徐平坤
（广州耐火材料厂，广东 广州510300）
［摘 要］合成氨装置原料合成气的生产，无论采用转化炉（尤其是二段转化炉），还是采用气流床气化炉（尤其是水煤浆气化炉），其内衬都是用耐火材料筑成的（粉煤气化炉水冷壁敷有SiC-Al2O3系高热导率捣打耐火材料），而由于耐火材料长期处于高温、高压、强还原性气氛及高速气流冲刷等工况下，因而易受到严重的侵蚀和破坏。回顾与总结各类合成氨装置（原料合成气生产）的工艺状况，以及转化炉或气化炉内衬所用耐火材料的特点及理化指标，分析各类合成氨装置转化炉或气化炉内衬耐火材料的损毁原因及应对措施，并着重对我国合成氨装置用耐火材料的发展历史和研究成果进行了梳理。实践表明，经过我国耐火材料工作者对合成氨装置用耐火材料的大量试验及应用研究，如今国产耐火材料的理化性能及使用寿命已达到并超过进口产品的水平。近年来我国煤化工产业蓬勃发展，煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然气、煤制油等煤化工项目之煤气化炉所用耐火材料与煤制合成氨装置大同小异，这一方面为耐火材料的应用提供了广阔的空间，另一方面也对耐火材料技术的进一步发展提出了更高的要求。
［关键词］合成氨装置；耐火材料；转化炉；气化炉；高纯刚玉质耐火材料；高铬质耐火材料；发展
［中图分类号］TQ113.25+4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）06-0001-04
我国用占世界9%的耕地养活了世界近20%的人口，而化肥对粮食增产的贡献率在40%以上，故化肥产业尤其是氮肥产业在农业生产与国民经济中有着特殊而重要的地位。氨是生产氮肥的中间产品，将含碳原料转化为合成气再合成氨，是工业上生产氨的主要方式。
合成气的生产主要有两大类：一是以天然气和石脑油为原料的两段炉；二是以重油、煤、煤焦、石油焦为原料的气化炉。合成氨装置生产工艺路线有很多，如以天然气为原料的凯洛格（Kellogg）型合成氨装置，以石脑油（轻油）为原料的赫尔蒂（TOPSDE）型合成氨装置，以渣油（重油）为原料的德士古（Texaco）型合成氨装置，以煤（煤焦、石油焦）为原料的德士古（Texaco）型合成氨装置；近年来，随着煤化工产业的勃兴，又涌现出了一大批适用于大型合成氨装置的国产化煤气化技术或引进技术，其中，水煤浆气化典型代表技术有多喷嘴气化炉、多元料浆气化炉、晋华炉（水冷壁）等，粉煤气化典型代表技术有Shell气化炉、航天炉、GSP气化炉等。
我国从上世纪70年代起先后从国外引进了31套300 kt/a合成氨装置；进入本世纪后，国内大型合成氨装置（以及工艺流程与合成氨装置相近的甲醇装置）大多以煤为原料，由此各种煤气化技术蓬勃发展。以天然气和石脑油及渣油为原料的合成氨装置（大部分企业原料路线实施了“油改气”），受原料来源及生产成本等方面的制约，目前整体开工率不足或部分企业已停产；而以煤为原料的大型合成氨（或甲醇）企业，整体开工率较高，可持续发展态势较好。
我国化石能源资源禀赋的特点是“富煤缺油少气”，而煤化工是煤炭高效清洁利用的主要途径之一，因而近年来国内煤化工产业呈现出蓬勃发展的态势。但随着国民经济的发展与行业技术的进步，传统的煤气化方法已不能满足经济与环保方面的要求，新型气流床加压气化工艺成为煤气化技术发展的主流方向，但系统能否稳定、长周期运行，在很大程度上则取决于气化炉（尤其是水煤浆气化炉）内衬耐火材料的使用寿命。
合成氨装置原料合成气的生产，无论采用转化炉，还是采用气化炉，其内衬都是用耐火材料筑成的，由于生产中内衬长期处于高温、高压、强还原性气氛及高速气流的冲刷下，耐火材料易受到严重侵蚀和破坏，因此转化炉与气化炉内衬都使用高级耐火材料，而且对其外形尺寸和性能的要求十分严格，尤其是水煤浆气化炉。长期以来，我国耐火材料工作者对合成氨装置用耐火材料进行了大量试验及应用研究，取得了很好的效果，现将有关情况总结如下。
1 合成氨装置工艺状况及所用耐火材料［1］
1.1 以天然气或石脑油为原料的合成氨装置
以天然气或石脑油为原料的合成氨装置主要采用两段转化工艺，一段转化炉（简称一段炉）是进行蒸汽转化制合成氨原料气（氢气）的关键设备，二段转化炉（简称二段炉）是彻底转化甲烷的设备，也是主要使用耐火材料的设备。二段炉炉顶温度一般达1 260 ℃，当气体混合不均时局部温度可达1 934 ℃。引进合成氨装置转化炉中配套有耐火材料。
（1）以天然气为原料的二段炉多为凯洛格型，其内衬为刚玉质耐火浇注料，隔热层为刚玉质空心球浇注料，炉拱使用刚玉砖。以天然气为原料的二段炉用耐火材料的理化指标见表1。
更多内容详见《中氮肥》2020年第6期