徐平坤
（廣州耐火材料廠，廣東 廣州510300）
［摘 要］合成氨裝置原料合成氣的生產，無論采用轉化爐（尤其是二段轉化爐），還是采用氣流床氣化爐（尤其是水煤漿氣化爐），其內襯都是用耐火材料筑成的（粉煤氣化爐水冷壁敷有SiC-Al2O3系高熱導率搗打耐火材料），而由于耐火材料長期處于高溫、高壓、強還原性氣氛及高速氣流沖刷等工況下，因而易受到嚴重的侵蝕和破壞�；仡櫯c總結各類合成氨裝置（原料合成氣生產）的工藝狀況，以及轉化爐或氣化爐內襯所用耐火材料的特點及理化指標，分析各類合成氨裝置轉化爐或氣化爐內襯耐火材料的損毀原因及應對措施，并著重對我國合成氨裝置用耐火材料的發展歷史和研究成果進行了梳理。實踐表明，經過我國耐火材料工作者對合成氨裝置用耐火材料的大量試驗及應用研究，如今國產耐火材料的理化性能及使用壽命已達到并超過進口產品的水平。近年來我國煤化工產業蓬勃發展，煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然氣、煤制油等煤化工項目之煤氣化爐所用耐火材料與煤制合成氨裝置大同小異，這一方面為耐火材料的應用提供了廣闊的空間，另一方面也對耐火材料技術的進一步發展提出了更高的要求。
［關鍵詞］合成氨裝置；耐火材料；轉化爐；氣化爐；高純剛玉質耐火材料；高鉻質耐火材料；發展
［中圖分類號］TQ113.25+4 ［文獻標志碼］B ［文章編號］1004-9932（2021）01-0001-03
3 我國合成氨裝置用耐火材料的發展
我國上世紀70年代初開始引進大型合成氨裝置（及尿素裝置）以來，轉化爐或氣化爐所用耐火材料國產化問題一直受到有關主管部門及耐火材料廠家的重視。以天然氣和石腦油為原料的二段爐及以渣油為原料的氣化爐，均采用剛玉質耐火材料做爐襯及隔熱層；而以煤和石油焦為原料的氣化爐，均采用Cr2O3-Al2O3-ZrO2系耐火材料。我國是耐火材料制造大國，技術力量雄厚，生產的耐火材料品種齊全，針對合成氨裝置用耐火材料，以洛陽耐火材料研究院為首，迅速進行開發研究，并在較短時間內取得可喜成果。我國合成氨裝置用耐火材料發展情況大致如下。
3.1 剛玉質耐火材料［6］
3.1.1 剛玉磚
首先進行國產化開發與應用的是以石腦油和渣油為原料的合成氨裝置用剛玉質耐火材料。上世紀80年代初，我國鎮海石化總廠（鎮海煉化）、烏魯木齊石化總廠（烏石化）和寧夏化工廠（寧夏石化）同時從日本引進美國德士古公司專利產品——300 kt/a合成氨裝置渣油氣化爐，內襯優質剛玉磚等耐火材料由日本大阪窯業株式會社提供。我國迅速展開試驗研究，生產的高純剛玉磚產品，其理化指標和使用效果均優于日本產品：1987年以來，在烏魯木齊石化總廠渣油氣化爐上使用，平均使用壽命達8 800 h，而日本所產爐磚的使用壽命為5 583.3 h；鎮海石化總廠渣油氣化爐國產耐火磚使用壽命達30個月以上，約21 600 h。為比較不同高純剛玉磚的使用效果，還進口了美國諾頓公司的名牌產品AH-199B型和AH-199H型剛玉磚，在引進的渣油氣化爐上使用，其使用效果與國產高純剛玉磚相似——國產高純剛玉磚使用效果在1992年至1993年上半年達到了AH-199B型剛玉磚的水平，并在1993年至1995年達到了AH-199H型剛玉磚的水平。自1988年以來，國產電熔再結合剛玉磚、剛玉空心球磚、剛玉澆注料、剛玉耐火泥等耐火材料均得到良好發展。
3.1.2 高純剛玉磚［7］
起初采用電熔剛玉為原料、全電熔剛玉配料，生產電熔再結合剛玉磚，在1 800 ℃以上高溫下燒制制品，尚不能完全燒結，制品的氣孔率高（＞20%）、耐壓強度低（＜40 MPa）；后引入部分微粉和少量活化Al2O3晶格的添加劑，促進其燒結，并促進剛玉磚在燒成過程中形成條柱狀晶體，有效提高了其強度和抗熱震性。國產電熔再結合剛玉磚產品在德士古渣油氣化爐上使用，使用效果與AH-199B型剛玉磚相似。隨即又采用燒結剛玉和板狀剛玉為原料，加入α-Al2O3微粉，所得剛玉磚的耐壓強度、體積密度、熱震穩定性等質量指標顯著提高——配料中引入1%～2%的α-Al2O3納米粉（含Al2O3 99.99%，平均粒徑100 nm），可以降低燒成溫度100～200 ℃，制品的強度等質量指標更好。洛陽耐火材料研究院開發出一種抗剝落性好的高純剛玉磚，其成分為Al2O3 99.51%、SiO2 0.15%、Fe2O3 0.11%、Na2O 0.026%，顯氣孔率18%，體積密度3.20 g/cm3，常溫耐壓強度133.5 MPa，重燒線變化率（1 600 ℃，3 h）0～0.1%，抗熱震性（1 100 ℃—水冷）23次，并在水煤漿氣化爐上應用，取得了較好的效果。
3.1.3 剛玉澆注料
由表1可以看出，進口的剛玉澆注料，屬普通鋁酸鈣水泥結合的剛玉澆注料，采用燒結剛玉或電熔剛玉作骨料和粉料，配入一定量鋁酸鈣水泥（據鋁酸鈣水泥化學成分計算加入量）和少量減水劑即可制得，使用時加入適量水就可以施工了。如今，采用不同結合劑的剛玉澆注料種類繁多，低水泥、超低水泥、無水泥剛玉澆注料的性能已遠遠超過普通鋁酸鈣水泥結合的澆注料，完全（隨時）可以滿足以天然氣為原料的二段爐用剛玉澆注料的需求。
3.1.4 剛玉空心球磚
更多內容詳見《中氮肥》2021年第1期