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最新型氨合成优化剂在合成塔中运用探讨

发布时间:08-31  

1更换催化剂原因



中原大化公司氨合成塔催化剂自1990年投产以来已运行近20年,一直未曾更换,期间催化剂多次进水进油,氨净值已经下降,且床层热点温度严重不平衡,中间换热器恐出现问题,为保证合成装置安全高效运行,公司决定于2009年装置大修期间更换合成塔催化剂。



2Amomax-10/10H型催化剂性能



此次更换的合成氨催化剂为Amomax-10/10H型,其中Amomax-10H为预还原型,Amomax-10型为氧化型。Amomax-10/10H型合成氨催化剂具有易还原、催化活性高、适用压力与温度区间宽、抗毒与耐热性能优良、机械强度高、低温低压活性好、起活温度低等特点。由于Amomax-10H型比Amomax-10型的价格高出许多,综合考虑,采用Amomax-10型与Amomax-10H型配合使用,第1层装填预还原型,第2、第3层装填氧化型。Amomax-?10型催化剂外观为黑色、有光泽的不规则片状颗粒,无磁性,产品粒度为1.53.0mm,全部采用磨角工艺,堆密度为2.83.1kg/L.Amomax-10H型催化剂堆密度为2.22.5kg/L,其他性质与Amomax-10型相同。Amomax-10型催化剂的主要成分为氧化亚铁,并含有适量氧化铝、氧化钾、氧化钙等助剂及微量物质;Amomax-10H型催化剂的主要成分是由氧化亚铁还原而得的活性Fe,其助剂与Amomax-10型相同。



3旧催化剂卸出



中原大化氨合成塔为三床层径向合成塔,外筒内径3.2m,主体高21.097m,内筒外径3.09m,筒外壁绝热保温层厚25mm,筒内分布第1、第2、第3层催化剂和第1、第2热交换器及中心管。催化剂装在3层催化剂筐内,第1、第2、第3床层装填量分别为19m?3,31.7m?3和45.5m?3,合计96.2m?3。催化剂卸出采用真空抽吸技术,从2010年1月1日开始卸催化剂,至2010年1月6日结束,仅用了近6天时间,节省了催化剂钝化所需时间并节省了钝化所消耗能量。



4新催化剂装填



催化剂装填采用密相装填法。在塔顶安装铁架,接好胶管,利用催化剂的重力作用装填。在装填过程中,连续不断地用真空泵抽吸塔内粉尘,以降低塔内粉尘浓度。采用此种装填方法的高度差越大,则装填密度越大。氨合成塔催化剂装填数据。



5催化剂升温还原



本次Amomax-10/10H型催化剂的升温还原采用在线还原,即上游送出合格的合成气且合成回路置换合格后,启动合成气压缩机,利用合成气在线还原。2010年2月5日12:00启动开工加热炉,至2月7日16:00第3层催化剂出水结束,整个升温还原过程实际仅用50h.在操作过程中严格依照升温还原操作程序进行,确保了升温速率的平稳。产生的含氨还原水通过管道送至尿素装置回收。催化剂还原结束后装置低负荷运行5天,随后转入正常生产。



6运行效果



(1)升温还原时间短,降低了还原费用。



Amomax-10/10H型催化剂的升温还原仅用50h,比供货商提供的还原方案省时24h,创下Amomax?-10/10H型催化剂升温还原用时最少的记录,大幅降低了还原费用。



(2)合成塔压差减小,降低了合成气压缩机功耗。更换后的催化剂反应性能良好,合成塔压差降低约90kPa,合成气压缩机的转速下降,蒸汽消耗明显降低,达到了节能降耗的目的。新旧催化运行效果对比。



(3)氨净值增加,节约冰机功耗。使用新催化剂后,同等负荷下合成塔出塔气氨含量升高,氨净值增加,氨产量增加,达到了增产降耗的目的。并且由于氨净值增加,降低了循环段流量,减少了冰机的蒸汽消耗。



(4)起活温度低,恢复开车时间短,节约了开工时间。Amomax-10/10H型合成氨催化剂具有催化活性高、低温低压活性好、起活温度低等特点。



在合成塔热态开车时,合成塔床层温度不低于260(原催化剂不低于310),可不启用开工加热炉直接开车。开车时调整好氢氮比,合成气压缩机出口压力在7MPa以上,合成塔入口开0.1%,利用该催化剂起活温度低、低温低压活性好的特点,让少部分气体参加反应,释放出大量热量逐步提升床层温度。有明显温升时,入口阀逐步开大,慢慢将床层温度升至正常。实践证明,在合成塔床层温度270时,可以不启用开工加热炉而依靠氨合成反应来升温和恢复生产。此操作方法比同等条件下原催化剂须启用开工加热炉的做法减少了消耗,缩短了时间,提高了装置的运行效率。



7效益分析



(1)开车升温时间缩短,氨产量增加产生的效益。按每次开车升温时间平均比原催化剂缩短2h计算,若每小时产氨40,t则每次开车可多产氨80t.



由于氨净值的升高可使同等负荷下的氨产量增加,并且可以超负荷生产,经测算更换催化剂后每小时可多产氨约0.5t.



(2)合成气压缩机及冰机节约功耗。更换催化剂后,由于氨净值的增加,循环量的下降,合成气压缩机和冰机的负荷降低,蒸汽消耗降低。按日产1000t氨的工况推算,合成气压缩机可节约蒸汽5t/h,冰机可节约19h/t.



8结语



(1)使用Amomax-10/10H型合成氨催化剂,不仅可缩短还原时间,装置运行过程中还能有效降低合成气压缩机和冰机压缩功耗,提高了合成塔氨净值和氨产量,满足了装置高负荷生产要求。



(2)目前因废热锅炉换热面积不够,导致合成塔入口温度较高,另催化剂的使用尚处于磨合阶段,合成塔氨净值仍相对偏低。

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