王爱民
（中国石油独山子石化塔里木石化分公司，新疆 库尔勒841000）
［摘 要］中国石油独山子石化塔里木石化分公司450 kt/a气头合成氨装置氨合成塔采用托普索S-300型氨合成塔内件（三径、层间换热形式），氨合成塔顶部装填KM1R型预还原催化剂、底部装填KM1型未还原催化剂。自2010年5月投运以来，氨合成塔多次发生催化剂床层温度下降以及垮温现象，带来诸多问题。分析与探讨氨合成塔温度（床层热点温度、进/出口温度、塔壁温度）、氨合成系统气体（新鲜气、合成回路气）成分、空速、压力等对氨合成反应的影响，以实际生产情况为例，介绍几种较为常见的氨合成塔床层垮温现象、原因及其解决措施。目前塔石化本炉氨合成催化剂已超预期使用年限（已用14 a），为避免发生氨合成塔床层垮温而致即将更换的催化剂提前失活，造成系统被迫提前检修，强调了氨合成催化剂使用后期的注意事项。
［关键词］合成氨装置；氨合成反应影响因素；氨合成塔垮温；原因分析；应对措施；氨合成催化剂；使用后期注意事项
［中图分类号］TQ113.26+6.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）03-0028-04
0 引 言
中国石油独山子石化塔里木石化分公司（简称塔石化）450 kt/a合成氨装置采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺（由中国成达工程有限公司据托普索工艺包完成初步设计和详细设计）及高低变变换、MDEA脱碳、甲烷化以及氨合成（冷冻）工艺，2010年3月24日一段（转化）炉首次点火，2010年5月5日合成氨装置成功打通全流程产出液氨，试车投产一次成功，总体上运行情况较好。自投运以来，塔石化氨合成塔多次发生催化剂床层温度下降以及垮温现象，致使合成汽包产汽量大幅下降而造成蒸汽系统工况紊乱，氨产量下降，系统能耗增加，对氨合成催化剂造成一定的损害，而氨合成塔垮温在一定程度上会使氨合成催化剂更快达到使用寿命后期，使系统操作难度加大；且目前塔石化氨合成催化剂使用年限已经超过预期年限，使用后期须注意维护好催化剂，避免发生床层垮温而致即将更换的催化剂提前失活，造成系统被迫提前检修，突增消耗。现阶段，应在操作条件允许的情况下逐
渐提高氨合成塔入口操作温度，操作中避免工艺指标大幅变化，并做好更换氨合成催化剂的前期各项准备工作。以下对有关情况作一介绍。
1 氨合成塔与催化剂简介
塔石化氨合成塔采用TopsΦe 300系列（S-300）径向流合成塔，合成塔内件整体结构为三径、层间换热形式。据工艺特点，氨合成塔内件大致可分为催化剂筐、第一床层、第一床层内部热交换器、第二床层、第二床层内部热交换器、第三床层及第三床层内部导管等，可通过冷副线气量调节第一床层的进口温度，离开第三床层的气体从中心管外的环隙流向塔底出口，出塔气进入合成废锅（E501），大部分的反应热用来副产蒸汽。塔石化氨合成塔（R501）装填的是托普索氨合成催化剂，为改进型铁基KM1R（预还原）和KM1（未还原）催化剂——氨合成塔顶部装填12.2 t的KM1R型预还原催化剂，底部装填42.3 t的KM1型未还原催化剂。
2 氨合成反应影响因素分析
2.1 氨合成塔温度
氨合成反应（3H2+N2====2NH3）为放热反应，温度低反应平衡常数大，利于反应正向进行，但温度高利于提升反应速度，故需选择一个适宜的温度。塔石化据氨合成催化剂的活性，一般控制催化剂床层温度在460～500 ℃。氨合成塔温度参数还包括氨合成塔床层热点温度、进/出口（气）温度、塔壁温度。
2.1.1 氨合成塔床层热点温度
塔石化氨合成塔整体结构为三径、层间换热形式，床层热点温度在第一层，催化剂使用初期，其热点温度可以控制得低一些；催化剂使用后期，其热点温度可以控制得高一些，为保证氨产量，也需逐渐关小冷激副线阀，即可以用减少循环量的办法来调控床层热点温度。这也是塔石化氨合成催化剂使用后期操作调控措施之一。
2.1.2 氨合成塔进/出口（气）温度
氨合成塔进/出口（气）温度与催化剂第一床层入口温度有关，调整入塔气温度时，要关注其对氨合成塔出口温度的影响，且氨合成塔进/出口（气）温度与氨净值有直接关系。氨合成催化剂使用后期，会逐渐提高氨合成塔进口（气）温度。这也是塔石化氨合成催化剂使用后期操作调控措施之一。
2.1.3 氨合成塔塔壁温度
氨合成塔塔壁温度是卧式氨合成塔升温期间的重点监控指标，塔石化立式氨合成塔塔壁温度主要是日常生产中监看。
2.2 氨合成系统气体成分
2.2.1 氨合成新鲜气成分
更多内容详见《中氮肥》2025年第3期