轉化觸媒長周期運行工藝優化

郝金鋼

(山西省汾陽市三泉鎮五麟公司,山西 汾陽 032200)

1 轉化觸媒作用工藝流程

轉化催化劑的主要作用是將甲烷含量由23%降低至0.8%左右，焦爐煤氣經過精脫硫工序之后，脫除煤氣中的硫化氫、噻吩、二硫化碳、羰基硫等，總含硫量控制在0.1×10-6以下， 另外，焦油、萘等對甲烷轉化有害的雜質也在此工序中被除去， 溫度為400 ℃，壓力為2.5 MPa，經過預熱爐輻射段預熱之后溫度升高至550 ℃～600 ℃進入轉化爐。氧氣與蒸汽在轉化爐前混合，溫度約197 ℃，經過爐燒嘴進入轉化爐，與焦爐氣發生放熱反應，為反應提供熱源，反應溫度為1 000 ℃左右。上部高溫氣體進入下部觸媒層，焦爐氣中甲烷在鎳觸媒的催化下，與蒸汽進行轉化反應，見反應式(1)～式(4)[1-3]。

(1)

(2)

(3)

(4)

轉化氣與廢鍋爐、預熱器、鍋爐水預熱器、脫鹽水預熱器等設備換熱之后，溫度降低至40 ℃，送至合成氣壓縮工段。

2 轉化觸媒裝填質量的影響因素

轉化爐內觸媒裝填順序見表1。

從表1中可以看出，影響裝填質量的不僅有催化劑本身，還涉及到耐火球、耐火磚等，各個方面都

表1 觸媒裝填尺寸(自上而下)

要按照要求進行裝填。結合以往經驗，對裝填提出了新的要求：

1) 觸媒裝填應盡量平鋪在環孔支撐劑上方，從而保證系統穩定運行；

2) 裝填時不要讓觸媒堆成山狀，作業人員在內部處理時，要用木板等作為鋪墊；

3) 應用篩網除去粉末，盡可能使觸媒平穩落地；

4) 用空速較大的氮氣進行吹掃。

3 觸媒升溫過程的優化

3.1 氮氣升溫

通過氮氣將床溫升高到200 ℃左右。

操作要點：

1) 速率約為20 ℃/h，由空分車間送出氮氣，經壓縮機提壓，壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa；

2) 由預熱爐輻射段為氮氣升溫，根據實際情況調節風門大小、流量；

3) 氮氣升溫終點溫度為轉化出口溫度達到200 ℃。

3.2 蒸汽升溫

氮氣升溫結束后，通過蒸汽將觸媒溫度提高至500 ℃，預熱爐出口溫度約620 ℃。

操作要點：

1) 升溫速度30 ℃/h～50 ℃/h，流量15 t，控制轉化出口壓力0.8 MPa；

2) 當觸媒溫度為300 ℃，才能將氮氣升溫改為蒸汽升溫，操作目的是保護催化劑；

3) 蒸汽冷凝后水量較大，應及時排放；

4) 當觸媒溫度達到550 ℃時，應采取加大蒸汽量措施。

這一階段要嚴格控制升溫速率，如果升溫太快，設備器壁內形成過大的溫度梯度和應力梯度，也可能使觸媒粉末化，影響使用效果。

4 催化劑還原方面的優化

通常，催化劑是以氧化態的形式供給，使用前必須還原，一方面，將氧化態的有效活性組份還原成具有活性的還原態物質；另一方面，脫除催化劑制造過程中所帶的少量毒物(如，硫化物等)。主要還原反應見式(5)～式(6)[4-5]。

(5)

(6)

由于這一階段使用純氧，可能因控制不好超溫而損壞轉化爐和催化劑，為了安全及催化劑使用效果，對工藝條件進行了優化：

1) 為保護催化劑，進入轉化爐的原料氣硫含量必須小于0.1×10-6；

2) 系統壓力：0.8 MPa～1.0 MPa；

3) 焦爐氣流量：10 000 Nm3；

4) 預熱爐出口焦爐煤氣溫度：620 ℃；

5) 轉化爐在配氧時，蒸汽可以適當多加，著火后控制H2O/C比例約3.0。

為了方便指導操作，將升溫曲線以表格的形式進行總結，見表2。

5 觸媒的放硫

使用時不僅考慮到溫度的影響，同時也考慮到催化劑放硫的情況，必須使催化劑中含硫物質全部脫除后，催化劑才能表現出較高的轉化率。為保護合成催化劑，應將硫處理干凈，若轉化爐出口氣體中的硫含量(需同時分析進、出口氣體組份中的硫含量)連續3次以上測定值為小于0.1×10-6，并且能夠穩定2 h，則可以認為放硫階段結束。

表2 轉化爐升溫還原曲線

6 結語

轉化觸媒的升溫還原將直接影響到甲烷的轉化率以及甲醇的產量，其重要性不言而喻，本文通過對催化劑裝填、升溫還原的具體操作研究后提出了優化措施，具有可操作性，確保催化劑在投入使用后發揮出最好的效果，幫助企業降本增效。