作者：陈忠义 浙江上虞催化剂有限责任公司 A301型催化剂自91年8月份投放市场以来，迅速得到推广应用，十年来已累计销售6000余吨，用户达300余家，650余塔次，所配合成内件塔径从Ф500到Φ1600，包括双套管、三套管、并流、折流、冷激、冷激一间冷、轴一径向等几乎国内所有的内件结构，适用于以煤、油、气等原料制气及中小合成氨厂普遍采用的净化流程。同时多次荣获国内外大奖。如1993年荣获化工部科技进步一等奖，1994年被化工部评为十大适用化工新技术，被授予德国纽伦堡“新思维、新发明、新产品”国际展览会金奖，1995年荣获国家发明二等奖，1997年被中国专利局和世界知识产权组织授予中国专利金奖，2000年又被中国小氮肥协会评为氮肥工业十项高新技术。在今年6月中国氮肥工业协会在柳州召开的中氮年会上A301型催化剂作为唯一的氨合成催化剂向大会作正式推荐，并版发证书。今年A301型催化剂已出口俄罗斯，准备应用于30万吨大型合成氨装置。 A301型氨合成催化剂是我国独创的具有国际领先水平的氨合成催化剂，所谓独创性，主要是指A301型催化剂的母体为Fe1-XO基而非传统的Fe3O4，A301型催化剂是世界上第一个Fe1-XO基的氨催化剂，它是化学组成，晶体结构，物化性质及制备原理都与传统催化剂完全不同的新一代氨合成催化剂，属国际首创，技术水平达到国际领先水平，并拥有自主知识产权，已获中国、美国、德国、英国和丹麦发明专利权。所谓国际领先，主要指A301型催化剂具有低温高活性、极易还原、耐热抗毒性好、机械强度高等特点。其主要技术指标远远超过国内外任何一种铁催化剂。 1 A301型低温低压氨合成催化剂的技术特征 1.1 A301型催化剂的基本化学物理特征(见表1A301型催化剂与传统催化剂基本特征的比较) 1.2 A301型催化剂的基本催化特征： 特别容易还原和具有特别高的活性是A301型催化剂的基本催化特征，在完全同等条件下对比测定结果表明： A301型催化剂的活性比A110-2高10~20%，比ICI74-1高9-12%（低温低压下提高幅度更大）。 活性温度比A110-2低40℃，比ICI74-1型低25℃。 还原速度是A110-2的3.3-4.4倍，是ICI74-1的1.6-2.2倍。 1.3 A301型催化剂低（等）压合成氨工艺研究及工业旁路试验结果： A301型低温低压氨合成催化剂的重大突破，为我国开发节能型低（等）压合成氨工艺奠定了技术基础，利用A301型催化剂的技术优势，开发我国低（等）压合成氨工艺的条件已具备，时机已成熟。为此，浙江工业大学和华东理工大学一起，开展了系统的A301型催化剂反应工程研究，为催化反应工艺和设备设计提供完整的工程设计数据和操作依据。其中包括在镇海炼油化工股份有限公司化肥厂大型合成塔旁建立工业旁路试验，测定了A301催化剂在大型合成氨装置实际工况条件下的出口氨浓度和氨净值。部份实验结果如表2、3、4、5所示。 表1 A301型催化剂与传统催化剂基本特征的比较 项 目 传统催化剂 A301型催化剂 A110系列 Fe-Co型（IC174-1） 化学组成 结构式理论含氧量，%Fe2+/ Fe3+助催化剂 Fe3O427.60.5-0.6Al2O3, K2O, CaO, … Al2O3, K2O, CaO, CaO, … Fe1-XO22.3（少19.2%）3-20Al2O3,K2O, CaO, …(保密) 晶体结构 晶 相晶 型晶胞参数,nm 磁铁矿(反)尖晶石(立方)0.8396 维氏体, Wustite岩盐(立方)0.4313 物理性质 磁 性熔点, ℃比 重, g/cm3 铁磁性1597(Fe3O4)5.14(Fe3O4) 非铁磁性1377(FeO)5.7(FeO) 催化性能 还原性能还原温度(最快)还原温度(最终)还原速度(相对)活性温度(最佳)℃温 域, ℃活性,NH3%* 易530℃619℃1.0465±5360-52014.5(100) 较易516℃569℃1.6460±516.0(110.3) 特易480℃(低30-50℃)516℃(低50-100℃)3.3440±5325-50017.5(120.7) 表2 A301催化剂工业旁路试验的活性（7.5Mpa、6000h-1）a) 序号 催化剂床层温度 ℃ 空速h-1 出口氨浓度% 进口氨浓度% 氨净值% 1 2 3 4 5 1 425 430 432 432 430 6047 14.65 3.62 11.03 2 400 404 406 406 404 6034 14.80 3.60 11.20 3 375 380 381 380 379 6019 13.41 3.73 9.68 a)催化剂粒度1.6-3.0mm,装量20cm3,进口气体H2/N2=2.4-2.65,惰性气体≤2%. 表3 A301催化剂工业旁路试验的活性（10Mpa、6000h-1）a) 序号 催化剂床层温度 ℃ 空速h-1 出口氨浓度% 进口氨浓度% 氨净值% 1 2 3 4 5 1 450 457 462 462 461 5995 16.24 3.59 12.65 2 425 432 436 435 432 6056 18.80 3.61 15.19 3 400 407 409 408 406 6075 18.39 3.85 14.81 4 375 380 381 380 377 5983 16.17 3.60 12.57 5 350 354 355 351 350 6013 13.06 3.63 9.43 a) 催化剂粒度1.6-3.0mm,装量20cm3,进口气体H2/N2=2.4-2.65,惰性气体≤2%. 表4 A301催化剂工业旁路试验的活性（15Mpa、10000h-1）a) 序号 催化剂床层温度 ℃ 空速h-1 出口氨浓度% 进口氨浓度% 氨净值% 1 2 3 4 5 1 475 481 488 489 486 10055 17.94 3.58 14.36 2 450 458 464 465 462 10153 20.19 3.58 16.61 3 425 434 440 439 435 10118 21.19 3.58 17.55 4 400 408 412 409 406 10152 20.16 3.66 16.50 5 383 384 385 381 378 10078 17.54 3.65 13.89 a)催化剂粒度1.6-3.0mm,装量20cm3,进口气体H2/N2=2.4-2.65,惰性气体≤2%. 从表2可知，在7.5Mpa、6000h-1和大厂实际工况条件下，A301催化剂的氨净值（进口氨浓度3.6%）可达11.20%，完全可以满足工业生产的要求，利用A301催化剂实现等压合成氨是可行的。 表4表明，在Kcllogg型大型装置的15Mpa、10000h-1及实际工况条件下，出口氨浓度可达21.19%，当进口氨浓度为3.64%时，氨净值达17.55%。 表5 A301工业旁路试验结果与镇海化肥厂运行数据比较 类别 进塔压力Mpa 催化剂床层温度 ℃ 空速h-1 NH3% 氨净值% 空时得率 tm-3h-1 1 2 3 4 5 进口 出口 474 484 490 484 474 18056 3.65 19.81 16.16 1.877 A301a) 18.0 450 460 464 454 445 17957 3.64 20.72 17.08 1.958 425 435 436 423 415 18000 3.63 20.37 16.74 1.930 400 408 405 390 383 18036 3.59 17.78 14.19 1.675 镇海b) 18.5 357 500 430 491 17769 3.66 16.96 13.30 1.51 a) 催化剂粒度1.6-3.0mm,装量20cm3,进口气体组成同表1； b）装填A110 30m3，床层温度为一二段进出口温度，进出口氨浓度为现场实测值，当天产氨1089吨。 从表5可知，在镇海炼化化肥厂工况条件下，A301催化剂在18 Mpa和18000 h-1下出口氨浓度达20%以上，氨净值可达17%，生产强度可达1.9t/m3.h。分别比A110出口氨浓度提高3.76百分点（相对提高22.17%）、氨净值增加3.78百分点（相对提高28.42%），生产强度提高29.67%。