让国产催化剂登上世界节能制高点

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让国产催化剂登上世界节能制高点

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让国产催化剂登上世界节能制高点

作者：王玲内容来源：中华新闻点击数：更新时间：2007-10-19

    被人们称为“粮食中粮食”的肥料对农业生产及人民生活有着极其重要关系。据统计，2006年，我国规模以上的化肥生产企业达1000多家，化肥总产量5304万吨（折纯），化肥消费量达到5100万吨以上，其中农用化肥施用量占4800万吨。目前，我国化肥总产量占全球产量的25％左右，其中氮肥产量居世界第一位，化肥消费量占全球消费总量的30%。面对如此大消费量，就化肥生产的关键环节——合成氨催化剂研发与生产企业而言，他们的产品在节能上每提升一个百分点，对我国的资源保护与化肥产业技术进步都是就意味着一笔巨大财富。正是基于此，我们采访了盘锦南方化学辽河催化剂有限公司总经理陈超。
    　　
    新型催化剂凸显经济与节能优势
    　　
    陈超总经理首先向我们介绍了我国合成氨及氮肥催化剂研发生产状况。他告诉记者，我国的氮肥催化剂研究开始于50年代。当时由于美国侵略朝鲜的战争爆发，以美国为首的一些国家对中国采取全面经济封锁，中断了氮肥催化剂进口渠道。

    我国科学家自立更生经过不懈努力，研发出了Ａ６型氨合成催化剂。经过五十多年的发展，现在我国的氨合成催化剂随着合成氨生产技术的发展和节能降耗的需要，国产氨合成催化剂在品种、型号上不断发展，性能不断提高，拥有了一批可适用不同类型的氨合成塔、不同类型合成氨工艺的氨合成催化剂，三大系列18个型号。三类型氨合成催化剂中，磁铁基催化剂日前仍是主要使用对象，其产量占全国的70%左右，其典型代表是A110-1（A110-1-H）、A103、A103H。它们占A1系列的60%以上，在我国大型氨厂中更是占绝对的比例。应该说，这些氨合成催化剂为我国氮肥快速发展起到了巨大推动作用，功不可没。但任何事物都不可能尽善尽美，其耗能指标及催化时间上仍不尽人意。

    作为我国催化剂研发和生产的骨干企业，盘锦南方化学辽河催化剂有限公司应该在我国氮肥生产的节能减排中做些什么？这成了企业发展乃至关系企业责任关怀亟待破解的难题。在这种情况下，企业决心与科研单位联手，走一条产学研相结合的发展我国氨合成催化剂的路子。于是，他们与浙江工业大学合作，将他们研制发明并拥有自主知识产权的Amomax-10型氨合成催化剂、Amomax-10H型预还原型氨合成催化剂引入企业。通过高校科技工作者与企业长期合作、不断实践、不断探索、不断开拓，推进其产业化，让其在节能减排中发挥应有作用。

    科研人员通过对氧化亚铁基催化剂还原与钝化的深入研究，开发了获得最佳性能的预还原型催化剂的制备工艺。应用结果显示，运用这种工艺生产出的产品，具有更好的低温活性和热稳定性。该产品与同类产品相比，居于国际领先地位，尤其是预还原型催化剂的推出，进一步提升了氧化亚铁基催化剂在合成氨厂的使用效果，解决了氧化亚铁基催化剂极易还原与大型氨厂还原设施不足的矛盾，节能效果非常明显。

    工业应用表明，在接近相同的产量下，使用Amomax-10与使用A103相比，合成塔进出温升提高25℃，相当于氨净值提高约1.7个百分点，循环气量下降15%（在惰气含量比原来高1.0个百分点情况下）。仅提高氨净值就能带来如下经济效益：氨净值每提高1个百分点，可提高氨产量7%～10%；以最低值来计算，日产氨可提高11.9%，日产氨可达1119吨（以日产1000吨为计算），瞬间产氨有达到49吨/小时的记录；以年产33万吨计，年可增产合成氨39270吨，可增产尿素62832吨；以现在尿素出厂价格1750元/吨计算，合产值约9398万元。这组数据表明两种新型催化剂与传统的同类产品相比，具有明显经济优势和节能优势。

    专家预计，2010年全球合成氨表观消费量可望达到1.54亿吨，将增加2000万吨。巨大的需求也给新型催化剂节能减排提供了巨大空间和历史舞台。
    　　
    让老设备也在节能减排中发挥潜能
    　　
    全国有合成氨生产企业五百七十多家，其中产量达30万吨以上的有34家，除极少数为国产化装置外，其余均系国外引进，荟萃了当今世界上以天然气和石脑油为原料的凯洛格传统工艺、凯洛格-TEC工艺、托普索工艺、节能型的AMV工艺和布朗工艺；以渣油为原料的德士古渣油气化工艺和谢尔气化是主要的合成氨工艺技术。
   　
    为了使Amomax-10型氨合成催化剂、Amomax-10H型预还原型氨合成催化剂尽快适应国情，发挥应有的效能，在企业大力支持及密切协作下，浙江工业大学的科技人员与盘锦南方化学辽河催化剂有限公司的科技人员一道将其引入工业应用中。

    川化股份公司的二化装置是我国1973年从国外引进的大化肥装置。其氨合成塔为凯洛格三层冷激式轴向塔。1991年，引进CASALE公司技术，对其氨合成塔内件进行大规模节能技术改造，塔内流程改为带内换热器的三层冷激式轴径向塔。塔设计产量1200吨/日，采用A110-1H/A110-1氨合成催化剂。但是由于配套问题，在1992年至2003年期间，合成氨装置实际最高产量只有1070吨/日，没有充分发挥合成塔效益。

    为让设备达到设计目标，2003年，企业应用了Amomax-10 omax-10H催化剂，进行生产实践。这次装填采用了密式装填法。装填第一床层装填体积11.0m3，装填量26.4吨，装填密度2.4kg/L；第二床层装填体积16.0m3，装填量38.4吨，装填密度2.4kg/L；第三床层装填体积25.2m3，装填量61.6吨，装填密度2.44kg/L。使用全塔Amomax-10H,还原时间总共36小时，大大缩短了还原时间，比预计第二三层采用氧化态催化剂至少节约2天时间。

    在化肥生产中，稀氨水处理是个世界性的难题。据专家估计，我国在化肥生产中，所产生的稀氨水可能在亿吨以上。过去我国对过剩稀氨水的处理，传统的做法是采用蒸氨的方式，通过外加热源将氨驱赶出来，然后再回收利用。该方法虽然对氨的回收利用率较高，但因需要消耗蒸汽而增加回收的成本，而且还存在不能一次性问题，产生部分NH3-N，对环境造成一定程度的污染。一个100 kt/a合成氨装置，每年产生的稀氨水量远远超过20000 m3，每年所需蒸汽大大超过3968t以上。而使用全塔Amomax-10H，由于总出水量小，采用一次通气还原流程后，做到了零污染排放，没有低浓度氨水排放，具有良好的环境保护效应。

    与此同时，其产生的经济效益也是十分可观的。使用全塔Amomax-10H,比使用氧化态催化剂至节约2天时间，可以增产液氨2000吨，创造约500万人民币产值，相当于一炉催化剂费用。合成气压缩机和冰机，由于合成回路循环流量显著下降，压缩机功耗明显下降，总共可以节约中压动力蒸汽约每小时４～６吨，可以为企业创造经济效益每年约300万元人民币。

    大化集团合成氨装置为Topsoe S-200型合成塔，催化剂装量为第一层13.7m3，第二层39.8m3，全部装填Amomax-10H型预还原催化剂，于2005年6月投入使用。其整个还原过程共历时40小时，出水量25Kg/t；起始还原出水温度低于200℃，还原升温至380℃，有明显合成氨反应。装置更换催化剂之后，采用全炉预还原，还原时间较短，出水量少，还原时产生高浓度的氨水(98%)。更换前采用A110-1H型预还原催化剂，与更换前后相比：合成塔温升由169℃提高到202℃，提高33℃；第一床层入口温度从380℃下降到360℃时，床层温升从115℃提高到120℃，床层温升增加了5℃；第二床入口温度从370℃下降到357℃后，床层温升从59℃提高到87℃，增加28℃；入塔压力从142bar降到了128bar，下降了14bar；在相近的产量下，循环气量减少很多，合成压缩机的功耗减小，压缩透平的蒸汽耗量每小时可节省了6吨。

    大化使用该新型催化剂，还原时间缩短至40个小时，比上一炉催化剂还原节省3.5天，节省了大量的原料与能源消耗，节约还原开车费用约500万元，整个还原期间无稀氨水排放，还能产氨一百多吨。增加产值约900万元。辽通公司在接近相同的产量下，使用Amomax-10与使用A103相比，合成塔进出温升提高25℃，相当于氨净值提高约1.7个百分点。

    让“中国制造”走向世界

    采用高活性的氧化亚铁基氨合成催化剂制备预还原型催化剂，不仅是国内研发的新型催化剂，也是国际首创的氨合成催化剂。它的出现，为世界催化剂研发开拓了一个新渠道和一个崭新的领域。这种新型氨合成催化剂引起了世界合成气领域的重视。

    国际上的氨合成催化剂主要以磁铁基催化剂为主。此类催化剂虽然型号众多，但不同程度上存在着催化活性低、低温低压活性差、难活化、起活温度较低、产氨晚且耐热与抗毒性能及机械能力弱等不足，不仅生产周期长，增加了生产耗时，限制了产量，而且耗能高，可利用成分损耗大，既不利于资源利用，又不利于保护环境。
   　
    针对这些问题，从20世纪80年代起，我国科研人员在分析了大批资料和生产过程数据的基础上，采用X射线衍射、穆斯堡尔谱、扫描电镜等多种实验手段，深入剖析磁铁基催化剂活性衰退较快的内在原因，进行了氨合成催化剂制备试验，并首次制得了一批铁比值远远高于传统经典值的催化剂，突破了国际上沿袭了八十多年的熔铁催化剂的传统体系，进而发明了氧化亚铁基氨合成催化剂。Amomax-10型和Amomax-10H型氨合成催化剂不仅表明了我国是至今为止世界上惟一拥有氧化亚铁基氨合成催化剂及氧化亚铁基预还原氨合成催化剂自主知识产权的国家，而且表明了我国在该领域的国际领先的突出优势，引起了国际氨合成业高度关注。

    2004年10月，俄罗斯Perm一套年产45万吨合成氨的装置选用了Amomax-10催化剂，其合成塔为Casale三层轴径向型，总装量36.9m3。Amomax-10在Casale合成塔中表现出了非常好的活性，与AS4在运行末期相比，在接近的产量时，其氨净值提高了2.3个百分点，而系统压力下降了9bara。

    首批催化剂出口俄罗斯，在大型合成氨装置的PERM公司上应用，赢得用户很好的口碑，为打开国际市场获得了声誉和先机。2005年初，公司又将产品打入奥地利，在欧洲中部拥有了又一块市场。2005年10月公司再一次把产品打进了美国市场，并在卡萨里轴径向三床层反应器上运用。2004年9月～2006年6月，在不足两年的时间里，公司的此类催化剂产品在国外体积装量已经达到了174.36立方米，创下了中国原创新催化剂产品出口的一个奇迹。如今，已出口美国、德国、奥地利、俄罗斯、澳大利亚等10个国家和地区。

    在前不久召开的氨合成催化剂技术交流暨新产品推广会上，共有来自10个国家113名代表出席了本次会议，其中包括除中国之外的其余9个国家28位同行代表。会上有10位国内外专家、代表分别就Amomax-10/10H新型氨合成催化剂的组织结构、性能特点、反应机理和技术优势、国内外工业应用情况等做了精彩报告，同时还就新型催化剂市场推广等进行了交流。与会专家与用户代表一致认为，该新型催化剂与目前国内外工业上应用的铁基氨合成催化剂相比，无论是在使用性能、经济性，还是在节能减排等方面均具有明显的先进性，其工业应用技术是成熟的，具有巨大的推广应用价值。

    会上，中国寰球工程公司伍宏业设计大师高兴地说，这次来参加会议，开始是抱着来听听的态度，现在看来，是很值得来的。我们和盘锦在国产化的45万吨合成装置应继续合作。做到把该装置及配套的催化剂等所有技术都具有自主知识产权，推向国内外。我想这件事肯定能做好，我们在德州已有例子，只要再改进，把Amomax-10/10H配上即可。

    最后，陈超总经理表示，Amomax-10/10H型氨合成催化剂作为新型环保催化剂所以能产生如此突出节能效果及得到业界广泛认可。首先，要归功于浙江工业大学课题组20多年长期不懈的努力，其次，要归功于广大的使用厂家对该项工作的鼎立支持。今后，我们将坚持企业长久发展策略，依托德国南方化学集团、华锦集团两大优势企业，联合大专院校、科研院所，研发、生产更多让用户满意的优质节能型催化剂。
    　　
    　　Amomax-10/Amomax-10H化肥用户
    　　No. 厂名生产能力装用日期装量(m3) 型号塔型
    　　1 辽河化肥厂 1070MTPD 2003.12 76.3 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 4 BedAxial/radial 2 大化合成氨厂 1000MTPD 2005.05 54 Amomax-10H HT 200 radial
    　　3 阿克苏华锦化肥 1000MTPD 2005.11 36.4 Amomax-10H HT 200 radial
    　　4 锦西天然气化工有限责任公司 1000MTPD 2006.12 42.36 Amomax-10H Braun 3rd bed
    　　5 天脊煤化工集团有限公司 1000MTPD 2006.04 4.6 Amomax-10H Casale 1st bed
    　　6 湖北化肥厂 1000MTPD 2006.05 68.2 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 Bed
    　　7 建峰化肥厂 1000MTPD 2006.07 15.91 Amomax-10H Braun 3rd bed
    　　8 川化股份有限公司 1200MTPD 2006.12 52.2 Amomax-10H/Axial/radial Casale 3 Bed
    　　9 云南天安化工公司 1660MTPD 2007.12 85.1 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 Bed Axial/radial
    　　10 洞氮化肥厂 1000MTPD 2007.10 68.2 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 Bed
    　　11 潼南化肥厂 200MTPD 2003.2 1.48 Amomax-10H Reactor not in Operation
    　　12 烟台巨力化肥 400MTPD 2004.11 1.5+8.5(两套） Amomax-10 600mm/800mm
    　　13 邯郸化肥厂 400MTPD 2005.02 2006.04 19.3 Amomax-10H/Amomax-10 1600mm
    　　14 泸州叙永化肥厂 150MTPD 2005.7 0.8 Amomax-10H Partial Loading
    　　15 川北化肥厂 300MTPD 2005.7 0.6 Amomax-10H Partial Loading
    　　16 秦皇岛化工 150MTPD 2005.9 1.3 Amomax-10H Partial Loading
    　　17 太康昕州化工 150MTPD 2005.9 4 Amomax-10H/Amomax-10 Partial Loading
    　　18 本溪化肥厂 300MTPD 2005.9 5.5 Amomax-10H/Amomax-10 Partial Loading
    　　19 宜宾金岭化工 300MTPD 2005.12 1.4 Amomax-10H 800mm
    　　20 宜宾金岭化工 300MTPD 2006.02 4.5 Amomax-10H 1000mm
    　　21 成都玖源 400MTPD 2006.03 5.5 Amomax-10 800mm
    　　22 山东海化金星化工 400MTPD 2006.03 3.5 Amomax-10H 1200mm
    　　23 河北东光化工 300MTPD 2006.05 1.2 Amomax-10H Partial loading
    　　24 秦皇岛市化工集团昌黎分公司 300MTPD 2006.05 1.8 Amomax-10H 1000mm
    　　25 吉林长山化肥厂 600MTPD 2006.05 2 Amomax-10H Casale 3beds
    　　26 黑化集团 360MTPD 2006.07 41 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3beds
    　　27 Perm（俄罗斯） 1400MTPD 2004.10 40 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 beds axial/radial
    　　28 OMV Agrolinz（奥地利） 520MTPD 2005.5 45 Amomax-10H/Amomax-10 Uhde axial
    　　29 USA Koch nitrogen（美国） 1000MTPD 2005.10 42.5 Amomax-10H Casale 3 beds axial/radial
    　　30 Achema （立陶宛） 1650MTPD 2006.08 42 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 beds
    　　31 SKW Piesteritz （德国） 1650MTPD 2006.08 16 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 beds axial/radial
    　　32 Stirol Gorlovka （乌克兰） 1360 MTPD 2006.11 45 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 beds
    　　33 Petrobras Energia （阿根廷） 330MTPD 2006.08 4.5 Amomax-10H Casale 2 beds
    　　34 Incitec Pivot Ltd. （澳大利亚） 50 MTPD 2007.03 24.2 Amomax-10H Casale 6 reactors
    　　35 Point Lisas Nitrogen Ltd.（特力尼达岛） 1850MTPD 2007.04 6 Amomax-10H KBR KAAP Converter
    　　36 KS-USA Koch Nitrogen （美国） 800MTPD 2007.05 44 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 beds
    　　37 Egypt Basic Industries （埃及） 2000MTPD 2008.02 39.1 Amomax-10H KBR-KAAP Converter
    　　38 Amoniaco de Portugal （葡萄牙） 915MTPD 2006.04 38 Amomax-10H/Amomax-10 HT 200 Radial
    　　39 平泉县塔泉化肥厂 2007.08 1.2 Amomax-10H Partial loading
    　　40 川维集团 800MTPD 2008.03 36 Amomax-10H/Amomax-10 Casale 3 beds

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