[00314837]低温高活性合成氨催化剂的研究

中国是世界上最大的合成氨生产国，到2011年合成氨的产量达到5100万吨，中国石油也是世界最大的合成氨生产企业(300万吨/年)，为中国粮食生产做出了巨大贡献。合成氨过程是高温(330～500℃)、高压(15.0～28.0MPa)过程，能耗巨大(中国每年生产合成氨消耗8395万吨标煤，占全国能源消费量的3.4%，世界3.5%的能源用于合成氨过程)。合成氨催化剂的成本在一个现代氨厂占产品成本的比例极小，但合成氨催化剂性能对整个装置的能耗起到十分重要的作用，而且其性能的改善还促进了合成氨新工艺的问世，提高合成氨催化剂的低温活性是该催化剂的研发方向。低温高活性合成氨催化剂可以提高合成转化率，降低气体循环比，降低操作压力，增加热量回收，因此开发低温高活性的合成氨催化剂对氨厂节能、增产具有重要意义。中国石油大型合成氨装置的催化剂低温活性差，为了提高催化剂的低温活性，进一步降低装置能耗，石油化工研究院2006年在原化工与销售分公司立项进行“低温高活性合成氨催化剂的研究”(0604A14-06)，研究目标：研制低温高活性合成氨催化剂，在压力≤15MPa、温度350～440℃、空速10000～25000h-1的条件下，出口氨浓度(mol%)达到19％以上。项目进行了催化剂配方设计及优化、催化剂制备方法、表征方法、催化剂活性稳定性评价等方面的研究工作，开发了含稀土、钼、钨的低温高活性合成氨催化剂，在430℃、15MPa、10000h-1下活性达到20.5～21.3%，达到合同规定的技术指标。将开发的催化剂(PAF-01型)与国内的A110-1、A202、A301、ICI74-1型催化剂进行同等条件下(HG/T 3545-2006)的活性比较，指标达到先进水平。2012年在石家庄正元化肥有限公司进行了工业应用试验。该项目开发的催化剂2012年5月开始在石家庄正元化肥有限公司18万吨合成氨装置工业应用，在JR型DN1000合成塔填装催化剂12.3吨,单塔生产能力大于4.5万吨/年，在461℃、27.0MPa、15000h-1的条件下，活性大于11.6%，满足装置运行要求，装置吨氨节能0.144GJ制备3种规格的催化剂12.3吨，并按照HG/T 3545-2006标准进行活性检测，在430℃、15MPa、10000h-1的条件下，出口氨浓度达到20.3%；在415℃、15MPa、30000h-1的条件下，出口氨浓度达到15.8%。12.3吨工业合成氨催化剂装入石家庄正元化肥有限公司合成氨装置中的一个JR型DN1000合成塔中，进行工业应用，结果表明：JR型DN1000合成塔投用后，整个氨合成系统操作压力降低1.5MPa，单塔生产能力大于4.5万吨/年，在461℃、27.0MPa、15000h-1的条件下，活性大于11.6%，满足装置运行要求，对企业增产、降耗起到重要作用。