袁帅，张灵娜
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］安阳化学工业集团有限责任公司175 kt/a合成氨（联醇）装置变换系统采用中串低工艺，2019年4月13日更换完B113型中变催化剂系统开车后，中变炉一段催化剂短时间内活性下降较快，后通过加大汽气比、调整入口气H2S浓度等措施，中变炉一段催化剂活性得以恢复。结合变换系统的工艺流程，详细介绍本炉中变催化剂的装填、升温还原及使用情况，通过对中变催化剂活性下降与恢复的原因进行分析，确认本次事故是中变炉一段催化剂H2S中毒所致。并从事故教训中总结得出，本套合成氨（联醇）装置中变炉入口气汽气比较低，为避免中变催化剂硫中毒以及低变催化剂反硫化，正常操作时需根据催化剂床层温度及汽气比及时调整入口气H2S含量，在控制好中变炉入口气最低汽气比的同时满足低变催化剂所要求的中变气最低H2S含量，且应时刻关注工艺指标的变化，及时进行操作调整，以保证变换系统的稳定、优质运行。
［关键词］合成氨装置；中变催化剂；催化剂活性下降与恢复；原因分析；低汽气比；硫中毒；防范措施
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）05-0027-04
0 引 言
安阳化学工业集团有限责任公司（简称安化公司）有2套合成氨装置，第一套合成氨装置产能为120 kt/a，第二套合成氨（联醇）装置氨醇产能为175 kt/a。其中，第二套合成氨装置变换系统采用中串低工艺，中变催化剂采用B113型Fe-Cr系变换催化剂，低变催化剂采用Co-Mo系耐硫变换催化剂。B113型中变催化剂的特点为：低温活性好，在280 ℃时就有明显活性；强度高，低强度的占比低，有利于降低床层阻力，延长催化剂使用寿命；操作温区宽，可在300～500 ℃下长期使用；本体含硫低等。B113型中变催化剂在本装置上最长使用寿命达5 a，整体运行状况良好。
2019年4月13日第二套合成氨装置更换完中变催化剂后系统开车，在系统达到高负荷生产后不久发现，中变炉一段CO转化率降低，且热点温度难以维持，不得不靠逐渐提高入口气温度来维持热点温度，利用中变炉二段、三段催化剂的活性来维持正常生产，种种迹象表明中变炉一段催化剂存在较严重的中毒失活；2019年8月以后，在低负荷下加入蒸汽进行再生，中变炉一段催化剂恢复活性。以下就有关情况作一介绍。
1 变换系统工艺流程及设备简介
安化公司第二套合成氨装置采用固定床常压间歇式煤气炉制半水煤气，经半脱系统常压栲胶脱硫塔粗脱后半水煤中的H2S含量降至70～90 mg/m3，继而进入10 000 m3气柜；气柜半水煤气直接进入半水煤气压缩机加压，压缩机三段出来的半水煤气压力2.15 MPa，经油水分离器分离油水后，进入饱和塔提温、增湿、洗涤，大部分饱和塔出口气与中压蒸汽（温度≥350 ℃、压力2.45 MPa）在蒸汽混合器中混合，然后进入热交换器与中变炉出口气间接换热提温至330 ℃左右，继而进入中变炉一段进行变换反应，中变炉一段出口气用饱和塔出口来的小部分半水煤气（作为冷气）混合并经1#增湿器降温增湿后进入中变炉二段继续反应；中变炉二段出口气用100 ℃的脱盐水在2#增湿器内降温增湿后进入中变炉三段继续反应。中变炉三段出口气与一段入口气在热交换器换热后，在水加热器回收热量［热水循环流程：饱和塔→热水塔→热水泵→水加热器（管程）→饱和塔］后进入低变炉上段，在Co-Mo系变换催化剂的作用下进行低温变换反应，之后低变气进入热水塔底部，与热水逆流接触传质传热温度降至约120 ℃出热水塔，再经变煮器进一步降温后进入变脱系统加压栲胶脱硫塔深度脱硫。
安化公司第二套合成氨装置中变炉规格为Φ3 200 mm×464 mm，H=20 104 mm，材质为15CrM，中变炉上段（一段）、中段（二段）、下段（三段）催化剂装填高度分别为1 600 mm、1 500 mm、2 700 mm，共装填催化剂70 t；中变炉操作温度≤500 ℃、操作压力2.3 MPa。
2 中变催化剂的装填、升温还原及使用情况
2.1 装 填
安化公司第二套合成氨装置本炉中变催化剂选用甘肃刘化（集团）亿诚化工有限责任公司生产的B113型中变催化剂，共70 t，中变炉上段装填17.5 t、中段装填18 t、下段装填34.5 t，进厂之前检测合格。2019年4月2日上午（当日天气晴朗，气候干燥）开始装填，装填前，催化剂过筛除掉粉尘，并认真检查了中变炉衬里及底部衬里，未发现有裂纹和漏缝；装填时，催化剂进行筛分，每段催化剂上方装填高100 mm、Φ50 mm耐火球，每段催化剂下方装填高50 mm、Φ25 mm耐火球；4月3日中变催化剂完成装填。总体而言，装填操作严格按预定方案进行，催化剂装填均匀、平整，装填工作无问题。
2.2 升温还原
中变催化剂升温用氮气作为载气，用中压蒸汽及加热电炉调节催化剂床层温度，用半水煤气入口大阀前的Φ57 mm×3.5 mm配氢副线调节配氢浓度，催化剂还原过程中严格遵守“提温不提氢，提氢不提温”的原则操作。2019年4月9日中变催化剂开始升温，4月13日中变催化剂还原结束（还原过程历时38 h，整个升温还原过程历时74 h），系统转入轻负荷（气量约26 000 m3/h）生产期；4月26日，系统加至满负荷运行（气量约75 000 m3/h）。
中变催化剂升温还原期间，催化剂床层温度稳定，无超温现象发生；但中变催化剂有“吃硫”现象，中变炉出口气长时间检测不出H2S，工艺气无法按时送往低变炉（安化公司第二套合成氨装置采用联醇工艺，低负荷下工艺气可先不经过低变炉，待中变炉出口气H2S含量正常后才投运低变炉），经测算,整个还原期间中变催化剂消耗H2S约315 kg。
2.3 中变炉一段催化剂使用情况
更多内容详见《中氮肥》2022年第5期