TA201-2-H型氨合成催化剂

TA201-2-H型氨合成催化剂性能介绍
一、技术性能
TA201-2-H型预还原氨合成催化剂采用铁钴双活性组分，由TA201-2型氧化态氨合成催化剂经还原而得。经预还原后的氨合成催化剂很活泼，长期暴露在空气中或与水（包括水蒸汽）等接触，会氧化发热，引发自燃。因此，为了运输和催化剂装填的稳定，TA201-2-H型催化剂颗粒的表面用氧进行有控制的钝化，使其表面生成一层FeO薄膜。这层薄膜，不但可以保证催化剂的稳定，而且在使用时极容易还原。经预还原后的TA201-2-H型氨合成催化剂，其还原度可达90%以上，氧含量一般为2%以下。

TA201-2- H型催化剂的物理化学性能

※活性检测方法符合HG/T 4857-2015。

TA201-2-H型预还原氨合成催化剂的主要特点
（1）易还原。起始还原温度低（在200℃左右便开始还原反应），250~300℃还原反应已十分明显，300℃以上可进入还原主期，最终还原温度低（460℃以上）。
（2）由于采用铁钴双活性组分，可以在低温低压下获得很高的活性。
（3）出水量少，只有氧化态催化剂的10%左右，可大大减少稀氨水的排放量。
（4）提高了整炉催化剂的还原质量，从而提高整炉催化剂的使用质量和使用效果。
（5）预还原是在专用设备和专门工艺条件下进行，还原过程中工艺气净化程度高，减少对催化剂的污染，从而提高催化剂的质量。
（6）大大缩短开车时间，一般约为氧化态催化剂的1/4~1/5，节约开车的费用。

（7）催化剂床层高度不会发生明显的沉降，从而保证使用效果。

三、TA201-2-H型预还原氨合成催化剂的使用条件

※ S、Cl、P、As和含氧的化合物均可引起催化剂的中毒，须严格控制，其中S、P、Cl、As等到会引起催化剂永  久中毒。油污中含有硫化物等到杂质，也是催化剂的毒物，油污在高温下能碳化，生成的碳粉会堵塞催化剂的孔隙，降低催化剂的活性。

四、TA201-2型氨合成催化剂的预还原方案

TA201-2型氨合成催化剂是氧化态氨合成催化剂，其主要主要组分为Fe3O4，在合成氨反应中，Fe3O4是不具有活性的，须还原成α-Fe方具有活性。

Fe3O4+4H2=3Fe+H2O

在催化剂生产厂中，采用专门的设备，在符合催化剂特性的工艺条件下，对催化剂进行预还原，使其生成具有活性的α-Fe，为了运输、仑储和装填的安  全，在一定的条件下，有控制地对催化剂表面进行钝化，使其表面生成一层FeO薄膜，这一产品通常称之为预还原催化剂。采用TA201-2型氨合成催化剂进行预还原，生成了TA201-2-H型预还原氨合成催化剂。

TA201-2-H型预还原催化剂的生产方案如下：

1、生产工艺：本产品生产经过两道工序即还原和钝化。

1．1还原工序

本工序是整个生产中的主导工序，任务是把来自工厂生产的氧化态A201-1型催化剂还原成为具有活性的还原态催化剂，本工序利用H2作为还原剂，在0.8~1.0Mpa的压力下把A201-1中的Fe3O4还原成为α-Fe使其具有催化活性的还原态催化剂以便使用。

反应方程式：         Fe3O4+H2→α-Fe+H2O-Q

本反应中生成的水如不能及时除去，将会造成铁的再次氧化而降低其活性（Fe+H2O→FeO+H2），因此生产中采取高空速带走水份，并利用冷冻及分子筛除去生成的水，以利反应的进行。

1．2钝化工序

由于还原后的催化剂具有较高的活性，如与空气接触就会迅速氧化，放出大量热造成催化剂烧结而失去活性，因此须经过钝化处理。使其便于存贮和运输。本工序的主要任务是对还原态催化剂进行钝化处理。

2Fe+O2→2FeO+Q  [反应在低温进行]

生产中利用控制反应气中氧含量的方法，使单质Fe和氧发生缓慢反应，在催化剂颗粒表面生成一层约占催化剂重量2%的钝化层即保护膜，以防止催化剂在空气中发生深度氧化，便于运输和贮藏。

2、还原系统

2．1还原系统

2、2再生系统：

2、3钝化系统：

每次还原氧化态~8吨，得还原态催化剂~5.36吨，收率约67%。包装净重每桶80Kg，铁桶，衬塑料袋密封包装。

2、4  TA201-2型催化剂的还原条件：

2、5  TA201-2-H型催化剂的钝化条件

还原后的催化剂的钝化是一个关键问题，困为产品的钝化是一个强放热反应

2Fe+O2=2FeO             （1）

4Fe+3O2=2Fe2O3           （2）

在钝化过程中，我们希望发生的是反应（1），不希望反应（2）产生，或尽可能少产生，因为FeO已能很好地起保护作用，而且FeO还原速度相对快，可以更  好地发挥预还原催化剂使用前再还原速度快的特点，因此，如何控制钝化学是关键，如果控制不好，一是会使钝化程度加深大量发生反应（2），产品将会失去预还原的意义，另一个方面，可能会因放热过大，催化剂温度很高，也加深了氧化，甚至有可能把催化剂过热烧坏，使产品活性丧失。

钝化时采用的介质是纯N2，其纯度须达到99.8%以上，钝化采用经净化后的空气作为氧的来源。当催化剂层温度（最高点）达到≤46℃时，方可通入空气，通入的气量由温度上升进行控制，严格控制催化剂床层温度最高点在50±2℃，也就是说，通入的空气量开始要求低，一般从0.1%开始,随着钝化的进行，可根据温升情况，逐渐加大空气量，同时减少氮气量，直到最后通往的空气占20.5%以上,且催化剂层床不再发生温升，并适当提高1～2℃进行操作，催化剂床仍没有温升，循环2~4h后，钝化结束，降温后过筛包装。

控制指标：

(1)  N2纯度：≥99.8%，O2含量：≤0.2%

 循环气入口温度：45±1℃

钝化炉气体出口温度：50±2℃

空气中P、S、Cl总含量：≤0.1%

SV:~1000h-1.

还原后催化剂中的氧化铁含量:≤2%

一般钝化时间为100~120小时.

分析控制一览表

五、TA201-2-H型氨合成催化剂升温还原技术要求

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，事先应制订升温还原方案。本次的还原采用分层还原：先对一层进行还原，在一层进入还原末期前，控制二层入口温度在还原主期温度之下（300~320℃），才提高温度使二层进入还原主期，以下依次类推。由于均为径向段，因此，当一层还原后，可利用氨合成反应热逐渐加大气量，提高空速，使还原进度加速进行。

一、催化剂升温还原前的准备工作

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。

二、催化剂的升温还原

1 、升温阶段

1.1 一床层的热点温度从常温升至200℃，升温速率为30~40℃/h，合成回路的操作压力逐渐升至8Mpa左右。

1.2 气量由压缩机，和合成塔前放空阀等控制，在满足升温速率的情况下，尽量提高空速。

1.3 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，在容许的条件下加大电炉功率，提高床层温度。

1.4 一层催化剂到达200℃，开始分析出口气体的水汽浓度，每小时进行一次。严格控制出口气体中水汽浓度小于1000ppm（V/V）。

2、还原初期

从300~360℃为催化剂的还原初期。

2.1 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，max大不得超过200ppm。

2.2 从300℃逐渐升至360℃，控制升温速率为10~15℃/h，合成回路压力维持8Mpa左右。

2.3 热点温度达到320℃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1000ppm。

2.4 氨水浓度达25~30%时，投用氨冷凝器。

2.5 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。

3、还原主期和末期

从360~440℃是TA201-2-H催化剂的还原主期，而440~470℃为还原末期。

3.1 催化剂在360~440℃这段温区内，催化剂大量出水。因此应降低升温速率，视出口水汽浓度进行调节，一般为1~5℃，并加大循环气量，必要时可以稍为提高压力，但不要超过10Mpa。

3.2 当一段催化剂进入还原主期时，二层催化剂也会进入还原初期。因此，应严格控制二层的温度，尽量使其不超过320℃，以防止两层催化剂一起进入还原主期，出水过猛，使水汽浓度严重超标。

3.3 一段催化剂还原主期的水汽浓度可控制在1500ppm以下，每半个小时进行一次出口气体水汽浓度的分析。每二个小时进行一次进口气体水汽浓度的分析。

3.4 为了保证催化剂的彻  底还原，上层催化剂进口的温度可升至360~380℃，上层出口温度可控制在470±10℃。

3.5 一层催化剂升至440℃后，可视出口水汽浓度的情况，把升温速率提高到10~15℃/h。

3.6一层催化剂进入还原末期时，可把二层催化剂的温度逐渐升至380℃，使二层催化剂进入还原主期，并以1~5℃/h的升温速率继续升至440℃，440℃后，以10~15℃/h的升温速率继续升至470±5℃。

3.7连续三次分析出口的水汽浓度稳定时，把还原温度提高1~3℃后分析出口的水汽浓度没有升高，整个还原结束，调整工艺参数，把负荷调整到70~75%，进入轻负荷生产期，轻负荷生产期为24~48小时。

3.8整个升温还原过程，须认真做好记录，及时绘出升温还原曲线，精心操作，加强检查。

4、还原中几点注意事项

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，但要求不超过去10Mpa。

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 .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。

附升温还原计划参考表