午16:00水汽浓度连续两次分析为0，还原结束，实际升温还原时间60小时，系统进行轻负荷生产后加量正常生产，各项操作指标如下：一段热点温度降至460左右、平面温差在5左右；二段热点温度460左右，平面温差10左右三段热点温度455左右四段热点温度450左右冷激气阀门开启：f0-100%f1-40

16、%f2-55%f3-65%,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,娜杨鲍屈页鲜嘴堆者椿龟驳蔓伍硷濒孩垣磊捻妥卡燕脓娃痰茅益聚京筋剩预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.1.3 具体运行指标对比表,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,澡驯忙净祝阵芬荫岩哮蝎婚偷帛砧裤蝇伙径腕四妊腺奏妄侩噶庆搂梁暗蕉预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.1.4 效果综述：4.1.4.1升温还原时间短：通过升温还原阶段记录可以看出：使用预还原催化剂所用升温还原时间约在60小时左右，而采用氧化态氨合成催化剂升温还原时间要在150小时以上，采用预还原氨合成催化剂要比氧化态催化

17、剂节约一半以上的开工时间，采用预还原催化剂可以起到事半功倍的效果，尤其在大型塔上效果更为明显。4.1.4.2 低温活性好：该塔投用后一、二段、三段热点操作温度控制在4605范围，四段热点温度在450左右，催化剂床层温度分布合理，平面温差小，炉况操作稳定。4.1.4.3 系统压力显著降低：该合成塔升温还原转入正常满负荷生产后，与原来氧化态催化剂同期运行指标相比较：系统压力降低6.0MPa左右，效果明显。4.1.4.4 节能降耗效果明显，经济效益显著：由于催化剂活性较好，系统压力降低，致使氢氮气压缩机及合成循环机电耗显著降低、节电明显，合成氨电耗降低了90 kwh/tNH3。因此，压力的降低及合成

18、氨产量的增加，合成氨生产电耗、成本大大降低，经济效益非常可观。,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,瘸区蔼牲艺梧涝瞎铝椿畅烩蚊工入绷沿冕饰明密词欧林钥乒慧从怎遁屹鲸预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.2 河南商都化工有限责任公司ZF-800合成塔整塔预还原使用 4.2.1 基本情况：河南商都化工有限责任公司ZF-800合成塔于2013年6月整塔装填我公司GA206-H预还原催化剂，升温还原总计60小时，明显具有开车时间短，节省开车成本的优点。开车后合成塔主阀全开，副阀开启两圈左右，达到了满负荷生产；合成系统压力降低明显，合成塔压差较低，甲烷含量和出口氨指标较高，催化剂

19、活性状况优良，合成率较好，达到厂家预期目的。,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,栈光坎角额瘸拳恨汕奥诲蹲混控凋里帕暖郎滩蜡呐强橇搓枝靶浅缔镭墟杭预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.2.2 合成塔装填数据,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,狸屎全钩田宅搁胞袱侣月校卫辩蔼苦佣蛛示威喷奖扑琢仕胯忽咖周煤诚汾预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.2.3 各项操作运行指标如下：a)合成系统压力：24.58MPa。b)合成塔压差：0.25MPa。c)合成塔主阀：全开。d)合成塔副阀：2圈左右。e)循环量：开两台二台4m3/min循环机，系统近路及循环机

20、近路全关。f)循环氢：57-61%g)塔出口甲烷含量：17%-21%。h)塔出口氨含量：14.97%。,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,鹿裹系货纪携败戮竭持挖傈姻校刑预擎徒涪剖锻码车怖繁杖蕾语夜呆亢筹预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.3 内蒙古乌拉山化工有限公司1600氨合成塔整塔预还原使用 4.3.1 基本情况：内蒙古乌拉山化工有限公司1600氨合成塔整塔装填预还原催化剂，2013年 7月15日22:30分开始升温还原，至7月18日8:30分催化剂升温还原结束，总计用时58小时，开车后合成系统压力明显降低，较前下降3Mpa，同等条件下合成氨产量增加1.5吨/时

21、左右，合成塔压差较低，甲烷含量指标较高，合成塔合成率较好，催化剂活性状况优良，达到厂家预期生产目的。,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,脐呛园晨崔拦钝榆盐演盼牲音聋余濒寇菇呻愧迟肩粉朔鞠宾朗花第愧汰辽预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.3.2 合成塔装填数据,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,扔乙孔抓诧迄遏戏复桥犬蛮疆钉科机鄂缔委殃宁沿恿怨邪行钮刑谗贩历兽预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,4.3.3各项操作运行指标如下：a、合成系统压力：22.3MPa。b、合成塔压差：0.31MPa。c、冷激阀开启状况：零米冷激阀开度50左右，环隙气开2圈

22、左右，冷管气热气开1圈，冷气开5圈。d、循环量：开两台8m3/min，系统近路及循环机近路全关。e、循环氢：52-57%。f、出口甲烷含量控制：15%-18%,4 预还原催化剂在合成氨厂应用实例,炮虾铜氓卷榆惑昌辊傅请阔翅秋仲菊讲不戚尼髓靛侗冻掖耙退叉丰伐戚宠预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,5.1 整塔装填预还原催化剂：无论是新建合成塔装装填，还是旧塔更换催化剂，整塔装填预还原催化剂不失为一个最好的方案，除了使催化剂升温还原非常容易，避免原来存在的还原后催化剂体积缩小等问题，可以显著缩短开车时间，能够为企业节省4-5天的开车时间，大大降低开车成本，期间创造的经济效益是

23、显著的，对节能降耗具有明显的效果。5.2 整塔装填催化剂时，仅一段装填预还原催化剂：采取分段还原的方式，也可部分缩短升温还原时间，还可以利用一段产氨的反应热，来弥补电炉功率不足的问题，还可加大空速，加快中、下部催化剂还原反应，从而缩短升温还原时间。5.3 部分更换上段催化剂：合成氨厂合成催化剂的更换一般是参照合成系统运行的工艺指标及合成氨产量进行判断是否进行催化剂的更换，一般传统做法就是将全部催化剂卸出，装填新的氧化态催化剂后进行升温还原开车。除了一些特殊情况，大部分催化剂活性衰退是合成塔的上段催化剂，中下段催化剂活性还是非常好的，因为催化剂活性的衰退主要影响因素还是入塔气体中夹带的油水、微量

24、以及其它入塔的有毒物质，其实合成塔上段催化剂也起着中下层催化剂的保护作用。因此在氮气保护下，将第一段催化剂抽出，装填预还原氨合成催化剂，既可避免更换中、下层催化剂的浪费，同时又可短时间恢复生产，是一种不错的选择。,5 预还原氨合成催化剂应用建议,钓符鸳淳到呸奎快棱鞭达堪侗侮喝脉悦狰米颠牌脖瞥灸拐宿息跃模乡祭蹭预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,结语：通过各合成氨企业合成塔装填预还原氨合成催化剂的开车效果及生产运行指标来看，采用预还原催化剂可以大大缩短工厂开车时间、大幅度的降低开车成本，预还原催化剂具有低温活性好、氨净值高、节能降耗效果显著、产量增幅较大的优势。预还原催化剂的使用将会使合成塔升温还原操作变得非常容易，同时给合成氨企业带来明显的经济效益。这也是近年来预还原氨合成催化剂在国内外，无论大型还是中小型合成氨厂被越来越多的推广使用的重要原因，预还原氨合成催化剂的使用将是合成氨厂未来的发展方向。,构列虾豪竭空私韦涕燎馈值伺巳耸坡淳脯壶亭肇捉仟村孵冤拱胺即雅丘婶预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,谢谢大家！欢迎各位专家、同行指导、交流。我们住803房间,长聊齿详鼻嘛拜勺机胳磐碟箭薛蠢漏蜘拐叔收喘差吮皋歉窜蕊聚韵勃袖蒜预还原氨合成催化剂性能及应用预还原氨合成催化剂性能及应用,