氨分解炉触媒烧结总结

中图分类号：TG155.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0164-02

山西焦化股份有限公司焦化厂第一煤气回收车间负责净化2×50孔6m焦炉产生的49600m3/h荒煤气（包括氨尾气和硫尾气4000 m3/h），其氨分解工段是将蒸氨塔（泡罩塔）顶部出来并经氨分缩器冷却后的氨汽在高温和镍催化剂作用下进行还原分解，反应后的氨尾气进入吸煤气管道。

原设计氨分解炉触媒（AD946）每运行2年更换一次，炉内衬每4年检修一次，2000年12月氨分解炉投产，2002年7月第一次更换触媒，2006年9月经过攻关，将氨分解炉（催化床温度控制指标800-900℃）已使用2年后的触媒经过筛分装入克劳斯炉（催化床温度控制指标1000-1100℃）继续使用，使触媒运行周期由2年延长至4年，2011年6月对氨分解炉炉体重新进行砌筑、触媒全部进行更换，到2013年6月为止运行刚满2年，2013年6月5日氨分解炉触媒出现烧结。

一、氨分解炉触媒烧结情况

2013年6月5日18时40分操作工巡检时发现氨分解炉炉膛热电偶斜上侧炉体大面积烧红且烧窜一小洞，6月6日开始对氨分解炉炉体烧红的地方进行处理（炉体烧红部分将其外侧筒体切割取出，部分隔热砖及轻质浇注料烧坏形成空洞，挖出烧坏部分用高铝浇注料填满塞实） 6月7日开始升温，其间对修补处进行测温，均在指标范围内。但6月9日17时氨汽入氨分解炉后，21时30分发现炉头与炉体连接处烧红。随后氨分解炉降温，6月16日-20日开人孔掏催化剂进行检查，发现氨分解炉触媒烧结严重，烧结损坏情况如下：

①氨分解炉最下部约500mm-700mm触媒连同K-K球全部烧结在一起，损坏最严重。

②炉内距底部500mm-700mm以上的触媒（包括KK瓷球）与炉内离耐火砖200mm以内触媒未烧结，触媒中心烧结较为严重。

③炉内耐火衬里拱脚砖严重变形、格子砖损坏、炉头与炉体连接相贯线处有约20mm裂缝、支撑横梁砖的牛腿砖西南侧下沉使牛腿砖不在一水平面上、相贯线处的支撑柱倒塌、炉头部分耐火衬里损坏、催化床热电偶保护砖损坏（如表1）。

二、原因分析

1、客观因素：氨分解炉炉体三点温度显示值较实际温度低，且偏差较大，误导了操作人员的调节，导致了氨分解炉超温烧结。

氨分解炉炉体有三点温度显示：炉顶温度、催化床温度、炉膛温度，炉膛温度显示值是炉膛内煤气、空气充分燃烧后炉膛空间的真实温度，催化床温度显示值是炉体内催化剂分解氨汽的温度，因氨汽分解是吸热反应，故正常生产时催化床温度较炉膛温度偏低，炉顶温度反映氨汽分解后的过程汽温度，氨分解炉运行时控制催化床温度800-900℃，即可满足氨汽分解率99%的工艺要求，此三点温度能够真实反映氨分解炉的运行状况，自2011年7月氨分解炉检修投用以来炉体三点最高温度炉膛温度显示基本在1000℃以内， 2013年5月23-28日温度控制最高期显示催化床温度在1000-1200℃、炉顶温度、炉膛温度1000℃左右，没有一次超过1400℃，而根据2011年氨分解炉触媒报告及触媒使用说明，AD-946催化剂耐高温为1400℃，耐火砖转化点为1700℃，K-K瓷球耐高温为1800℃，氨分解炉三点温度显示值与其触媒烧结存在矛盾，由此判断氨分解炉三点温度值显示偏低。

从炉体内部结构分析：原设计炉顶温度、催化床温度、炉膛温度三点温度计平行深入炉体约0.35m（刚玉管保护），但在实际运行过程中氨分解炉热电偶温度计受炉体内部过程汽腐蚀和催化剂偏移或下沉，损坏频繁，运行周期短，为此在2011年氨分解炉大修、炉体重新砌筑过程中将炉体三个温度点增加了耐火砖温度计保护装置，三点温度计的保护套管及温度计插入炉体长度减少至0.15m，氨分解炉直径为1.8m，即氨分解炉炉体每点温度计的深入长度距中心距离约为炉体半径的1/6，因此可知氨分解炉三点温度计显示的数据仅仅反映距离炉体内壁约0.15m 处的温度，不能准确反映炉膛、催化床、炉顶的中心温度，尤其是炉膛处因燃烧气流基本在中心位置，所以在炉体内壁附近测得温度比实际温度小很多，误导了正常操作。

综上所述由于氨分解炉炉温监测点深入炉体长度不足，炉温显示值与实际值相比偏低是导致其烧结的主要原因。

2、主观因素：氨分解炉运行调节不当导致氨分解炉高温烧结

2013年5月13日按计划对氨硫系统进行检修，5月22日系统指标运行正常后氨汽进入氨分解炉，对氨分解炉运行指标进行优化调节，在指标调节过程中 5月23日-28日氨分解炉煤气量由正常300m3/h左右提高至400m3/h左右，空气量由正常1300 m3/h提高至1800-2000m3/h，导致催化床温度、炉顶温度、炉膛温度在1000℃左右运行，氨分解炉各点温度尽管没有超过触媒烧结温度但已经远远高于指标要求。6月1日-5日催化床温度逐渐呈下降趋势，同时风压逐渐升高，直到5日8：00-9：00风压高到27-28KPa（正常15 KPa以下），从氨分解炉催化床温度计与触媒烧结连接一块的现象判断：触媒层下部烧结后，燃烧气流积聚在炉膛部位燃烧，不能顺利导出， 燃料在炉膛内积聚燃烧使得拱砖与格子砖损坏、相贯线处支撑柱损坏、牛腿砖、炉头耐火衬里损坏，最终造成炉体窜火烧穿。

由上得出氨分解炉运行指标偏离时，操作人员没有及时进行调节，同时对空气量、煤气量等一般工艺指标的变化情况不敏感，没有引起重视，对2013年5月23日-28日催化床温度超标的异常情况认识分析不足，没有及时采取有效措施，加剧了氨分解炉的烧结，因此氨分解炉运行调节不当是导致氨分解炉高温烧结的因素之一。

三、处置及预防措施

1、设备方面

①炉头燃烧器耐火衬里拆除后重新浇筑， 更换所有损坏拱砖、横梁砖、格子砖，更换损坏部分牛腿砖（对下沉的牛腿砖拆一块换一块），对炉内所有裂缝进行修补（裂缝5L用刚玉可塑料修补），炉内损坏的轻质砖用高铝浇筑料修补，在炉外相贯线指定位置（运行过程中烧红部位）将炉体部分割下，将损坏的耐火衬里挖出，用耐火高铝重质浇筑料将挖出部分塞实，其周围与炉体间隙同样用耐火重质浇筑料塞实，割下的炉体焊接恢复。

②因燃烧器和筒体相贯线拱顶下沉较严重，为保证安全，先制作安装拱模进行支

撑，保证拆除下沉的10#砖时，上部砌体不再下沉，支好拱模后，10#砖采用拆除两块，砌筑一块的方法进行，共处理砌筑10#砖14块，同时10#砖上部因拱下沉而凸出的17#砖也做了同样处理，最后对炉内相贯线处230*350的支撑柱进行恢复

③恢复催化床热电偶保护砖。为避免催化床热电偶温度计在生产过程中由于催化剂偏移或下沉而造成热电偶温度计破损，因此对催化床热电偶保护砖进行了恢复，而炉膛温度计保护砖没有进行修复。

④将炉内没有烧坏的触媒掏出过筛，烧坏的触媒进行更换。

2、工艺方面

（1）改变工艺指标控制模式

因氨分解炉热电偶温度保护砖位置已无法改变，为此氨分解炉温度控制指标需要重新摸索调整，同时因氨分解炉炉膛温度计保护砖破损没有进行修复，其显示值相对较为准确，因而在工艺控制过程中由原来的以催化床温度为控制指标，以炉膛温度和炉顶温度为参考指标的工艺调节模式改为以膛温度为控制指标，以催化床温度和炉顶温度为参考指标的模式进行控制。

以炉膛温度为控制指标进行升温，同时在升温过程中寻找炉体三点温度关联性，氨汽入炉后在不同温度下对氨的分解率进行分析，根据氨的分解率确定炉体三点温度的合理控制指标。

①升温过程控制

在正常升温过程中，130℃、300℃、600℃恒温时间分别为24h、24h、12h，为了使氨分解炉在各个恒温阶段炉体内部温度均匀，炉体三点温度趋于真实，将130℃、300℃、600℃恒温时间分别延长为72h、48h、24h，同时将130℃恒温温度定为110℃，300℃恒温温度定为270℃，各个恒温阶段恒温末期氨分解炉炉体三点温度基本能够达到平衡，110℃恒温期间氨分解炉炉膛温度为100-120℃、催化床温度85―105℃、炉顶温度75―95℃， 270℃恒温期间炉膛温度为270―330℃、催化床温度200℃、炉顶温度80 ℃， 600℃恒温期间炉膛温度为600℃、催化床温度530℃、炉顶温度230 ℃， 升温末期炉膛温度900℃、催化床温度780℃、炉顶温度760 ℃，炉膛温度较催化床温度高120 ℃较炉顶温度高140℃。

②氨汽入氨分解炉后温度指标的确定（在不同温度下的氨分解率）

炉膛温度800～850℃，催化床温度730～770℃时：（如表1）

炉膛温度750～800℃，催化床温度700～750℃时：（如表2）

炉膛温度700～750℃，催化床温度600～650℃时：（如表3）

由上表得出：氨分解炉炉膛温度控制在800-850℃时，催化床温度和炉顶温度均可稳定在730-770℃，在此指标条件下，氨分解率可达到99%以上，同时氨汽入炉前、后炉体三点温度变化趋势基本相同。

四、效果

氨分解炉修复投用1年以来，操作人员通过精心控制氨分解炉炉膛温度800-850℃、催化床温度和炉顶温度730-770℃，氨分解率能达99%以上，同时氨分解炉炉体外表面温度正常，氨分解炉能够稳定运行。

作者简介

栗艳平：（1976.04-），女，山西洪洞，工程师，工程硕士，2000年毕业于西北大学化学工程系，长期从事焦化行业生产技术工作。