一種合成氨預(yù)還原催化劑的制備方法及其制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種合成氨預(yù)還原催化劑的制備方法及其制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)上用催化合成法制取合成氨已有六十多年的歷史，所用催化劑是含有多種促進(jìn)劑的鐵催化劑。催化劑廠供應(yīng)的合成氨鐵催化劑一般都是以鐵的氧化物狀態(tài)存在的，在這種狀態(tài)下，其對(duì)氨的合成沒有催化活性，需要在合成塔內(nèi)進(jìn)行長達(dá)七天左右的升溫還原，才能使鐵的氧化物變成具有催化活性的體心立方晶格、多孔性的金屬鐵。這既影響了有效生產(chǎn)天數(shù)，又消耗了大量人力和財(cái)力。同時(shí)在還原操作中，由于水蒸氣濃度不宜控制，出水不完全等因素容易造成已還原的催化劑又被部分氧化，導(dǎo)致顆粒長大，催化劑的活性下降。
[0003]早在1959年，丹麥托普索公司就生產(chǎn)了KMR型預(yù)還原催化劑，后來英國、美國、德國等國家以及上述國家的跨國公司又在另外的許多國家都生產(chǎn)預(yù)還原催化劑。我國南京化學(xué)工業(yè)公司于1956年及1965年就先后進(jìn)行了研究，1976年后建立了低壓還原車間，同年遼陽化肥廠引進(jìn)了丹麥成套裝置，但長期以來還沒有批量的投入正常生產(chǎn)。
[0004]目前，預(yù)還原催化劑在制備工藝和裝置設(shè)備方面仍存在諸多弊端。就制備工藝而言，首先在升溫還原階段由于升溫速率不易控制，造成系統(tǒng)水氣濃度頻繁變化，致使已經(jīng)被還原的催化劑在系統(tǒng)內(nèi)再次被氧化，導(dǎo)致催化劑本身晶粒增大影響其活性;其次，系統(tǒng)水氣濃度的變化極易影響催化劑的強(qiáng)度，使其強(qiáng)度降低，縮短了催化劑的使用壽命;再者，在后期鈍化過程中在控制進(jìn)氣量方面也存在難度，進(jìn)氣量控制不穩(wěn)容易造成系統(tǒng)飛溫，影響設(shè)備使用壽命。
[0005]在制備裝置方面，由于還原塔在設(shè)計(jì)方面存在缺陷，在還原過程中導(dǎo)致氫氮?dú)庠谒?nèi)分布不均，這樣很容易在塔底形成死角，導(dǎo)致還原過程不徹底。這個(gè)缺陷帶來的附加后果就是后期鈍化過程不到位，以至于在卸塔的過程中未鈍化徹底的催化劑見空氣局部急劇升溫，造成催化劑結(jié)疤。而且，在鈍化過程中大部分廠家采用鈍化槽鈍化，存在的問題就是由于鈍化槽內(nèi)徑較大，很容易造成氣體分布不均，從而致使鈍化不徹底，卸塔易起火。另一方面，目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用單塔還原，還原能力有限，影響產(chǎn)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種合成氨預(yù)還原催化劑的制備方法及其制備裝置，具有還原時(shí)間短、還原質(zhì)量高、水汽濃度不易超標(biāo)、還原出水量少，減少了生成的稀氨水量等優(yōu)點(diǎn)，使合成氨預(yù)還原催化劑年產(chǎn)1000T以上，節(jié)能降耗、大大提高產(chǎn)量，且所得合成氨預(yù)還原催化劑產(chǎn)品低溫活性高。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]—種合成氨預(yù)還原催化劑的制備方法，其包括如下步驟:
[0009]將合成氨鐵催化劑置于還原塔內(nèi)，通入加熱后的氫氮?dú)?，將熱量帶給合成氨鐵催化劑，并控制升溫速率為30?40°C/h，當(dāng)合成氨鐵催化劑溫度升至365?380°C開始進(jìn)行還原反應(yīng)，還原反應(yīng)壓力為0.7?0.73MPa，所述還原反應(yīng)依次包括還原初期、還原主期、還原末期;還原反應(yīng)結(jié)束后，氫氮?dú)馀懦鲞€原塔，并將還原塔內(nèi)溫度降至50°C以下、壓力控制在常壓后，將空氣通入還原塔內(nèi)進(jìn)行鈍化，鈍化階段的壓力維持在0.018?0.02MPa ；待還原塔內(nèi)溫度降至46°C以下，鈍化結(jié)束，得到合成氨預(yù)還原催化劑；
[0010]其中，所述還原初期時(shí)的升溫速率為5?10°C/h，溫度為365?380°C，還原時(shí)間224h;還原主期時(shí)，觸媒熱點(diǎn)溫度為460?480°C ；還原末期時(shí)，溫度提高至480?500°C，升溫速率為1?2°C/h，還原時(shí)間>10h。
[0011]進(jìn)一步，所述氫氮?dú)庵袣錃獾捏w積比為90?92%。
[0012]本發(fā)明所用的合成氨鐵催化劑為可以購買到的常規(guī)合成氨鐵系催化劑即可。
[0013]本發(fā)明所述合成氨預(yù)還原催化劑的制備裝置，其包括，氨冷凝器，其上下設(shè)置氣體出口、氣體進(jìn)口及位于底部的出水口；水冷凝器，其上下設(shè)置氣體出口、氣體進(jìn)口和位于底部的出水口，及其頂端開設(shè)循環(huán)氣進(jìn)口、下部開設(shè)循環(huán)氣出口 ；所述水冷凝器的氣體進(jìn)口通過管道連接所述氨冷凝器的氣體出口 ；循環(huán)機(jī)，其進(jìn)口通過管道連接水冷凝器的循環(huán)氣出口，該管道通過放空閥與空氣源連通;其出口通過管道連接氨冷凝器的氣體進(jìn)口，該管道通過補(bǔ)氣閥與氫氮?dú)庠催B通;至少一個(gè)脫水塔，其上分別開設(shè)氣體進(jìn)口、氣體出口；所述脫水塔的氣體進(jìn)口通過管道連接所述水冷凝器的氣體出口 ；加熱器，其上下設(shè)置氣體出口、氣體進(jìn)口，及其頂端開設(shè)循環(huán)氣進(jìn)口、下部開設(shè)循環(huán)氣出口 ；所述加熱器的氣體進(jìn)口通過管道連接所述脫水塔的氣體出口 ；所述加熱器的循環(huán)氣出口通過管道連接所述水冷凝器的循環(huán)氣進(jìn)口；第一、第二還原塔，其側(cè)壁上下分別開設(shè)氣體進(jìn)口、氣體出口；所述第一、第二還原塔的氣體進(jìn)口通過管道分別連接所述加熱器的氣體出口，所述第一、第二還原塔的氣體出口通過管道分別連接所述加熱器的循環(huán)氣進(jìn)口。
[0014]進(jìn)一步，所述第一、第二還原塔的氣體進(jìn)口通過一公共管道連接所述加熱器的氣體出口。
[0015]又，所述第一、第二還原塔的氣體出口通過一公共管道連接所述加熱器的循環(huán)氣進(jìn)口。
[0016]所述脫水塔設(shè)兩個(gè)，包括兩個(gè)并聯(lián)的第一、第二脫水塔，其中，第一、第二脫水塔的氣體進(jìn)口設(shè)于塔下部，第一、第二脫水塔的氣體出口設(shè)于塔頂端。
[0017]再，所述第一、第二脫水塔的氣體進(jìn)口通過一公共管道連接所述水冷凝器的氣體出口，所述第一、第二脫水塔的氣體出口通過一公共管道連接加熱器的氣體進(jìn)口。
[0018]所述第一、第二脫水塔為分子篩脫水塔。
[0019]本發(fā)明所述的制備裝置工作時(shí)，氮?dú)錃馐紫纫来芜M(jìn)入氨冷凝器、水冷凝器，之后進(jìn)入第一、第二脫水塔，再進(jìn)入加熱器進(jìn)行加熱，高溫的氮?dú)錃鈴牡谝?、第二還原塔上部的氣體進(jìn)口分別通入第一、第二還原塔內(nèi)，高溫的氫氣與第一、第二還原塔內(nèi)氧化態(tài)的催化劑反應(yīng)，該反應(yīng)過程有水生成，還原反應(yīng)的原理為Fe0+H2 = Fe+H20(g)-Q，F(xiàn)e203+3H2 = 2Fe+3H20
(g)-Qo
[0020]第一、第二還原塔內(nèi)，還原反應(yīng)結(jié)束后的氣體(以下稱為循環(huán)氣)由塔的氣體出口流出進(jìn)入加熱器，然后進(jìn)入水冷凝器使得循環(huán)氣中的水蒸氣液化并從水冷凝器底部流出；之后，循環(huán)氣通過循環(huán)機(jī)進(jìn)入氨冷凝器進(jìn)行更深層次的液化，液化后的水從氨冷凝器底部流出，使反應(yīng)產(chǎn)生的水分完全被除去，循環(huán)氣在循環(huán)機(jī)作用下進(jìn)行下一輪的還原。
[0021]本發(fā)明需要指出的是在升溫還原過程中系統(tǒng)不斷補(bǔ)入氫氮?dú)?，然后由放空閥不斷放出未參加反應(yīng)的氮?dú)?，使系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，從而維持系統(tǒng)壓力的恒定，直至升溫還原過程結(jié)束。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)勢之一在于還原塔采用了雙塔并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，從而大大提高了還原能力，使年產(chǎn)量增加30?40%。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢是放棄了鈍化槽的使用，升溫還原和鈍化兩個(gè)過程都在還原塔內(nèi)進(jìn)行，大大簡化了操作的難度，在鈍化過程中控制溫度的方法更加多樣，易于操作。同時(shí)，本發(fā)明在鈍化過程中摒棄了對(duì)空壓機(jī)的使用，采用了循環(huán)風(fēng)機(jī)抽負(fù)壓的方法，該方法既降低了電力的消耗又確保了系統(tǒng)有穩(wěn)定的進(jìn)氣量，從而避免了空壓機(jī)因人為操作失誤造成系統(tǒng)進(jìn)氣量不穩(wěn)的問題。
[0023]本發(fā)明所述制備方法和裝置不僅適用于還原鈍化鐵系的合成氨催化劑，也適用于還原鈍化用鎳系催化劑、甲醇合成催化劑，【具體實(shí)施方式】和還原鈍化鐵系催化劑相同。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]1.本發(fā)明整個(gè)升溫還原過程在0.7?0.73MPa的低壓條件下進(jìn)行且還原過程采用高氫(氫氮?dú)庵袣錃獗壤嫉?0?92%)進(jìn)行還原，還原徹底，保證了催化劑的活性，大大提高了催化劑還原質(zhì)量。另外在還原和鈍化工程中生產(chǎn)條件相對(duì)穩(wěn)定，確保了催化劑的高強(qiáng)度和良好的活性。
[0026]2.本發(fā)明顯著增加了還原塔的有效生產(chǎn)時(shí)間:使合成氨廠預(yù)還原催化劑時(shí)所用還原時(shí)間至少縮短70%，節(jié)約合成氨催化劑還原階段所需的煤，電消耗及操作費(fèi)用，早出氨，這對(duì)于大中型合成氨廠十分重要。
[0027]3.本發(fā)明在鈍化過程中摒棄了對(duì)空壓機(jī)的使用，采用循環(huán)風(fēng)機(jī)抽負(fù)壓的方法，使循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)端形成負(fù)壓，在外界大氣壓的作用下使空氣自然吸入。該方法既降低了電力的消耗又確保了系統(tǒng)有穩(wěn)定的進(jìn)氣量，從而避免了空壓機(jī)因人為操作失誤造成系統(tǒng)進(jìn)氣量不穩(wěn)的問題。
[0028]4.本發(fā)明所述還原塔采用了雙塔并聯(lián)的設(shè)計(jì)，第一、第二還原塔同時(shí)升溫還原和鈍化，從而大大提高了生產(chǎn)能力，使年產(chǎn)量增加30?40%。
[0029]5.本發(fā)明升溫還原和后期的鈍化在同一設(shè)備中進(jìn)行，沒有采用鈍化槽進(jìn)行鈍化，不但操作起來方便而且還原和鈍化都很徹底，保證了催化劑的活性，延長了催化劑的使用壽命ο
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)施例裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。下列實(shí)施例中未標(biāo)明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。
[0032]本發(fā)明所述的合成氨預(yù)還原催化劑的制備裝置，其包括，氨冷凝器1，其上下設(shè)置氣體出口 11、氣體進(jìn)口 12及位于底部的出水口 13;水冷凝器2，其上下設(shè)置氣體出口 21、氣體進(jìn)口 22和位于底部的出水口 23，及其頂端開設(shè)循環(huán)氣進(jìn)口 24、下部開設(shè)循環(huán)氣出口 25;所述水冷凝器2的氣體進(jìn)口 22通過管道連接所述氨冷凝器1的氣體出口 11;循環(huán)機(jī)3，其進(jìn)口通過管道連接水冷凝器2的循環(huán)氣出口 25，該管道通過放空閥4與空氣源連通;其出口通過管道連接氨冷凝器1的氣體進(jìn)口 12，該管道通過補(bǔ)氣閥5與氫氮?dú)庠催B通;至少一個(gè)脫水塔(本實(shí)施例以兩個(gè)并聯(lián)的第一、第二脫水塔6、6’為例)，第