TA201-2-H型氨合成催化劑性能介紹
一、技術(shù)性能
TA201-2-H型預(yù)還原氨合成催化劑采用鐵鈷雙活性組分，由TA201-2型氧化態(tài)氨合成催化劑經(jīng)還原而得。經(jīng)預(yù)還原后的氨合成催化劑很活潑，長期暴露在空氣中或與水（包括水蒸汽）等接觸，會氧化發(fā)熱，引發(fā)自燃。因此，為了運(yùn)輸和催化劑裝填的穩(wěn)定，TA201-2-H型催化劑顆粒的表面用氧進(jìn)行有控制的鈍化，使其表面生成一層FeO薄膜。這層薄膜，不但可以保證催化劑的穩(wěn)定，而且在使用時(shí)極容易還原。經(jīng)預(yù)還原后的TA201-2-H型氨合成催化劑，其還原度可達(dá)90%以上，氧含量一般為2%以下。

TA201-2- H型催化劑的物理化學(xué)性能

※活性檢測方法符合HG/T 4857-2015。

TA201-2-H型預(yù)還原氨合成催化劑的主要特點(diǎn)
（1）易還原。起始還原溫度低（在200℃左右便開始還原反應(yīng)），250~300℃還原反應(yīng)已十分明顯，300℃以上可進(jìn)入還原主期，最終還原溫度低（460℃以上）。
（2）由于采用鐵鈷雙活性組分，可以在低溫低壓下獲得很高的活性。
（3）出水量少，只有氧化態(tài)催化劑的10%左右，可大大減少稀氨水的排放量。
（4）提高了整爐催化劑的還原質(zhì)量，從而提高整爐催化劑的使用質(zhì)量和使用效果。
（5）預(yù)還原是在專用設(shè)備和專門工藝條件下進(jìn)行，還原過程中工藝氣凈化程度高，減少對催化劑的污染，從而提高催化劑的質(zhì)量。
（6）大大縮短開車時(shí)間，一般約為氧化態(tài)催化劑的1/4~1/5，節(jié)約開車的費(fèi)用。

（7）催化劑床層高度不會發(fā)生明顯的沉降，從而保證使用效果。

三、TA201-2-H型預(yù)還原氨合成催化劑的使用條件

※ S、Cl、P、As和含氧的化合物均可引起催化劑的中毒，須嚴(yán)格控制，其中S、P、Cl、As等到會引起催化劑永  久中毒。油污中含有硫化物等到雜質(zhì)，也是催化劑的毒物，油污在高溫下能碳化，生成的碳粉會堵塞催化劑的孔隙，降低催化劑的活性。

四、TA201-2型氨合成催化劑的預(yù)還原方案

TA201-2型氨合成催化劑是氧化態(tài)氨合成催化劑，其主要主要組分為Fe3O4，在合成氨反應(yīng)中，F(xiàn)e3O4是不具有活性的，須還原成α-Fe方具有活性。

Fe3O4+4H2=3Fe+H2O

在催化劑生產(chǎn)廠中，采用專門的設(shè)備，在符合催化劑特性的工藝條件下，對催化劑進(jìn)行預(yù)還原，使其生成具有活性的α-Fe，為了運(yùn)輸、侖儲和裝填的安  全，在一定的條件下，有控制地對催化劑表面進(jìn)行鈍化，使其表面生成一層FeO薄膜，這一產(chǎn)品通常稱之為預(yù)還原催化劑。采用TA201-2型氨合成催化劑進(jìn)行預(yù)還原，生成了TA201-2-H型預(yù)還原氨合成催化劑。

TA201-2-H型預(yù)還原催化劑的生產(chǎn)方案如下：

1、生產(chǎn)工藝：本產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)過兩道工序即還原和鈍化。

1．1還原工序

本工序是整個(gè)生產(chǎn)中的主導(dǎo)工序，任務(wù)是把來自工廠生產(chǎn)的氧化態(tài)A201-1型催化劑還原成為具有活性的還原態(tài)催化劑，本工序利用H2作為還原劑，在0.8~1.0Mpa的壓力下把A201-1中的Fe3O4還原成為α-Fe使其具有催化活性的還原態(tài)催化劑以便使用。

反應(yīng)方程式：         Fe3O4+H2→α-Fe+H2O-Q

本反應(yīng)中生成的水如不能及時(shí)除去，將會造成鐵的再次氧化而降低其活性（Fe+H2O→FeO+H2），因此生產(chǎn)中采取高空速帶走水份，并利用冷凍及分子篩除去生成的水，以利反應(yīng)的進(jìn)行。

1．2鈍化工序

由于還原后的催化劑具有較高的活性，如與空氣接觸就會迅速氧化，放出大量熱造成催化劑燒結(jié)而失去活性，因此須經(jīng)過鈍化處理。使其便于存貯和運(yùn)輸。本工序的主要任務(wù)是對還原態(tài)催化劑進(jìn)行鈍化處理。

2Fe+O2→2FeO+Q  [反應(yīng)在低溫進(jìn)行]

生產(chǎn)中利用控制反應(yīng)氣中氧含量的方法，使單質(zhì)Fe和氧發(fā)生緩慢反應(yīng)，在催化劑顆粒表面生成一層約占催化劑重量2%的鈍化層即保護(hù)膜，以防止催化劑在空氣中發(fā)生深度氧化，便于運(yùn)輸和貯藏。

2、還原系統(tǒng)

2．1還原系統(tǒng)

2、2再生系統(tǒng)：

2、3鈍化系統(tǒng)：

每次還原氧化態(tài)~8噸，得還原態(tài)催化劑~5.36噸，收率約67%。包裝凈重每桶80Kg，鐵桶，襯塑料袋密封包裝。

2、4  TA201-2型催化劑的還原條件：

2、5  TA201-2-H型催化劑的鈍化條件

還原后的催化劑的鈍化是一個(gè)關(guān)鍵問題，困為產(chǎn)品的鈍化是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)

2Fe+O2=2FeO             （1）

4Fe+3O2=2Fe2O3           （2）

在鈍化過程中，我們希望發(fā)生的是反應(yīng)（1），不希望反應(yīng)（2）產(chǎn)生，或盡可能少產(chǎn)生，因?yàn)镕eO已能很好地起保護(hù)作用，而且FeO還原速度相對快，可以更  好地發(fā)揮預(yù)還原催化劑使用前再還原速度快的特點(diǎn)，因此，如何控制鈍化學(xué)是關(guān)鍵，如果控制不好，一是會使鈍化程度加深大量發(fā)生反應(yīng)（2），產(chǎn)品將會失去預(yù)還原的意義，另一個(gè)方面，可能會因放熱過大，催化劑溫度很高，也加深了氧化，甚至有可能把催化劑過熱燒壞，使產(chǎn)品活性喪失。

鈍化時(shí)采用的介質(zhì)是純N2，其純度須達(dá)到99.8%以上，鈍化采用經(jīng)凈化后的空氣作為氧的來源。當(dāng)催化劑層溫度（最高點(diǎn)）達(dá)到≤46℃時(shí)，方可通入空氣，通入的氣量由溫度上升進(jìn)行控制，嚴(yán)格控制催化劑床層溫度最高點(diǎn)在50±2℃，也就是說，通入的空氣量開始要求低，一般從0.1%開始,隨著鈍化的進(jìn)行，可根據(jù)溫升情況，逐漸加大空氣量，同時(shí)減少氮?dú)饬?，直到最后通往的空氣?0.5%以上,且催化劑層床不再發(fā)生溫升，并適當(dāng)提高1～2℃進(jìn)行操作，催化劑床仍沒有溫升，循環(huán)2~4h后，鈍化結(jié)束，降溫后過篩包裝。

控制指標(biāo)：

(1)  N2純度：≥99.8%，O2含量：≤0.2%

 循環(huán)氣入口溫度：45±1℃

鈍化爐氣體出口溫度：50±2℃

空氣中P、S、Cl總含量：≤0.1%

SV:~1000h-1.

還原后催化劑中的氧化鐵含量:≤2%

一般鈍化時(shí)間為100~120小時(shí).

分析控制一覽表

五、TA201-2-H型氨合成催化劑升溫還原技術(shù)要求

催化劑的還原質(zhì)量關(guān)系到催化劑的性能能否正常發(fā)揮，因此，事先應(yīng)制訂升溫還原方案。本次的還原采用分層還原：先對一層進(jìn)行還原，在一層進(jìn)入還原末期前，控制二層入口溫度在還原主期溫度之下（300~320℃），才提高溫度使二層進(jìn)入還原主期，以下依次類推。由于均為徑向段，因此，當(dāng)一層還原后，可利用氨合成反應(yīng)熱逐漸加大氣量，提高空速，使還原進(jìn)度加速進(jìn)行。

一、催化劑升溫還原前的準(zhǔn)備工作

1、合成單元的氣密試驗(yàn)工作已結(jié)束。

2、各設(shè)備、調(diào)節(jié)閥、儀表元件等均處于良好狀態(tài)。

3、合成回路進(jìn)行氮?dú)庵脫Q合格，合成塔吹灰后。壓縮機(jī)采用氮?dú)膺M(jìn)行系統(tǒng)循環(huán)，并清除過濾器中的催化劑灰。

4、排氨水的臨時(shí)管道配置結(jié)束，稀氨水接收裝置具備接收氨水的條件。

5、化驗(yàn)室具備分析還原水汽濃度和氣體成分等條件

6、開工加熱電爐具備投入運(yùn)行的條件。

7、對所有連接處進(jìn)行檢查，確認(rèn)無泄漏。

二、催化劑的升溫還原

1 、升溫階段

1.1 一床層的熱點(diǎn)溫度從常溫升至200℃，升溫速率為30~40℃/h，合成回路的操作壓力逐漸升至8Mpa左右。

1.2 氣量由壓縮機(jī)，和合成塔前放空閥等控制，在滿足升溫速率的情況下，盡量提高空速。

1.3 熱負(fù)荷由開工加熱電爐提供，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)單位提出的對加熱電爐安  全氣量的要求進(jìn)行操作，在容許的條件下加大電爐功率，提高床層溫度。

1.4 一層催化劑到達(dá)200℃，開始分析出口氣體的水汽濃度，每小時(shí)進(jìn)行一次。嚴(yán)格控制出口氣體中水汽濃度小于1000ppm（V/V）。

2、還原初期

從300~360℃為催化劑的還原初期。

2.1 當(dāng)催化劑床層溫度達(dá)到300℃左右，催化劑便進(jìn)入還原初期。此時(shí)催化劑開始出水。當(dāng)達(dá)到340℃以上，出水已十分明顯。應(yīng)加大水汽濃度分析頻率，建議每半個(gè)小時(shí)分析一次。并每兩個(gè)小時(shí)測定一次進(jìn)口氣體中水汽含量。入塔氣體水汽濃度越低越好，max大不得超過200ppm。

2.2 從300℃逐漸升至360℃，控制升溫速率為10~15℃/h，合成回路壓力維持8Mpa左右。

2.3 熱點(diǎn)溫度達(dá)到320℃左右后，已還原的催化劑將發(fā)生明顯的氨合成反應(yīng)，產(chǎn)生合成反應(yīng)熱。此時(shí)應(yīng)注意床層的溫度，防止溫升過快。若發(fā)現(xiàn)溫升過快，可加大循環(huán)氣量。同時(shí)注意控制好塔出口的水汽濃度不得大于1000ppm。

2.4 氨水濃度達(dá)25~30%時(shí)，投用氨冷凝器。

2.5 當(dāng)分離器中有液位后，可通過排放閥排放低濃度的稀氨水排放到溝。并每小時(shí)對氨水濃度進(jìn)行一次分析。氮水濃度達(dá)30%左右，停止排放，回收到貯罐。

3、還原主期和末期

從360~440℃是TA201-2-H催化劑的還原主期，而440~470℃為還原末期。

3.1 催化劑在360~440℃這段溫區(qū)內(nèi)，催化劑大量出水。因此應(yīng)降低升溫速率，視出口水汽濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般為1~5℃，并加大循環(huán)氣量，必要時(shí)可以稍為提高壓力，但不要超過10Mpa。

3.2 當(dāng)一段催化劑進(jìn)入還原主期時(shí)，二層催化劑也會進(jìn)入還原初期。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制二層的溫度，盡量使其不超過320℃，以防止兩層催化劑一起進(jìn)入還原主期，出水過猛，使水汽濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

3.3 一段催化劑還原主期的水汽濃度可控制在1500ppm以下，每半個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次出口氣體水汽濃度的分析。每二個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次進(jìn)口氣體水汽濃度的分析。

3.4 為了保證催化劑的徹  底還原，上層催化劑進(jìn)口的溫度可升至360~380℃，上層出口溫度可控制在470±10℃。

3.5 一層催化劑升至440℃后，可視出口水汽濃度的情況，把升溫速率提高到10~15℃/h。

3.6一層催化劑進(jìn)入還原末期時(shí)，可把二層催化劑的溫度逐漸升至380℃，使二層催化劑進(jìn)入還原主期，并以1~5℃/h的升溫速率繼續(xù)升至440℃，440℃后，以10~15℃/h的升溫速率繼續(xù)升至470±5℃。

3.7連續(xù)三次分析出口的水汽濃度穩(wěn)定時(shí)，把還原溫度提高1~3℃后分析出口的水汽濃度沒有升高，整個(gè)還原結(jié)束，調(diào)整工藝參數(shù)，把負(fù)荷調(diào)整到70~75%，進(jìn)入輕負(fù)荷生產(chǎn)期，輕負(fù)荷生產(chǎn)期為24~48小時(shí)。

3.8整個(gè)升溫還原過程，須認(rèn)真做好記錄，及時(shí)繪出升溫還原曲線，精心操作，加強(qiáng)檢查。

4、還原中幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

1.還原過程中，應(yīng)適當(dāng)提高氫氣含量，要求循環(huán)氣中氫氣含量達(dá)78~80%。

2.當(dāng)一層催化劑合成氨反應(yīng)較強(qiáng)，放出熱量大時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)循環(huán)氣量及適當(dāng)關(guān)小開工加熱電爐功率，當(dāng)合成反應(yīng)熱已足夠維持系統(tǒng)平衡的熱量時(shí)，可以逐漸關(guān)小開工加熱電爐。

3.為了保證每層全部催化劑能夠達(dá)到徹  底還原，每層出口溫度須升至480℃左右，為了防止上層溫度過高，因此可采用低壓、大空速、高氫的條件進(jìn)行作業(yè)，一方面制止上層的合成反應(yīng)，減少反應(yīng)熱；另一方面使有更多的氫來促進(jìn)下層的還原。

4.在下層催化劑進(jìn)入還原主期后，為了提高空速，可以適當(dāng)提高壓力，但要求不超過去10Mpa。

5.當(dāng)氨濃度達(dá)95%以上，可根據(jù)本廠情況，把氨送入氨貯罐。

6.升溫還原時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守以下原則：提溫不提壓，或提壓不提溫，不可同時(shí)提溫又提壓。每次提溫或提壓時(shí)，應(yīng)維持一段時(shí)間，觀察溫升情況和出口水汽濃度，當(dāng)確定溫升正?；蛩麧舛任窗l(fā)生變化時(shí)，方可進(jìn)入下一輪提溫或提壓的操作。

7.所有分析數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)報(bào)到合成塔操作崗位，并認(rèn)真做好記錄。

8 .還原過程中如需進(jìn)行加減壓，其速度不得太快，特別是降壓時(shí)應(yīng)小于0.2Mpa/min。

附升溫還原計(jì)劃參考表