王爱民
（独山子石化塔里木石化分公司，新疆 库尔勒841000）
［摘 要］独山子石化塔里木石化分公司450 kt/a合成氨装置2019年12月冬季检修时进行了一段炉转化催化剂及高变炉催化剂的更换工作，2020年春季复工开车过程中，在无H2（附近厂未复工，无法提供H2源）的情况下对一段炉转化催化剂和高变催化剂同时进行升温还原，高变催化剂在还原初期出现“热波”现象；综合分析认为，高变催化剂出现“热波”现象的原因为一段炉配原料气后转化催化剂床层温度上升过快，造成高变炉入口气温度上升过快而致高变催化剂床层出现较大的温升。通过熄灭一段炉部分烧嘴并将原料气水碳比由7∶1增大至10∶1以上，其后高变催化剂按照既定方案完成升温还原及放硫工作。此后的本轮生产周期内，通过对一段炉转化催化剂的有效保护，合成氨装置一直是满负荷运行，一段炉转化催化剂活性良好。、
［关键词］一段炉转化催化剂；高变催化剂；升温还原；“热波”现象；应对措施；运行情况；转化催化剂保护
［中图分类号］TQ113.26+4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0028-04
0 引 言
独山子石化塔里木石化分公司（简称塔石化）450 kt/a合成氨装置采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺（由中国成达工程有限公司据托普索工艺包完成初步设计和详细设计）。2010年3月24日，一段转化炉（简称一段炉）首次点火，同年5月5日成功打通全系统流程产出液氨，试车投产一次成功。2019合成氨装置运行期间，通过对一段炉平衡温距、压差及出口气残余甲烷含量等参数的分析，判定一段炉转化催化剂活性降低，不能满足系统满负荷运行需求，需更换转化催化剂；2019年12月15日，塔石化合成氨装置因保民用天然气停车，借冬季检修机会进行了一段炉转化催化剂及高变催化剂（高变炉出口气CO含量已超设计指标，且本炉高变催化剂使用年限长）的更换工作。2020年春季复工开车中，塔石化在无H2（附近厂未复工，无法提供H2源）的情况下对一段炉转化催化剂和高变催化剂同时进行升温还原，高变催化剂还原初期出现“热波”（特定环境下催化剂床层温度出现波浪形大幅波动）现象，塔石化首次碰到此现象，为避免升温还原期间催化剂超温烧毁而造成巨大的损失，确保催化剂的长久运行，塔石化及时采取了应对措施。以下对有关情况作一介绍，供业内参考。
1 一段炉催化剂及高变催化剂升温还原要求
2020年春季，正值新冠疫情爆发初期，塔石化接到春耕用肥（尿素）任务需重启合成氨装置，全员蹲守在厂里，进行开车前的各项工作。本次一段炉催化剂和高变催化剂升温还原工作的难点有三：一是，正常情况下还原过程中还原气中应添加2%～5%的H2（由附近厂引入），由于附近厂未复工，无H2源，这是最大的难点；二是，高变炉装填完催化剂后，受系统开车进度要求的限制，没有时间进行系统的吹灰工作；三是，本次开车，主控人员有许多新手。
1.1 一段炉催化剂还原要求
1.1.1 一段炉催化剂还原的目的
转化催化剂产品是以氧化态形式提供的，而转化反应中氧化态的Ni是没有活性的，因此，须把催化剂中的NiO还原为活性的金属Ni。NiO还原的主要反应为NiO+H2====Ni+H2O、NiO+CO====Ni+CO2，这两个反应的热效应均较小，反应前后物料体积无变化，还原压力对反应平衡无影响，对反应速率的影响亦不明显，还原反应受温度和气体浓度的影响较大。此外，还原操作的另一重要目的是脱除转化催化剂中含有的少量硫化物等毒物，以使催化剂的活性在使用中得以充分发挥。
1.1.2 一段炉催化剂还原操作
当蒸汽升温温度达到要求、原料气硫含量合格后，开始按如下步骤进行一段炉催化剂的还原工作。
（1）一段炉工艺蒸汽流量（FV2023）增加至50 000 kg/h，高变炉出口压力（PI2076）提高至1.5 MPa。
（2）原料气管线导淋排水后关闭，复位原料气入系统管线上的电磁阀（FRB2028、USV2027），由原料气入系统控制阀（FV2028）调控送一段炉原料气量。
（3）控制FV2028，原料气按1 930 m3/h（标态，下文无特别说明处均指标态）加负荷至10%，转化催化剂应表现出初期活性，即可观察到床温下降、吸热反应发生，为防止转化催化剂床层温度下降，此时应注意调整一段炉燃烧天然气的负荷：① 提高鼓风机转速，增大炉顶烧嘴的进风量；② 增点（燃）顶部烧嘴，保持一段炉出口气温度为760 ℃；③ 注意一段炉炉膛压力（PIC-2032）与炉膛送风压力（PIC-2050），相应进行手动调整，保证炉膛负压及风道压力。
（4）增加一段炉原料气气量时，应相应减少高变炉入口放空阀（PV2076）的放空量，保证系统运行稳定。
（5）导入原料气后，需密切注意，防止高变炉急剧升温，如果高变炉温升剧烈——升温速率超过85 ℃/h，系统应作调整，可增大水碳比以遏制高变炉温度的急剧上升。
（6）注意对流空气盘管温度（TI2047），及时加大保护蒸汽流量（FV2017），防止TI2047超标。
（7）以1 930 m3/h的加量提升原料气流量，原料气的增加，任何时候都应保持小增量的速率，如1 h增加10%的负荷，并在一段时间内保持稳定，此时水碳比为（6～7）：1。
（8）现场巡检、观察一段炉炉管颜色，每隔1 h记录1次有无红斑、变形等异常情况。
1.1.3 还原终点的判断
更多内容详见《中氮肥》2023年第2期