耐硫變換催化劑原始開車操作方法的改進

臧安華，劉 花，池曉剛，蘇 偉

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥變換崗位使用的催化劑為鈷鉬系一氧化碳耐硫變換催化劑。該新鮮催化劑中活性組分鈷、鉬以氧化鈷、氧化鉬的形式存在，催化活性很低。使用時首先應進行硫化，使金屬氧化物轉變成硫化物，才能顯示出良好的活性。因此，硫化過程對催化劑的性能，甚至使用壽命都有直接影響。

該耐硫變換催化劑可在230～500℃的溫度范圍內使用，短時間（幾小時內）最高耐熱溫度可達550℃；在一段變換爐使用時應盡可能選擇較低的入口溫度，但為了防止水汽冷凝，入口溫度通常選擇在高于水蒸氣露點25℃以上。因此，在首次開車或者大修后開車前，應先進行催化劑升溫。升溫時，為防止水蒸氣在催化劑上冷凝進而造成催化劑粉化，應使用惰性氣體（如空氣、天然氣，最好是氮氣）作為升溫介質，當催化劑床層溫度升至水蒸氣的露點以上時，可以改用工藝氣升溫。

1 改進背景

（1）自2004年我廠大氮肥一期系統原始開車至今，變換崗位開車一直采用氮氣進行氣密、升溫。此種升溫方式的前提是空分工序、氮壓機已運行穩定，且氮氣量充足。2011年全廠大修尤其是大氮肥系統檢修時間緊、檢修點多，若變換崗位仍然選擇以前的氣密、升溫模式，即等到空分出合格的氮氣后再氣密、升溫，將會影響整個大氮肥系統的開車進度（變換崗位正常氣密、升溫時間約為40h）。因此，車間通過對整個生產系統開車和催化劑的還原操作法進行認真研究，并與催化劑廠家人員進行深入交流后，確定采用空氣進行變換催化劑升溫。

（2）自2004年我廠大氮肥一期開車以來，變換崗位原始開車催化劑硫化一直采用工藝氣按變換正流程依次通過中、低溫變換爐，對各變換爐催化劑進行逐爐硫化。2011年大修后，為了縮短催化劑硫化時間，保證整個大氮肥系統的開車進度，通過與催化劑生產企業專家深入交流且反復研究后，決定大膽嘗試一、二段爐同時硫化。此種硫化方式下要同時兼顧一、二段爐的爐溫和硫化進度，操作難度比單獨硫化大得多。

2 催化劑升溫操作法改進

我廠大氮肥原始開車期間，變換工序氣密、置換、升溫以及催化劑硫化用時長，為制約整個系統開車進度的主要因素之一。

2.1 確定新的催化劑升溫操作法

車間通過組織相關人員對整個生產系統開車和催化劑的還原操作法進行認真研究，并與催化劑廠家人員進行深入交流，確定了變換催化劑升溫介質不使用氮氣而是采用空氣。因空壓機開啟后即可產出高壓空氣，利用空分開車調整的兩天時間，在空分產出合格氮氣之前利用空氣進行升溫，待氮氣合格立即進行系統置換后，導工藝氣進行催化劑硫化，打好時間差，節約系統開車時間。

2.2 確定催化劑升溫流程

按原始設計，變換催化劑氮氣升溫時，升溫氣體給催化劑升溫后按正常流程送入火炬排放。改變升溫介質后，由于變換催化劑空氣升溫時全廠火炬已經投用，因此升溫氣體即空氣不能送入火炬，需重新設計升溫流程。本著節約材料和降低操作難度的原則，通過對變換流程認真研究后，決定將一期空壓機高壓空氣引至變換崗位的開工氮氣管線上，借原升溫管線將加熱后的空氣送入變換爐內為催化劑升溫，同時，在兩個變換爐后的分離罐排液泵進口過濾器處配臨時管將升溫氣體送至副產蒸汽放空消音器處進行放空，以減小放空過程中的噪音污染。其流程如圖1所示。

圖1 耐硫變換空氣升溫流程

2.3 空氣、氮氣在線切換

待空分成分合格、N2管網投用正常后，需控制高壓空氣管線壓力低于N2管網壓力，在開工加熱爐不停用且保持開工加熱爐盤管壓差的前提下，慢慢將高壓空氣退出系統，進行高壓空氣與N2的在線切換，從而降低因升溫氣體切換時氣量的變化對爐溫的影響。

3 催化劑硫化操作法改進

大氮肥原始開車期間，變換工序催化劑硫化時間較長，成為制約整個大氮肥系統開車進度的主要因素之一。

考慮到此次開車周期短、時間緊等因素，通過組織相關人員深入研究并與催化劑廠家進行溝通后，決定采用中、低變爐催化劑同步進行硫化，即對以往的變換催化劑硫化操作法進行修改創新。

圖2 耐硫變換同時硫化流程

采用新的硫化操作法，硫化時需打開原料氣預熱器管殼程防爆板的均壓及旁路閥，對第一、二段變換爐同時進行硫化，見圖2。硫化過程中每小時對第一變換爐入口、出口及第二變換爐出口工藝氣中的硫化氫含量進行分析監控，防止其含量過高引起溫升速率過快而影響催化劑硫化質量或者含量過低而影響硫化進度。不僅如此，每兩小時對工藝氣成分進行全分析一次，以全面掌握工藝氣中氣體成分及含量數據，更好地指導硫化過程。硫化過程中，細心監控，精心操作，針對硫化時溫升情況隨時聯系前工序調整閥門開度，確保安全、穩定硫化；同時，催化劑生產廠家相關專家進行了全程的監督和指導。經過全體人員的共同努力，25h后分析一變進出、口H2S分別為0.6%和0.5%，二變出口H2S為0.5%（表1），中低變催化劑硫穿透。隨后將N2退出系統，進行加壓深度硫化，7h后加壓硫化及導氣完畢，進行輕負荷運行。硫化時爐溫趨勢見圖3、4。

圖3 第一變換爐催化劑硫化時爐溫趨勢圖（TI0964／72／71／70／69分別為第一變換爐入口，預變，主變上層、中層、下層溫度，℃）

圖4 第二變換爐催化劑硫化時爐溫趨勢圖（TI0967／77／78／79分別為第二變換爐入口、上層、中層、下層溫度，℃）

表1 催化劑硫化過程分析數據表 %

4 效果評價

（1）此次采用空氣升溫，即將變換系統升溫提前到了氮氣管網投用前，不僅縮短了系統的開車時間約40h，同時也節約了氮氣使用量（10000m3／h× 21h＝210km3），還為大氮肥變換系統催化劑更換后的原始開車提供了另一種升溫方式。

（2）通過對現有流程的開發利用，不僅實現了對變換系統中、低變爐催化劑同步硫化，同時也縮短了整個大氮肥系統的開車時間約31h（與2004年原始開車相比），為整個系統的早日開車投產作出了貢獻。