1.4 瑞士卡萨利公司在跟踪A301型催化剂2年后，99年卡萨利公司总裁访问了我公司，并与我们签订了共同开发国际、国内市场协议。A301型催化剂经卡萨利公司全面检测后，认为A301型至少比国际商业催化剂性能提高10%，并专门向河北迁安化肥厂发了推荐函，认为迁安化肥厂在改造装置中如能改用A301型催化剂，则可： ·降低反应器出口压力：在同等条件下由145巴降到136巴。 ·提高反应器出口氨浓度：在同等条件下由20.25%提高到21.04%。 ·综合节能约45000大卡/吨.NH3。 经我公司与卡萨利公司的共同努力，A301型催化剂已出口到俄罗斯，准备应用于30万吨大型合成氨装置。 2 A301型催化剂的低温高活性 2.1 由于氨合成反应是个平衡反应，目前工业应用中传统催化剂使用温度都较高，然而根据测定到475℃时转化率已达到92.6%，要进一步提高出口氨浓度，必须提高低温下的催化剂活性，A301型催化剂在15.0Mpa，3×104h-1，H2/N2=3：1实验室条件下，450℃、425℃、400℃出口氨浓度分别达到18.12、17.59、15.1，比A110系列分别高出1.67、2.5、2.4，比A201型分别高出1.13、1.53、1.47，从反应动力学讲，A301型、A110系列及A201型反应活化能分别为159.03KJ/mol、171.58KJ/mol、165KJ/mol，由此可见A301的活性已远远超过A110系列和铁钴系列。在相同条件下，达到同样的出口氨浓度，A301型催化剂的反应温度比A110系列、A201型分别降低38℃和23℃。 在温度425℃，空速2×104h-1，H2/N2=3：1条件下，当反应器出口氨浓度达到18%时，A110-2型的压力为16.3Mpa，A201型为15.6Mpa，而A301型只要14.0Mpa，即A301型催化剂的操作压力可比A201降低1.6Mpa，比A110系列降低2.3Mpa，可以大大降低压缩功耗。 A301型由于具有较高反应活性，可在较高的空速下使用，当反应器出口氨浓度要求达到18%时，在15Mpa、425℃时，A110系列空速需低于1.75×104h-1，ICI74-1型需低于2.2×104h-1，而A301型为2.8×104h-1，这就为增加产量创造了条件。 2.2 工业应用中具体表现： 2.2.1 使用热点温度低、空速大、生产强度大。如江苏宜兴化肥厂，Φ1000单管折流式合成塔，装填A301型催化剂25.4吨，98年11月投运，至目前已运行2年9个月，热点温度仍控制在465℃，日产合成氨260T以上，进塔压力29.2Mpa，二进温度只98℃，如能把二进提至140℃，那么系统压力可进一步降低。山东郯城化肥厂，Φ1000轴径向合成塔，装填A301型催化剂18.8吨，97年1月投运，目前热点仍为470℃，445℃±5℃温度下运行2年多，最高日产合成氨300T，平均日产280T以上，合成能力仍有富余。至目前止已累计生产合成氨37万余吨，催化剂吨氨消耗已小于50g(国内大型氨厂合成催化剂平均吨氨消耗为80g)，该炉触媒予计仍可使用2年。安徽临泉化肥厂，Φ1200轴一径向内件，合成塔外筒净空高只15.179 M， 比新设计的Φ1200系统外筒短1.32m，少装催化剂1.2m3，配Φ800分离系统，使用A301催化剂，98年12月投运，平均日产合成氨354T，99年共生产合成氨119945T。至今已连续运行2年8个月。 2.2.2 冷激型合成塔内件，如NC轴径向型JR冷激一间冷型，ⅢJ-99型及YD型等，可在较低的零米温度下操作，零米温度可控制在350℃。在空速一样的条件下可获得较大的绝热温升以提高氨净值：在绝热温升一样的条件下，可增加循环量。这就为增加合成氨产量创造条件。 2.2.3 短时间停车，床层温度在260℃以上，可以不用电炉把温度提至正常操作温度。如陕西兴平化肥厂、去年9月份，在床层温度＜300℃而电炉又无法开启的情况下，通过精心操作把床层温度提至正常操作温度。 3 A301型催化剂的还原性能： 3.1 A301型催化剂的还原性能 A301型催化剂具有极易还原的性能，其还原反应的表观活化能为71.68KJ/mol，而A110 系列为93.3KJ/mol，根据还原动力学方程可知在相同的还原速率时，A301的还原温度低于A110系列的还原温度。实验表明，A301型还原温度比A110系列低50℃，比A201低30℃，还原速度是英国ICI74-1的1.6倍，是A110系列的3.3倍。A301催化剂还原主期温度为400-430℃，最终温度480℃。 传统催化剂与A301型催化剂的还原反应式： 1/3 Fe3O4 + 4/3 H2 = Fe + 4/3 H2O H2 - H1 = 60．4 KJ FeO + H2 = Fe + H2O H2 - H1 = 37．2 KJ 由此可以看出，还原出1摩尔Fe原子，传统催化剂所需的热量为60.4 KJ，而A301型催化剂只需37.2 KJ。即在同样的热量供给下，同样数量的A301型催化剂还原时间比传统催化剂时间要短。 A301型催化剂的氧化态母体为FeO，其理论出水量250kg/T左右，比传统催化剂减少14.5%。 3.2 在工业应用中具体表现为： 3.2.1 在同等的还原条件下，可缩短还原时间1-2天。若采用快速还原法，还原时间可大大缩短，如山东郯城化肥厂Φ1000标塔装A301型催化剂19T，升温还原时间累计79小时，有效出水时间50小时，还原后活性很好。目前已运行4年8个月，最高日产300T合成氨。 3.2.2 在同等条件下，可以在较小的电炉功率下还原。如石家庄联碱厂Φ1000矮塔，JR型内件，共装A301、A110-2型催化剂17T，原所配的700KW电炉与JR内件不配套被锯掉1/3多，实际电炉功率开不到300KW，在此条件下，仍能按时完成还原工作，底部温度提至470℃以上，没有因电炉功率偏小而影响生产计划。现日产合成氨200T，系统压力270kgf/om2，合成能力尚有富余。 4 A301型催化剂的耐热性 A301催化剂不仅在低温下具有高活性，而且具有良好的耐热性，在工业应用中表现为， 可在较高的温度下（480℃以上）长时间运行。如陕西兴平化肥厂，第一炉Φ1000塔，使用A301型催化剂，95年10月投运，因氨冷温度高，进塔氨浓在3.5-4.0%之间，故一开始热点就控制在485±5℃，连续运行3年半，正常生产负荷＞240T/d。又如福建永安智胜化工联合公司，Φ1000矮塔，三段冷激一间冷式内件，化四院厦门分院设计，装A301催化剂11.2T（3.4M3），97年元月投运至99年8月合成工段扩能改造，运行2年零8个月，初期操作热点就定为485±5℃，99年1-8月份热点温度为495±5℃，99年1-8月有效生产213天，产氨41582T，平均日产合成氨180T，催化剂的平均容积利用系数为52.9T/m3d。