耐硫变换催化剂原始开车操作方法的改进

臧安华，刘 花，池晓刚，苏 伟

（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州 253000）

山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥变换岗位使用的催化剂为钴钼系一氧化碳耐硫变换催化剂。该新鲜催化剂中活性组分钴、钼以氧化钴、氧化钼的形式存在，催化活性很低。使用时首先应进行硫化，使金属氧化物转变成硫化物，才能显示出良好的活性。因此，硫化过程对催化剂的性能，甚至使用寿命都有直接影响。

该耐硫变换催化剂可在230～500℃的温度范围内使用，短时间（几小时内）最高耐热温度可达550℃；在一段变换炉使用时应尽可能选择较低的入口温度，但为了防止水汽冷凝，入口温度通常选择在高于水蒸气露点25℃以上。因此，在首次开车或者大修后开车前，应先进行催化剂升温。升温时，为防止水蒸气在催化剂上冷凝进而造成催化剂粉化，应使用惰性气体（如空气、天然气，最好是氮气）作为升温介质，当催化剂床层温度升至水蒸气的露点以上时，可以改用工艺气升温。

1 改进背景

（1）自2004年我厂大氮肥一期系统原始开车至今，变换岗位开车一直采用氮气进行气密、升温。此种升温方式的前提是空分工序、氮压机已运行稳定，且氮气量充足。2011年全厂大修尤其是大氮肥系统检修时间紧、检修点多，若变换岗位仍然选择以前的气密、升温模式，即等到空分出合格的氮气后再气密、升温，将会影响整个大氮肥系统的开车进度（变换岗位正常气密、升温时间约为40h）。因此，车间通过对整个生产系统开车和催化剂的还原操作法进行认真研究，并与催化剂厂家人员进行深入交流后，确定采用空气进行变换催化剂升温。

（2）自2004年我厂大氮肥一期开车以来，变换岗位原始开车催化剂硫化一直采用工艺气按变换正流程依次通过中、低温变换炉，对各变换炉催化剂进行逐炉硫化。2011年大修后，为了缩短催化剂硫化时间，保证整个大氮肥系统的开车进度，通过与催化剂生产企业专家深入交流且反复研究后，决定大胆尝试一、二段炉同时硫化。此种硫化方式下要同时兼顾一、二段炉的炉温和硫化进度，操作难度比单独硫化大得多。

2 催化剂升温操作法改进

我厂大氮肥原始开车期间，变换工序气密、置换、升温以及催化剂硫化用时长，为制约整个系统开车进度的主要因素之一。

2.1 确定新的催化剂升温操作法

车间通过组织相关人员对整个生产系统开车和催化剂的还原操作法进行认真研究，并与催化剂厂家人员进行深入交流，确定了变换催化剂升温介质不使用氮气而是采用空气。因空压机开启后即可产出高压空气，利用空分开车调整的两天时间，在空分产出合格氮气之前利用空气进行升温，待氮气合格立即进行系统置换后，导工艺气进行催化剂硫化，打好时间差，节约系统开车时间。

2.2 确定催化剂升温流程

按原始设计，变换催化剂氮气升温时，升温气体给催化剂升温后按正常流程送入火炬排放。改变升温介质后，由于变换催化剂空气升温时全厂火炬已经投用，因此升温气体即空气不能送入火炬，需重新设计升温流程。本着节约材料和降低操作难度的原则，通过对变换流程认真研究后，决定将一期空压机高压空气引至变换岗位的开工氮气管线上，借原升温管线将加热后的空气送入变换炉内为催化剂升温，同时，在两个变换炉后的分离罐排液泵进口过滤器处配临时管将升温气体送至副产蒸汽放空消音器处进行放空，以减小放空过程中的噪音污染。其流程如图1所示。

图1 耐硫变换空气升温流程

2.3 空气、氮气在线切换

待空分成分合格、N2管网投用正常后，需控制高压空气管线压力低于N2管网压力，在开工加热炉不停用且保持开工加热炉盘管压差的前提下，慢慢将高压空气退出系统，进行高压空气与N2的在线切换，从而降低因升温气体切换时气量的变化对炉温的影响。

3 催化剂硫化操作法改进

大氮肥原始开车期间，变换工序催化剂硫化时间较长，成为制约整个大氮肥系统开车进度的主要因素之一。

考虑到此次开车周期短、时间紧等因素，通过组织相关人员深入研究并与催化剂厂家进行沟通后，决定采用中、低变炉催化剂同步进行硫化，即对以往的变换催化剂硫化操作法进行修改创新。

图2 耐硫变换同时硫化流程

采用新的硫化操作法，硫化时需打开原料气预热器管壳程防爆板的均压及旁路阀，对第一、二段变换炉同时进行硫化，见图2。硫化过程中每小时对第一变换炉入口、出口及第二变换炉出口工艺气中的硫化氢含量进行分析监控，防止其含量过高引起温升速率过快而影响催化剂硫化质量或者含量过低而影响硫化进度。不仅如此，每两小时对工艺气成分进行全分析一次，以全面掌握工艺气中气体成分及含量数据，更好地指导硫化过程。硫化过程中，细心监控，精心操作，针对硫化时温升情况随时联系前工序调整阀门开度，确保安全、稳定硫化；同时，催化剂生产厂家相关专家进行了全程的监督和指导。经过全体人员的共同努力，25h后分析一变进出、口H2S分别为0.6%和0.5%，二变出口H2S为0.5%（表1），中低变催化剂硫穿透。随后将N2退出系统，进行加压深度硫化，7h后加压硫化及导气完毕，进行轻负荷运行。硫化时炉温趋势见图3、4。

图3 第一变换炉催化剂硫化时炉温趋势图（TI0964／72／71／70／69分别为第一变换炉入口，预变，主变上层、中层、下层温度，℃）

图4 第二变换炉催化剂硫化时炉温趋势图（TI0967／77／78／79分别为第二变换炉入口、上层、中层、下层温度，℃）

表1 催化剂硫化过程分析数据表 %

4 效果评价

（1）此次采用空气升温，即将变换系统升温提前到了氮气管网投用前，不仅缩短了系统的开车时间约40h，同时也节约了氮气使用量（10000m3／h× 21h＝210km3），还为大氮肥变换系统催化剂更换后的原始开车提供了另一种升温方式。

（2）通过对现有流程的开发利用，不仅实现了对变换系统中、低变炉催化剂同步硫化，同时也缩短了整个大氮肥系统的开车时间约31h（与2004年原始开车相比），为整个系统的早日开车投产作出了贡献。