转化触媒长周期运行工艺优化

郝金钢

(山西省汾阳市三泉镇五麟公司,山西 汾阳 032200)

1 转化触媒作用工艺流程

转化催化剂的主要作用是将甲烷含量由23%降低至0.8%左右，焦炉煤气经过精脱硫工序之后，脱除煤气中的硫化氢、噻吩、二硫化碳、羰基硫等，总含硫量控制在0.1×10-6以下， 另外，焦油、萘等对甲烷转化有害的杂质也在此工序中被除去， 温度为400 ℃，压力为2.5 MPa，经过预热炉辐射段预热之后温度升高至550 ℃～600 ℃进入转化炉。氧气与蒸汽在转化炉前混合，温度约197 ℃，经过炉烧嘴进入转化炉，与焦炉气发生放热反应，为反应提供热源，反应温度为1 000 ℃左右。上部高温气体进入下部触媒层，焦炉气中甲烷在镍触媒的催化下，与蒸汽进行转化反应，见反应式(1)～式(4)[1-3]。

(1)

(2)

(3)

(4)

转化气与废锅炉、预热器、锅炉水预热器、脱盐水预热器等设备换热之后，温度降低至40 ℃，送至合成气压缩工段。

2 转化触媒装填质量的影响因素

转化炉内触媒装填顺序见表1。

从表1中可以看出，影响装填质量的不仅有催化剂本身，还涉及到耐火球、耐火砖等，各个方面都

表1 触媒装填尺寸(自上而下)

要按照要求进行装填。结合以往经验，对装填提出了新的要求：

1) 触媒装填应尽量平铺在环孔支撑剂上方，从而保证系统稳定运行；

2) 装填时不要让触媒堆成山状，作业人员在内部处理时，要用木板等作为铺垫；

3) 应用筛网除去粉末，尽可能使触媒平稳落地；

4) 用空速较大的氮气进行吹扫。

3 触媒升温过程的优化

3.1 氮气升温

通过氮气将床温升高到200 ℃左右。

操作要点：

1) 速率约为20 ℃/h，由空分车间送出氮气，经压缩机提压，压力控制在0.3 MPa～0.5 MPa；

2) 由预热炉辐射段为氮气升温，根据实际情况调节风门大小、流量；

3) 氮气升温终点温度为转化出口温度达到200 ℃。

3.2 蒸汽升温

氮气升温结束后，通过蒸汽将触媒温度提高至500 ℃，预热炉出口温度约620 ℃。

操作要点：

1) 升温速度30 ℃/h～50 ℃/h，流量15 t，控制转化出口压力0.8 MPa；

2) 当触媒温度为300 ℃，才能将氮气升温改为蒸汽升温，操作目的是保护催化剂；

3) 蒸汽冷凝后水量较大，应及时排放；

4) 当触媒温度达到550 ℃时，应采取加大蒸汽量措施。

这一阶段要严格控制升温速率，如果升温太快，设备器壁内形成过大的温度梯度和应力梯度，也可能使触媒粉末化，影响使用效果。

4 催化剂还原方面的优化

通常，催化剂是以氧化态的形式供给，使用前必须还原，一方面，将氧化态的有效活性组份还原成具有活性的还原态物质；另一方面，脱除催化剂制造过程中所带的少量毒物(如，硫化物等)。主要还原反应见式(5)～式(6)[4-5]。

(5)

(6)

由于这一阶段使用纯氧，可能因控制不好超温而损坏转化炉和催化剂，为了安全及催化剂使用效果，对工艺条件进行了优化：

1) 为保护催化剂，进入转化炉的原料气硫含量必须小于0.1×10-6；

2) 系统压力：0.8 MPa～1.0 MPa；

3) 焦炉气流量：10 000 Nm3；

4) 预热炉出口焦炉煤气温度：620 ℃；

5) 转化炉在配氧时，蒸汽可以适当多加，着火后控制H2O/C比例约3.0。

为了方便指导操作，将升温曲线以表格的形式进行总结，见表2。

5 触媒的放硫

使用时不仅考虑到温度的影响，同时也考虑到催化剂放硫的情况，必须使催化剂中含硫物质全部脱除后，催化剂才能表现出较高的转化率。为保护合成催化剂，应将硫处理干净，若转化炉出口气体中的硫含量(需同时分析进、出口气体组份中的硫含量)连续3次以上测定值为小于0.1×10-6，并且能够稳定2 h，则可以认为放硫阶段结束。

表2 转化炉升温还原曲线

6 结语

转化触媒的升温还原将直接影响到甲烷的转化率以及甲醇的产量，其重要性不言而喻，本文通过对催化剂装填、升温还原的具体操作研究后提出了优化措施，具有可操作性，确保催化剂在投入使用后发挥出最好的效果，帮助企业降本增效。