三分厂2013年开始着手对合成氨系统“六低六高”的经济生产模式进行论证分析，并利用不同工艺调整手段、设备配合方法从中查找影响其生产模式的瓶颈问题。特别是氨合成塔内件阻力成为影响产量重中之重的瓶颈问题。2013年10月合成氨六机运行后，由于原来安淳设计合成塔内件阻力已在高限0.992Mpa运行，增加循环量受其阻力影响，造成合成系统压力升高到19.5MPa，必须将变换CO提高至5.0%以上，这样造成氨产量增加较少，并引起生产消耗和动力消耗增加。经过不断论证分析，只有对氨合成塔内件改造才能真正实现六机满量低消耗生产的经济运行模式。
一、合成塔内件和催化剂的选择
1、 内件的选择
为选择适合三分厂合理高效的氨合成塔内件，由生产副总茹总亲自带队对氨合成塔内件权威设计公司及相关内件使用厂家进行了考察。在我国氨合成塔内件设计较好的有湖南安淳和南京国昌及近几年名声鹊起的南京聚拓公司，通过与这三家公司技术设计人员的讨论交流，分别给出了改进方案：安淳建议内件结构不做大改动，只对中部换热器进气进行改造；国昌建议使用GC轴径向（一轴三径）合成塔内件；聚拓建议使用DC-C新型合成塔内件与卡萨力塔型基本相似（准径向）。为了进一步了解三家公司所设计内件的运行情况，由生产管理部马主任组织相关人员对DN2500氨合成塔运行情况进行考察，前往山西高平（卡萨利内件），寿光联盟（国昌和聚拓各一套DN2500内件），湖北潜江（安淳内件）等。通过以上厂家考察对比分析，结合寿光联盟聚拓内件和二分公司使用聚拓内件的成功经验，我厂决定使用聚拓公司的准径向、低阻力、分置式DC-C型DN2500氨合成塔内件。
内件确定厂家后，安排专人到内件厂家进行监造监督工作，其中对制作厂家使用原材料进行检测分析、内件尺寸校核、生产过程控制等，确保内件按时、高标准、高质量的进厂且能够顺利安装。
2、触媒的选择
根据目前国内合成氨催化剂的使用情况及生产情况，通过与大祥触媒厂和浙工大的技术人员交流，大家一致认为，合成触媒除配方外，采用的精铁矿以临朐的活性最佳。鉴于配方、生产过程、原材料及其他厂家使用及我厂使用DNCA催化剂数年的情况，并参考南化院的活性分析数据（大祥DNCA活性好于A301），以及大祥触媒厂位于临朐（临朐精铁矿为最好原材料）的地理资源优势等各种情况综合考虑，建议使用大祥DNCA触媒。同时结合聚拓内件触媒筐构造情况，我厂首次采用粒度为：1.5mm～2.5mm （以往最小粒度为2.0～3.0mm）最大程度提高催化剂利用率。
为避免触媒质量出现问题，我们对山东大祥提出了DNCA氨合成催化剂技术要求，并派专人对生产过程进行全程监控，以保证触媒质量。期间由于大祥从未生产过1.5～2.5mm小粒度催化剂，经监造人员使用3.3mm标准筛网抽检时，发现大于3.3mm粒度占到总数的34.4%，立即通知催化剂厂家和生产管理部马主任。马主任立即要求催化剂厂家更换筛网，由原来6目更换为7目筛网，确保了催化剂的质量。
二、新内件安装及触媒装填情况
由于前期内件尺寸的校核和对其整个生产过程的控制，没有再进行预安装，节约安装时间约24h，整个新内件安装及触媒装填过程是比较顺利的。期间我们对整个安装过程进行了记录，为今后合成塔的检修提供参考。
本次装填催化剂，采用了与原始开车不同的装填方法，使用吊斗装填后，节约塔顶倒催化剂人员至少10名，同时装合成催化时借鉴专业装填队伍人员方法，在装填时由四个对称漏斗，防止催化剂偏流，漏斗接消防带离装填口30-70cm，每个漏斗消防带处分别有四个人负责撒均匀催化剂，避免出现催化剂偏流现象。为了塔下作业人员安全，采用了仪表空气强制通风，同时增加抽风机将催化剂粉末及时抽走，保证塔下环境能够正常工作。催化剂共计装填三种粒度：4.7-6.4mm装填6.85t,1.5-2.5mm装填143.1t,3.3-4.7mm两种型号其中A110装填9t, DNCA装填4.05t，共装填13.05t，整塔催化剂总计共装填167.5.t（F1部件装填65.35t，F2部件装填55.8t，F3部件装填46.35t）。
三、升温还原情况
合成升温还原共历时共经历了194h。比计划210小时提前16小时。三分厂流程设置能满足升温还原所有条件，完全达到了四层全部能够分层还原，好于二厂还原时第一床径向段与第二床径向段同时还原出现水汽浓度超标情况。还原期间开始分析水汽浓度时，出塔根部阀门一直由操作人员进行调节，严禁控制二道阀门后引起水汽的积累，确保了水汽浓度分析数据准确。三分厂合成升温还原期间始终以水汽浓度为依据进行了升温还原，出塔水汽浓度始终控制在
另外催化剂温度所有测温点都能够保证480℃以上并且恒温8小时以上，确保所有催化剂全部完全还原。
四、工艺运行情况及效果
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项目 |
三厂改造前 |
三厂改造后 |
差值 |
|
循环量 m3/h |
42万 |
42万 |
0 |
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系统压力 Mpa |
19.5 |
18.3 |
-1.2 |
|
合成塔压差（含热交）Mpa |
0.99 |
0.46 |
-0.53 |
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合成塔进出口压差 Mpa |
0.83 |
0.21 |
-0.62 |
|
系统压差 Mpa |
1.72 |
1.11 |
-0.61 |
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循环氢 % |
65 |
63 |
-2 |
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循环氢甲烷 % |
13.5 |
13.0 |
-0.5 |
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塔出口温度 ℃ |
335 |
370 |
+35 |
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第一轴向层温升 ℃ |
零米444-485 |
零米389-471 |
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第一径向层温度 ℃ |
520 |
485 |
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第二径向层温度 ℃ |
484 |
463 |
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第三径向层温度 ℃ |
470 |
441 |
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氨净值 % |
9.0 |
11.5 |
+2.5 |
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废锅产气 t/班 |
215 |
249 |
+34 |
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氨产量 t/班 |
300 |
330 |
+30 |
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循环机单耗 kW∙h/吨氨 |
40 |
28.7 |
-11.3 |
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冰机单耗 kW∙h/吨氨 |
22 |
27.3 |
+5.3 |
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总氨吨电耗 kW∙h/吨氨 |
980 |
940 |
-40 |
氨合成塔更换前后工艺运行情况对照表
从以上表格中可以看出，三分厂根据近几天生产情况合成系统压力降低1.2MPa，塔压差降低0.53 MPa，系统压差降低0.61 MPa，合成塔出口温度上升35℃，废锅产气量增加34t/班（3MPa蒸汽），合成氨产量平均每班增加30t，由于目前合成氨补气量已经达到了最高无法再增加补气量来提高产量，但今后氨醇比调节更加灵活；合成循环机单耗由于系统压差的降低和总氨产量增加电耗降低明显11.3 kW∙h，冰机吨氨电耗上升5.3 kW∙h是由于尿素和低压甲醇使用溴化锂冷水加上大气温度上升原因造成电耗升高，总氨吨电耗由原来的980Kwh降到现在940 kW∙h左右。
五、总结：
综上所述，三分厂合成塔新型内件的应用及触媒更换圆满完成，效果显著。回顾整个过程，从氨合成塔内件选型和安装，触媒的选型和装填，触媒的升温还原，以及随后的合成系统工艺优化，均取得重大突破。这当中凝聚着我们大家辛勤的汗水和无私的付出，同样也离不开各级领导的大力支持和指导。在取得可喜成绩的同时，我们也通过实践收获了很多经验和知识，受益匪浅。三分厂DN2500合成塔新内件投入使用后，我们需继续努力，通过不断摸索找到了最佳的操作模式和经济运行方案。
