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（2021）01-0001-03
3 我国合成氨装置用耐火材料的发展
我国上世纪70年代初开始引进大型合成氨装置（及尿素装置）以来，转化炉或气化炉所用耐火材料国产化问题一直受到有关主管部门及耐火材料厂家的重视。以天然气和石脑油为原料的二段炉及以渣油为原料的气化炉，均采用刚玉质耐火材料做炉衬及隔热层；而以煤和石油焦为原料的气化炉，均采用Cr2O3-Al2O3-ZrO2系耐火材料。我国是耐火材料制造大国，技术力量雄厚，生产的耐火材料品种齐全，针对合成氨装置用耐火材料，以洛阳耐火材料研究院为首，迅速进行开发研究，并在较短时间内取得可喜成果。我国合成氨装置用耐火材料发展情况大致如下。
3.1 刚玉质耐火材料［6］
3.1.1 刚玉砖
首先进行国产化开发与应用的是以石脑油和渣油为原料的合成氨装置用刚玉质耐火材料。上世纪80年代初，我国镇海石化总厂（镇海炼化）、乌鲁木齐石化总厂（乌石化）和宁夏化工厂（宁夏石化）同时从日本引进美国德士古公司专利产品——300 kt/a合成氨装置渣油气化炉，内衬优质刚玉砖等耐火材料由日本大阪窑业株式会社提供。我国迅速展开试验研究，生产的高纯刚玉砖产品，其理化指标和使用效果均优于日本产品：1987年以来，在乌鲁木齐石化总厂渣油气化炉上使用，平均使用寿命达8 800 h，而日本所产炉砖的使用寿命为5 583.3 h；镇海石化总厂渣油气化炉国产耐火砖使用寿命达30个月以上，约21 600 h。为比较不同高纯刚玉砖的使用效果，还进口了美国诺顿公司的名牌产品AH-199B型和AH-199H型刚玉砖，在引进的渣油气化炉上使用，其使用效果与国产高纯刚玉砖相似——国产高纯刚玉砖使用效果在1992年至1993年上半年达到了AH-199B型刚玉砖的水平，并在1993年至1995年达到了AH-199H型刚玉砖的水平。自1988年以来，国产电熔再结合刚玉砖、刚玉空心球砖、刚玉浇注料、刚玉耐火泥等耐火材料均得到良好发展。
3.1.2 高纯刚玉砖［7］
起初采用电熔刚玉为原料、全电熔刚玉配料，生产电熔再结合刚玉砖，在1 800 ℃以上高温下烧制制品，尚不能完全烧结，制品的气孔率高（＞20%）、耐压强度低（＜40 MPa）；后引入部分微粉和少量活化Al2O3晶格的添加剂，促进其烧结，并促进刚玉砖在烧成过程中形成条柱状晶体，有效提高了其强度和抗热震性。国产电熔再结合刚玉砖产品在德士古渣油气化炉上使用，使用效果与AH-199B型刚玉砖相似。随即又采用烧结刚玉和板状刚玉为原料，加入α-Al2O3微粉，所得刚玉砖的耐压强度、体积密度、热震稳定性等质量指标显著提高——配料中引入1%～2%的α-Al2O3纳米粉（含Al2O3 99.99%，平均粒径100 nm），可以降低烧成温度100～200 ℃，制品的强度等质量指标更好。洛阳耐火材料研究院开发出一种抗剥落性好的高纯刚玉砖，其成分为Al2O3 99.51%、SiO2 0.15%、Fe2O3 0.11%、Na2O 0.026%，显气孔率18%，体积密度3.20 g/cm3，常温耐压强度133.5 MPa，重烧线变化率（1 600 ℃，3 h）0～0.1%，抗热震性（1 100 ℃—水冷）23次，并在水煤浆气化炉上应用，取得了较好的效果。
3.1.3 刚玉浇注料
由表1可以看出，进口的刚玉浇注料，属普通铝酸钙水泥结合的刚玉浇注料，采用烧结刚玉或电熔刚玉作骨料和粉料，配入一定量铝酸钙水泥（据铝酸钙水泥化学成分计算加入量）和少量减水剂即可制得，使用时加入适量水就可以施工了。如今，采用不同结合剂的刚玉浇注料种类繁多，低水泥、超低水泥、无水泥刚玉浇注料的性能已远远超过普通铝酸钙水泥结合的浇注料，完全（随时）可以满足以天然气为原料的二段炉用刚玉浇注料的需求。
3.1.4 刚玉空心球砖
更多内容详见《中氮肥》2021年第1期