長慶石化制氫裝置制氫轉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行，切斷了進料，利用水蒸氣進行對轉化催化劑的保護，歷時一小時，造成了轉化催化劑的部分鈍化。制氫裝置技術人員創造性的提出和設計在線還原。在保證裝置正常運行的情況下，使鈍化的催化劑恢復和提高了活性，解決了紅管問題，提高了天然氣的轉化率，排除了安全隱患，達到了預期目標，保證了后續裝置連續穩定運行。

轉化催化劑；紅管；在線還原

1 第一章進行在線還原的原因及理論分析

1.1 轉化催化劑在線還原過程概況

我廠制氫裝置于2006年12月投產運行，設計產能4× 104Nm3/h。其中，天然氣蒸汽轉化催化劑選用的是齊魯設計研究院開發的Z417/418轉化催化劑。

在2008年1月，由于操作問題，切斷轉化進料75分鐘，只加大蒸汽量，用于保護轉化催化劑使其鈍化。恢復生產后，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，在操作參數不變的情況下，爐管出現“紅管”現象。為了在保證裝置正常運行的情況下解決這一問題，制氫裝置技術人員創造性的提出在線還原方案。共耗時120小時，成功在線還原轉化催化劑。

1.2 轉化催化劑進行在線還原的原因分析

由于進料中斷，為了防止爐管溫度過高，使轉化催化劑高溫燒結。因此，在此種情況下，需要加大蒸汽流量以保護轉化催化劑。但是，鎳催化劑長時間暴露在高溫蒸汽中，會鈍化。鈍化后的轉化催化劑不具有其原有的催化特性，活性降低，副反應增加。由于反應多是放熱反應，而且原來的主反應減少，吸熱量也大幅減少，造成爐管溫度迅速上升，而出現“紅管”現象。

2 第二章進行在線還原的目的

2.1 制氫裝置正常運行概況

自裝置開工投產以來，操作參數為：轉化爐控制轉化入口溫度510℃，出口溫度750℃。制氫裝置一直運行正常。但是，轉化爐管個別爐管存在熱帶，爐管熱帶段顏色偏亮，即有“紅管”現象出現。因此，各班組定期定點測定爐管的溫度，特別是爐膛定向下3米處，易出現紅管的地方。對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，也是烴類蒸汽轉化反應的集中區，各種反應均快速發生，也是積碳最容易發生的區域，所以頂燒爐易發生積碳的部位通常在2-4米處。當出現非正常停車、催化劑突然中毒等突發狀況出現時，最容易造成催化劑床層發生大量積碳。床層積碳以后，積碳部位烴類轉化反應減慢，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，局部發紅，看上去出現花斑。積碳部位逐步增大后，轉化爐內一段催化劑上積碳，反映在轉化爐外壁就形成了熱帶。

2.2 轉化催化劑在線還原前裝置概況

2008年1月，由于操作異常，停進料一個多小時，因而，對轉化催化劑進行了蒸汽鈍化。再次開工后，隨著加工量的增大，“紅管”現象變得嚴重。對爐管溫度的測量也顯示，爐管處于高溫狀態，高出正常狀態下60℃左右，嚴重影響了操作和裝置的安全運行。長時間的蒸汽保護，使天然氣蒸汽轉化催化劑喪失了部分活性，反應減慢，爐管溫度升高。

2.3 轉化催化劑在線還原的目的

根據我公司的具體情況，確定重整氫作為主要還原介質，加氫裂化飽和干氣作為輔助還原介質。對轉化催化劑進行在線還原，使轉化催化劑恢復部分活性。提高原料氣中的氫氣含量，在轉化爐中形成還原氛圍，促進下反應逆反應的進行，恢復催化劑活性：

Ni+H2O（蒸汽）=NiO+H2

由于上述反應的逆反應為微放熱反應，因而應注意觀察爐管的顏色變化，當爐管顏色發生變化，最后趨于均勻一致時，溫度下降到合適的狀態，最終達到恢復催化劑的活性。

3 第三章在線還原的效果及對比

3.1 經過轉換催化劑的在線還原后，轉化爐出口氣中的甲烷含量較以前有了明顯的變化。

經過在線還原后，轉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。提高了天然氣的轉化率，節約了成本，達到了預期效果。

3.2 在線還原后，對轉化爐管壁溫度進行檢測，檢測數據如下圖示：

通過對爐管溫度的測量，可以發現，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。達到了預期目標。

4 第四章結語

通過此次轉化催化劑還原的處理經過，對于轉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，達到了預期目的。

4.1 通過對R3701的實時檢測，調整重整氫和加氫飽和干氣的配比，在為轉化催化劑提供了有效的還原氣氛的同時，防止了加氫催化劑的反硫化。

4.2 轉化爐管平均壁溫下降了約達80℃，達到了正常運轉時爐管的溫度，有效的解決了紅管問題，排除了安全隱患。

4.3 恢復和提高了轉化催化劑的活性，提高了天然氣的利用率，節約了成本。

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

［2］《工業催化》2002年第10-3期，《國內外蒸汽轉化制氫催化劑及工藝進展》.王衛.

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