長慶石化制氫裝置制氫轉(zhuǎn)化催化劑在線還原分析

徐江峰（中石油長慶石化公司，陜西咸陽 712000）

長慶石化制氫裝置制氫轉(zhuǎn)化催化劑在線還原分析

徐江峰（中石油長慶石化公司，陜西咸陽 712000）

2008年1月的一次異常操作，影響了裝置的正常運(yùn)行，切斷了進(jìn)料，利用水蒸氣進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑的保護(hù)，歷時(shí)一小時(shí)，造成了轉(zhuǎn)化催化劑的部分鈍化。制氫裝置技術(shù)人員創(chuàng)造性的提出和設(shè)計(jì)在線還原。在保證裝置正常運(yùn)行的情況下，使鈍化的催化劑恢復(fù)和提高了活性，解決了紅管問題，提高了天然氣的轉(zhuǎn)化率，排除了安全隱患，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，保證了后續(xù)裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

轉(zhuǎn)化催化劑；紅管；在線還原

1 第一章進(jìn)行在線還原的原因及理論分析

1.1 轉(zhuǎn)化催化劑在線還原過程概況

我廠制氫裝置于2006年12月投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)產(chǎn)能4× 104Nm3/h。其中，天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑選用的是齊魯設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的Z417/418轉(zhuǎn)化催化劑。

在2008年1月，由于操作問題，切斷轉(zhuǎn)化進(jìn)料75分鐘，只加大蒸汽量，用于保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑使其鈍化。恢復(fù)生產(chǎn)后，由于加氫裝置耗氫量的增加，加工量由6500Nm3/h提高到8000Nm3/ h。此時(shí)，在操作參數(shù)不變的情況下，爐管出現(xiàn)“紅管”現(xiàn)象。為了在保證裝置正常運(yùn)行的情況下解決這一問題，制氫裝置技術(shù)人員創(chuàng)造性的提出在線還原方案。共耗時(shí)120小時(shí)，成功在線還原轉(zhuǎn)化催化劑。

1.2 轉(zhuǎn)化催化劑進(jìn)行在線還原的原因分析

由于進(jìn)料中斷，為了防止?fàn)t管溫度過高，使轉(zhuǎn)化催化劑高溫?zé)Y(jié)。因此，在此種情況下，需要加大蒸汽流量以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑。但是，鎳催化劑長時(shí)間暴露在高溫蒸汽中，會(huì)鈍化。鈍化后的轉(zhuǎn)化催化劑不具有其原有的催化特性，活性降低，副反應(yīng)增加。由于反應(yīng)多是放熱反應(yīng)，而且原來的主反應(yīng)減少，吸熱量也大幅減少，造成爐管溫度迅速上升，而出現(xiàn)“紅管”現(xiàn)象。

2 第二章進(jìn)行在線還原的目的

2.1 制氫裝置正常運(yùn)行概況

自裝置開工投產(chǎn)以來，操作參數(shù)為：轉(zhuǎn)化爐控制轉(zhuǎn)化入口溫度510℃，出口溫度750℃。制氫裝置一直運(yùn)行正常。但是，轉(zhuǎn)化爐管個(gè)別爐管存在熱帶，爐管熱帶段顏色偏亮，即有“紅管”現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，各班組定期定點(diǎn)測(cè)定爐管的溫度，特別是爐膛定向下3米處，易出現(xiàn)紅管的地方。對(duì)于我公司的頂燒爐而言，火嘴噴射火焰外焰部一般在2-3米處，這部分是供熱的集中區(qū)，也是烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的集中區(qū)，各種反應(yīng)均快速發(fā)生，也是積碳最容易發(fā)生的區(qū)域，所以頂燒爐易發(fā)生積碳的部位通常在2-4米處。當(dāng)出現(xiàn)非正常停車、催化劑突然中毒等突發(fā)狀況出現(xiàn)時(shí)，最容易造成催化劑床層發(fā)生大量積碳。床層積碳以后，積碳部位烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)減慢，吸熱量減少，反映在爐管上就是外壁溫度升高。局部積碳，外壁局部溫度偏高，局部發(fā)紅，看上去出現(xiàn)花斑。積碳部位逐步增大后，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)一段催化劑上積碳，反映在轉(zhuǎn)化爐外壁就形成了熱帶。

2.2 轉(zhuǎn)化催化劑在線還原前裝置概況

2008年1月，由于操作異常，停進(jìn)料一個(gè)多小時(shí)，因而，對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑進(jìn)行了蒸汽鈍化。再次開工后，隨著加工量的增大，“紅管”現(xiàn)象變得嚴(yán)重。對(duì)爐管溫度的測(cè)量也顯示，爐管處于高溫狀態(tài)，高出正常狀態(tài)下60℃左右，嚴(yán)重影響了操作和裝置的安全運(yùn)行。長時(shí)間的蒸汽保護(hù)，使天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑喪失了部分活性，反應(yīng)減慢，爐管溫度升高。

2.3 轉(zhuǎn)化催化劑在線還原的目的

根據(jù)我公司的具體情況，確定重整氫作為主要還原介質(zhì)，加氫裂化飽和干氣作為輔助還原介質(zhì)。對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑進(jìn)行在線還原，使轉(zhuǎn)化催化劑恢復(fù)部分活性。提高原料氣中的氫氣含量，在轉(zhuǎn)化爐中形成還原氛圍，促進(jìn)下反應(yīng)逆反應(yīng)的進(jìn)行，恢復(fù)催化劑活性：

Ni+H2O（蒸汽）=NiO+H2

由于上述反應(yīng)的逆反應(yīng)為微放熱反應(yīng)，因而應(yīng)注意觀察爐管的顏色變化，當(dāng)爐管顏色發(fā)生變化，最后趨于均勻一致時(shí)，溫度下降到合適的狀態(tài)，最終達(dá)到恢復(fù)催化劑的活性。

3 第三章在線還原的效果及對(duì)比

3.1 經(jīng)過轉(zhuǎn)換催化劑的在線還原后，轉(zhuǎn)化爐出口氣中的甲烷含量較以前有了明顯的變化。

經(jīng)過在線還原后，轉(zhuǎn)化爐出口氣中的甲烷含量均值為7.01，較之以前，下降了0.85。提高了天然氣的轉(zhuǎn)化率，節(jié)約了成本，達(dá)到了預(yù)期效果。

3.2 在線還原后，對(duì)轉(zhuǎn)化爐管壁溫度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如下圖示：

通過對(duì)爐管溫度的測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)，爐管溫度較以前下降了60℃，解決了紅管問題，排除了安全隱患。達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 第四章結(jié)語

通過此次轉(zhuǎn)化催化劑還原的處理經(jīng)過，對(duì)于轉(zhuǎn)換催化劑的輕度鈍化有了新的解決思路。此次在線還原解決了一些長期存在的問問題，如紅管等，提高收率，達(dá)到了預(yù)期目的。

4.1 通過對(duì)R3701的實(shí)時(shí)檢測(cè)，調(diào)整重整氫和加氫飽和干氣的配比，在為轉(zhuǎn)化催化劑提供了有效的還原氣氛的同時(shí)，防止了加氫催化劑的反硫化。

4.2 轉(zhuǎn)化爐管平均壁溫下降了約達(dá)80℃，達(dá)到了正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)爐管的溫度，有效的解決了紅管問題，排除了安全隱患。

4.3 恢復(fù)和提高了轉(zhuǎn)化催化劑的活性，提高了天然氣的利用率，節(jié)約了成本。

［1］《工業(yè)催化》1999年，《JT-1G型加氫催化劑在焦化干氣制氫中的應(yīng)用》，黃埠生.

［2］《工業(yè)催化》2002年第10-3期，《國內(nèi)外蒸汽轉(zhuǎn)化制氫催化劑及工藝進(jìn)展》.王衛(wèi).

［3］《大氮肥》2006年第29卷《制氫裝置轉(zhuǎn)化催化劑應(yīng)用情況分析》高傳禮.