.14 •气体净化2019年第19卷第7期
杨斌
(兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527)
摘要：主要介绍了兖矿鲁南化工有限公司24万t/a合成氨催化剂更换时采用的创新方法，通过详 细论证、反复推敲、大胆实践圆满的实现了预期目标，有效的节省了检修时间和催化剂费用。
关键词：综合降耗节能先进清洁生产环境保护
兖矿鲁南化工有限公司合成IV生产装置2008 年5月投产，该合成氨系统以水煤浆加压气化生产 水煤气，经净化变换、脱硫、脱碳后，以制得的合格 精制合成气为源头，经过合成气压缩机、合成塔等 主要设备，最终生产出合格液氛产品。该系统采用 瑞士卡萨利公司的三催化剂床两换热器全径向合 成塔内件、西门子蒸汽透平式压缩机、先进的低压 氨合成工艺，生产能力为24万t/a，为配套的42万 t/a尿素装置提供合成氨原料。
1装置概述
2016年2月，氨合成IV系统产量下降、压力升 高，第一层催化剂活性下降严重，热点温度降低，需 要靠减少循环量，降低负荷来维持炉温，特别是自2 月18—23日，氨产量明显降低，从600 t/d降至540 t/d，精制合成气消耗增加，吨氨耗精制合成气由 2 820 m3/h增加至3 230 m3/h，循环量由23万 m3/h降低19万m3/h。而该系统刚开车时循环量 为30万m3/h，氨产量为720 t/d，精制气消耗为为2 750 m3/h.
技术人员及时对系统进行全面分析论证，确定 合成塔氨合成催化剂自2008年5月投人运行后，已使用超过8年，长期使用后催化剂热老化，以及分子 筛吸附剂使用年限已到后期，致使催化剂活性下降，通过数据对比和联系原南京催化剂厂家来厂进 行交流，对现行合成系统运行数据进行模拟计算，一层催化剂活性系数仅为0. 345，而初期投运〇.8 以上，活性系数0.6以下催化剂厂家建议更换，下面 两层情况较好，热点温度维持在480±5丈。
公司通过研究决定，利用3月份公司停车检修 的机会，仅对合成塔上层催化剂进行更换，下面两层不动，以降低催化剂更换费用。
2技术创新内容
2.1催化剂更换模式创新
催化剂传统更换模式一般为全塔更换，更换前
需对催化剂进行钝化合格，以防止催化剂卸出时与
空气中的氧接触发生氧化反应着火燃烧。本次更
换根据催化剂运行现状，经过公司及车间领导、技
术人员充分讨论、论证，本着节约更换催化剂费用
及缩短催化剂更换时间的原则，打破以往全塔更换
模式，针对合成塔三层催化剂只更换第一层，并且
不再对催化剂进行钝化。
2.2催化剂更换时采取的安全措施
役后催化剂遇空气发热自燃的苛刻条件，由此决定
了整个卸装催化剂技术含量高，操作难度大，安全
网站实时监控
隐患多，在国内尚属于先例，需要制定切实可行的
催化剂扒卸、装填方案，以保证更换过程中催化剂
及施工人员安全。
本次更换采取的安全措施主要是更换前对更
换过程进行安全分析，制定切实可行的安全方案。
1) 合成塔停车降温、降压，氮气置换，塔内降温 至低于50 t，置换合格后加盲板隔离。
2) 催化剂未经钝化，催化剂的活性非常高，卸 催化剂处周围严禁存在易燃易爆气体的泄漏。
3)提前从合成塔底部出口倒淋处配制一路临 时氮气管线，更换过程中从合成塔底部通人氮气，
分别用截至阀控制流量，确保1〇〇 m3/h供应，对合
成塔保微正压，对下两层催化剂进行氮气保护，防
止氧化着火。另外，合成塔平台上放一根3/4寸氮
气胶管，以便在顶部适量补氮。
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4) 更换前进行塔内气体分析[氮含量、氧含量、氨含量、可燃气测爆合格,<p(N2) &97%、^(02)矣
l%、《p(C O)矣30 x K T6]每天分析一次，分析结果交
施工单位。并对其准确性负责。（作业第1天，气
体做全分析）风线接到合成塔中部位置。
5) 仪表车间负责配备合成塔一支临时热电偶，以便控制室及时监控合成塔温度变化。
6) 现场接好消防水带，用真空抽吸机将催化剂 抽出后直接进行水洗，降低催化剂温度，防止催化
剂遇氧气发生氧化反应燃烧。
7) 对催化剂卸出人员进行安全教育，进人合成 塔对催化剂进行扒卸时配带长管式呼吸器，并安排
3名监护人员在塔顶进行全程监护。
8) 本次只更换第一层催化剂21.54 t，相较于全 塔更换节省催化剂143 t。
合成塔催化剂更换第一层催化剂后，合成氨产能
得到了提高，合成氨日产量从540 t/d提高至720 t/d。
2.3催化剂卸出
催化剂按照如下流程进行卸出操作：
1) 放好软梯，作业人员通过上人孔进人合成塔 (一人在器内作业，一人器外监护），作业人员通过
远程运维服务支架上的滑轮放下波纹抽吸管，放人第一层催化剂
框抽卸。
2) N2置换真空栗系统，启动真空泵，将吸入管 插入催化剂层，调节旁通阀，保持0.04 MPa，真空泵
出口管线气体分析<P(〇2)矣1%后，才能接上钢胶管
返回合成塔。
3) 连续补充N2，使其压力保持微正压状态。
4) 卸催化剂期间，如真空系统出现泄漏或泵出 现故障，应停泵并关闭泵的进出口阀，维持塔内N2
氛围，下次开栗前用氮气置换系统。
5) 向催化剂储存罐连续补氮，防止氧化着火。
6) 作业人员在抽吸过程中，抽吸时应大体保持 料面平衡，以防斜坡突塌造成催化剂框损伤。
7) 登记好入塔工具，每次完工后要清点人数，检査人塔工具，防止工具遗留在塔内。
2.4催化剂装填
2.4. 1施工现场准备工作要求
延时阀1)设备附近地面要设立催化剂装填料斗的临
时工作平台，备好吊车，按要求布置好现场。2) 做好平台与地面及平台与塔内的通讯安装
调试工作。
3) 做好新鲜空气保障系统的安装调试工作。
4)做好现场操作人员有毒有害气体的防护工 作，与施工无关人员不得进人施工现场。
5)施工人员的合理配置。
2.4.2装填前准备工作
多媒体控制器
1) 催化剂框内清理干净，检验合格。
2) 对内件进行一次试安装，以确保安装质量。
3)装剂用的吊斗、漏斗、吊车，滑轮、绳、软梯、脚手架、皮尺等工具准备齐全。
4)塔顶及人孔法兰面保护好，以免损坏密封面。
5)对合成塔内件进行全面的检查，确认内件完 好后，对内件催化剂筐进行清理，去除油污等杂物。
6) 用干净的白布把内件与催化剂筐环隙等气 体及所有气体通道密封，防止装填时催化剂漏入,
堵塞气体通道。
7)安装好塔内照明装置（必须是12 V安全电压)。
8) 塔内氧浓度及防止催化剂升温的保障设施 准备完善。
9)安装一个装催化剂的平台，备好过筛、料斗 等工具(包括lxlmm网孔的筛网、振动筛、运输和开
桶工具等）。
2.4.3催化剂密相装填
氨合成催化剂的装填质量的好坏，直接影响到
催化剂的使用效果，也影响到工厂的使用效益。因
此，催化剂的装填是一项十分重要的工作，必须认
真对待。
1) 做好准备工作。先分批把催化剂运到现场 (注意每天装多少运多少，使用不完的应及时加盖
帆布，现场催化剂应防水（水蒸汽）防太阳暴晒，防
高温、油污，装填前方可打开包装桶盖，不可打开桶
盖使催化剂长时间与空气接触，避免受污染。
2) 将催化剂装人吊桶。当吊桶装到预定的质 量以后，把吊桶吊到塔顶，放人塔顶下料斗中。打
开下料斗下部阀门，让催化剂沿布袋撒入催化剂
筐，催化剂装填操作人员进入塔内（戴好长管呼吸
器)进行装填。
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3) 装填不同粒度催化剂，应严格按要求进行，不要混淆错装。建议不同催化剂按不同粒度、型号
分区堆放，并设有明显标志，专人管理，并做好记录。
4)装填结束后应尽快将塔内充入氮气进行保护。
5) 作业时，应加强塔内外的联系。统一指挥，做好协调工作。
6) 人塔人员要戴好安全带，每作业一次，轮换 一次人塔工作人员，塔顶要有专职安全监护人员。
2.4.4催化剂装填步骤
采用催化剂高度落差，用专用的催化剂装填分
配器，摇动固定料斗上面的转盘，使催化剂均匀的
抛洒于催化剂框内，达到需要催化剂装填密度，其
有效的提高了催化剂装填速度和质量。
硬脂酰乳酸钙1) 安装中心管和催化剂筐等内件，首先将合成 塔筒体清理干净，保证塔内无杂质，无异物遗留，内
件安装正确，并保证内件完好无损。
2) 为确保装填催化剂时，防止催化剂颗粒及粉 尘进人热电偶导管，环隙，气体进出口等处，在装填
前，用棉白布堵塞与装填无关的所有进出口。
3) 在合成塔顶安装好专用装填料斗，安装好带 钢丝的2"的加强胶管，挂好绳梯等，引至合成塔内
上床层。
4)由地面工作人员将催化剂吊到合成塔平台。
5) 装填前，应在塔内标高，以便回填高度的准 确性。（同一水平度必须有三处以上标记，确保催
化剂装填平整度）
6) 催化剂装填期间，技术人员要对装填质量进 行检查。
7) 上层催化剂装填结束，经技术人员检查验收 合格后，安装顶部催化剂框盖板。
8) 催化剂装填过程中，必须确保催化剂规定的 装填密度值，装填的结果必须由公司及催化剂厂家
的联合确认。
9)装填期间，合成塔顶与地面备足防雨工具。做好催化剂的防潮工作，若遇雨天停工待命，10) 上部塔盖用帆布盖好，保护催化剂。
11)在催化剂床层密封之前，应清理干净密封
面及环隙气体进出口的所有杂物。
12) 用氮气吹扫置换，确保催化剂在N2保护
之下。
2.4.5催化剂装填注意事项
1) 装剂过程中有专人控制插板，确保4个装填
分配器内的催化剂均匀平整的装填在床层内，每装
填400 mm高进行密度测算，满足催化剂装填密度
要求。
2) 将催化剂镑称称重，做好记录。
3) 塔内作业人员切勿直接在催化剂料面上行
走，而必须穿专用鞋。防止外力对催化剂的踩压而
造成催化剂粉碎，同时塔内作业人员操作时要保护
好合成塔内壁、热电偶及中心管等内构件。
4) 雨天催化剂的装填工作必须中止，合成塔人
孔及催化剂包装物必须做好防雨措施，方在装填的
每一过程中均需派技术人员到现场进行指导验收，
以确保装填质量。装填过程中，装填人员必须做好
各项装填记兼，并且联合确认，不符合要求时及时
按照要求调整。
5) 装填人员在作业时，要穿戴好专用防静电工
作服等防护用品，使用专用工具，而不将任何无关
东西带入塔内。
6) 催化剂装填过程中，必须要与水（水汽）隔
开，防止催化剂吸附水分，从而影响催化剂使用
效果。
7) 催化剂装填的全过程必须要有周密的方案
及全程监控。最上层装填的是预还原催化剂，装填
该层催化剂时需在氮气保护下装填，必须准备好足
够氮气。一旦发现有升温现象，立即利用氮气置换。
8) 催化剂装填过程中，合成塔内外必须有人以
控制好合理的装填速度，从而保证催化剂装填均
匀、密实。
2.4.6催化剂装填数据abs082
催化剂装填数据见表1。
表1催化剂装填数据
层数型号尺寸/mm体积/m3质量/t层髙/m装填高度/m
一床HA202WH 1.5 〜39.420.88
3. 11 HA202WH 6.7 〜9.40.30.66
合计9.721.54
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2.5催化剂的升温还原
催化剂升温还原计划见表2。
表2催化剂升温还原计划表
时间/h 催化剂床层热点温度/尤人塔压力/人塔循环史氨冷器出口水汽浓度</?
阶段累计I 床n 床MPa (H 2),%温度/t (H20)/1〇-616620-20020 〜180870-800~5
21218200 〜400<3808~970-80<-10<1 00031230400 〜480<4008〜970 〜80<-10<1 00041040480 〜500400970 〜80<-10<1 0005848500400-4909〜1070-80<-10<1 000轻负荷4849046512-14h 2/n 2=
(2.6〜2.9) :1<-10
2016年3月15日13:30开始升温，20日6:00 接气，6:20退开工加热炉，转人轻负荷生产。3更换催化剂后效果分析该项目实施后，已连续运行2年多时间，运行效 果良好。1) 更换催化剂前，人塔循环量只能达到 190 000 m 3/h ，更换后达到300 000 m 3/h ，催化剂活 性大大增强。2) 更换催化剂前，合成氨小时产量22 t，日产量 540 t /d 。更换后合成氨小时产能达到30 t ，日产量 达到720 t /d ，达到设计水平。3) 更换催化剂后，催化剂活性好，系统压力降 低，能耗降低，蒸汽单耗由改造前2. 18 t/t 降低至 1. 85 t /t ；精制气耗由 3 200 m3/t 降低至 2 700 m 3/t 。4经济效益
4. 1 直接经济效益
1) 较之前传统更换方式需进行催化剂钝化
4 d，部分更换不钝化节约时间4 d 。
2) 全塔更换催化剂扒卸困难，需3个催化剂框
全部吊出，部分更换节约扒卸、装填时间4 d 。合计 节约检修时间8 d 。
3) 氨产量按700 t/d计算，部分更换可增加产
能:700><8 = 5 6〇0 t，根据液氨销售价格，每吨液氨利 润为850元，可获经济效益：850x5 600 = 476万元。 4.2节支费用
较之前全部更换催化剂，部分更换共节省催化 剂143 t，节约费用3 800x 143 = 543. 4万元。
由此可见，此次更换催化剂，共计节约费用可
达1 000余万元。
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