氨合成升温还原方案

TA201-2/TA201-2-H氨合成催化剂装φ2400mm氨合成塔还原方案催化剂的还原质量关系到催化剂的性能，能否正常发挥。因此，事先应制定升温还原方案。本次选用TA201-2型铁钴系氨合成催化剂，采用分层还原方式还原，因此要严格控制好各层还原温度和各层还原温度的交叉配合。一、氨合成催化剂的升温还原氨合成催化剂以氧化铁为主要成份，未还原的催化剂不起催化作用，用氢气还原成α-Fe结晶才有催化活性。氨合成催化剂的升温还原过程中，催化剂的物理化学性质将发生重要变化，这些变化将对催化剂的催化性能起重要影响，因此还原过程中的操作条件控制十分重要。催化剂在还原过程中的主要化学反应可用下式表示：Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O△H0298=149.9J/mol还原产物铁是以分散很细的α-Fe晶粒（～200A0）的形式存在催化剂中，构成氨合成催化剂的活性中心。氨合成催化剂升温还原时理论出水量的计算催化剂还原操作的终点是以催化剂还原度来判断的。还原操作实践中还原度通常又是以累计出水量来间接量度。一般要求还原终点的累计出水量应达到理论出水量的95%以上。理论出水量计算公式：G==18/55.86×7%/（1+M）×（M+3/2）W式中：G-----理论出水量，Kg；M---铁比，Fe+2/Fe+3==Fe+2%/Fe+3%W---待还原催化剂总重量Kg；二、催化剂还原前的准备工作1、合成单元的气密试验工作已结束。2、各设备、调节阀、仪表元件等均处于良好状态。3、合成回路进行氮气置换合格，合成塔吹灰后，压缩机采用氮气进行系统循环，并清除过滤器中的催化剂灰。4、排氨水的临时管道配置结束，稀氨水接收装置具备接收氨水的条件。5、化验室具备分析还原水汽浓度和气体成分等条件6、开工加热电炉具备投入运行的条件。7、对所有连接处进行检查，确认无泄漏。8、检查g1、g2、g3、g4测温电偶各点长度是否正确，插入电偶套管后需留长度500mm，复查各仪表均正常，合成回路各仪表，特别是合成塔床层温度指示均应处于正常运行状态。9、检查合成塔壁气阀、热交主汽阀、零米冷激阀、第一床层出口冷激阀、1＃层换热气冷气阀、2＃层换热气冷气阀及塔底换热气冷气阀；应全部置于手动开启状态。10、用精制后的原料气预先充压至0.2MPa（表压），再通过开车补液氨管线向回路充液氨0.6-0.8MPa（表压），用精制后的新鲜气补压至5.0MPa，然后启动循环机，取样分析回路氨含量应在0.5-2.0%左右。（充气时要密切注意控制充氨速度和温度）。11、前部工序工况稳定，氨冷冻系统投入运行，一级氨冷和二级氨冷具备投用条件，液氨球罐具备受氨条件。12、废热锅炉E-1001供水、供气准备。废热锅炉煮炉，即开补蒸汽阀向锅炉补入1.2-2.5MPa蒸汽，当至正常液位后开启排污阀三、催化剂还原的基本要点1、为有效控制出水速率，整个还原过程采用轴向层和三段径向层分层还原法进行，通过冷激、层间冷却进行调节控制，每个催化剂床层还原分升温还原初期、还原主期和还原末期三个阶段完成，而对于整个合成塔来说，又是要分层还原，即上一层一般比下一层早一个阶段进行，当轴向层进入主期时，第一径向层进入初期，以此类推，全塔还原过程需时约164小时。2、采用“三高三低”还原原则，即高空速、高氢含量、高加热功率和低水汽浓度、低温度、低氨冷温度。高空速要求在电炉功率允许的范围内，尽可能加大循环量。循环氢含量应在75%以上，电路功率开始尽快加大，而水汽浓度一般为≤3000ppm（0.24g/Nm3），低温度要求在390-470℃之间，出水率达80%以上，低氨冷温度要求≤-15℃，回路压力要求在5-8MPa.。3、轴向层还原主期的要点是，首先把零米温度尽早提到480℃，把轴向层彻底还原，对于径向层的还原主期要充分利用还原好的轴向层的反应热（必要时应提高压力至8MPa、降低氢气含量），尽可能加大入塔气量，把大量还原水汽全部带出来。4、严防塔温大波动，防止水汽超指标，温度、流量、压力、开工炉四者，操作时只能每次动其一，切记二者以上并用。重点是保持压力的稳定。5、水汽浓度每半小时分析一次，应及时、准确报告工艺人员，起到指导还原进程的作用，以确保出水不超指标，使催化剂还原活性最高。出水量应及时排放、称量和记录，以掌握实际出水量和出水速度。6、通过调节电路功率和开工蒸汽流量来调整氨合成塔催化床零米温度。7、注意安全，遵照操作规程及开车指导人员指挥行事。四、催化剂的升温还原（一）、升温还原1、第一床轴向层为TA201-2-H型催化剂，二床、三床、四床为TA201-2氧化态催化剂，从常温升至350℃，用10小时，每小时30-40℃，合成回路的操作压力为5MPa左右。2、气量由压缩机和合成塔前的主阀、放空阀等控制。在满足升温还原的情况下，尽量提高空速。3、热负荷由开工加热电炉提供，应根据设计单位提出的对加热电炉安全气量的要求进行操作的条件下加大电路功率，提高床层温度。4、一层催化剂达到200℃，开始分析水汽浓度，每小时一次，严格控制出口气体中水汽浓度应小于1000ppm（v/v）。（二）、还原初期从350~400℃为催化剂还原初期1、当催化剂床层温度达到300℃左右，催化剂便进入还原初期。此时催化剂开始出水。当达到340℃以上，出水已十分明显。应加大水汽浓度分析频率，建议每半个小时分析一次。并每两个小时测定一次进口气体中水汽含量。入塔气体水汽浓度越低越好，最大不得超过0.2g/m3。2、从300℃逐渐升至360℃，控制升温速率为3-5℃/h，合成回路压力维持5-6Mpa左右。3、热点温度达到300℃左右后，已还原的催化剂将发生明显的氨合成反应，产生合成反应热。此时应注意床层的温度，防止温升过快。若发现温升过快，可加大循环气量。同时注意控制好塔出口的水汽浓度不得大于1.5g/m。4、氨水浓度达25~30%时，投用氨冷凝器。5、当分离器中有液位后，可通过排放阀排放低浓度的稀氨水排放到沟。并每小时对氨水浓度进行一次分析。氮水浓度达30%左右，停止排放，回收到贮罐。（三）、还原主期1、此阶段为大量出水期，温度为400~460℃。2、控制水汽浓度是本阶段操作的重点，是催化剂还原活性好坏的关键，而水汽浓度的平稳靠催化剂层温度的平稳，因此还原主期温度控制至关重要，温度波动应控制在2~3℃/h以内，其次压力的波动应控制在1.0~0.3MPa/h，方法是：调节和控制好压缩段补气阀和合成回路放空阀，做到提温不提压，提压不提温。3、若下层温度跟进过快，可适当开启冷激阀，层间冷却气阀，控制下层温度，实现分层、分阶段还原。开启冷激阀、层间冷却气阀时会分流一部分进中心管内电炉的气体，因此须谨慎行事（做到“宁慢勿快”！），并注意及时调整电炉功率或适当增加循环气量，防止进入电炉的气量低于安全气量。4、为控制此阶段的水汽浓度，特别是对后面三段径向层的还原阶段，应尽可能地加大循环气量，除了循环机调节外，可以通过逐步提高回路压力来实现，以每小时0.2MPa的速率将压力逐步提高到0.9MPa.5、如出现水汽浓度超过指标，此时应将升温或提压的速度放缓或暂停片刻（即恒温）6、可适当提高废热锅炉蒸汽压力以提高热交换器预热气体温度，减轻电炉负荷。7、此时冷交换器E-1004处应注意及时排水称重，并与水汽浓度分析对比。（四）、还原末期1、本阶段的温度为460~480℃，还原末期的主要目的是将催化剂提温至480℃，以使彻底还原，必要时允许个别热点接近500℃，此阶段需时约10小时，当最后一层径向层完成此阶段后，可降温至轻负荷。2、本阶段特别要注意第一轴向层上部催化剂的还原，温度要达到480℃，轴向温差要小于10℃，以期上下催化剂均彻底还原，为下层催化剂还原做好准备。3、当电加热炉功率达到额定值时，如需进一步提高出口温度，就要适当减少通过电加热炉的气量。4、为使下层温度提至480℃，此时应提高压力至9~12MPa，降低氢气含量，利用以还原好的第一轴向段的反应热。5、后期锅炉的温度不断升高，将产生蒸汽，向外输出，此时应打开锅炉蒸汽出口的总阀，关闭煮炉蒸汽管线的小法，使锅炉进入正常运行状态。6、全部还原过程结束的判断是：全部催化剂累计出水量达到理论出水量的90%以上。水汽浓度连续4小时低于0.2g/NM3五、轻负荷1、确认还原结束后，逐渐降低电炉功率，降低氢气含量至70%，将催化层零米温度逐渐降到360℃、热点温度降至480℃以下，开启冷激气阀、1＃、2＃层间换热器冷气阀，调节直至完全自热运行，关掉电加热炉。补气量以及压力应一点一点的提高，而每提高一次都要观察一段时间，使各个条件都稳定下来，最终压力提至15～18Mpa，转入轻负荷生产期。2、轻负荷期的目的是使催化剂结构稳定，摸索操作特性，掌握操作规律，调整各操作指标过渡到正常生产值，为正常生产做好准备，轻负荷一般运行2-3天。3、轻负荷操作指标暂定如下：压力：15～18MPa氢氮比：2.5～3.0二级氨冷出口温度：～-10℃催化剂床层温度（℃）轴向层470±5℃第一径向层450±5℃第二径向层440±5℃第三径向层420±5℃六、还原注意事项1、还原过程中，应适当提高氢气含量，要求循环气中氢气含量达78~80%。2、当一层催化剂合成氨反应较强，放出热量大时，应及时调节循环气量及适当关小开工加热电炉功率，当合成反应热已足够维持系统平衡的热量时，可以逐渐关小开工加热电炉。3、为了保证每层全部催化剂能够达到彻底还原，每层出口温度必须升至480℃左右，为了防止上层温度过高，因此可采用低压、大空速、高氢的条件进行作业，一方面制止上层的合成反应，减少反应热；另一方面使有更多的氢来促进下层的还原。4、在下层催化剂进入还原主期后，为了提高空速，可以适当提高压力，但要求不超过12Mpa。5、当氨浓度达95%以上，可根据本厂情况，把氨送入氨贮罐。6、升温还原时应严格遵守以下原则：提温不提压，或提压不提温，不可同时提温又提压。每次提温或提压时，应维持一段时间，观察温升情况和出口水汽浓度，当确定温升正常或水汽浓度未发生变化时，方可进入下一轮提温或提压的操作。7、所有分析数据应及时报到合成塔操作岗位，并认真做好记录。8、建立统一指挥，专人负责，一切服从统一指挥的决定。还原中遇到的问题应及时反映，组织讨论，由统一指挥下达更改措施。9、还原过程中如需进行加减压，其速度不得太快，特别是降压时应小于0.2Mpa/min。钟祥金鹰TA201-2/TA201-2-H型氨合成催化剂升温还原方案（供参考）阶段时间（h）热点温度（℃）升温速率（℃）/h系统压力（Mpa）循环氢（%）氨冷温度（℃）出口水汽浓度g/m3电炉功率(KW)入塔水汽浓度（g/m3）CH4(%)用时累计一轴二径三径四径升温1010升～350～330～330～300355.0≥68-0.初期818初350～400升～350升～330升～3006～75.0≥75-5～-10≤1.5加满≤0.2＜41634主400～420初350～400升330～350升～3003～45.0≥75-10～-15≤1.5加满≤0.2＜42054主420～450主400～420初350～400升330～3502～35.0≥75≤-15≤2.5加满≤0.2＜42074主450～470主420～450主400～420初350～4001～25.0-6.0≥75≤-15≤2.5加满≤0.2＜42094末470～490主450～470主420～450主400～4201～26.0≥75≤-15≤2.5加满≤0.2＜420114490～500末470～490主450～470主420～4501～26.0-7.0≥72≤-15≤2.5加满≤0.2＜420134500490～500末470～490主450～4601～27.0-8.0≥72≤-15≤2.5加满≤0.2＜420154490500490～500末460～4801～28.0-10.0≥72≤-15≤2.5加满≤0.1＜4末期10164恒500恒～500恒～500恒480～4900～110.0-12.0