甲醇合成催化剂失活分析

常成

摘 要：如今，我国的化工生产进入到了快速发展的阶段，要想在后期的创造以及生产能力上有明显的提升，就需要不断深入研发催化剂方面的内容。从客观的角度来分析，甲醇合成催化剂的研究工作当中，失活问题的出现，对化工目标造成了很大的负面影响，必须采取科学、合理的手段来应对，这样才能在日后的工作中，不断取得更好的成绩。鉴于此，本文就甲醇合成催化剂失活及影响因素展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：甲醇;合成;催化剂;失活

1 甲醇合成催化剂失活的影响因素

新时代的化工产业发展过程中，甲醇合成催化剂是非常有代表性的内容，想要在未来工作的开展上取得更好的成绩，必须坚持在现有的问题解决上，做出较为卓越的贡献，这样才能对未来工作的部署，提供更多的支持与参考。结合以往的工作经验和当下的工作标准，认为甲醇合成催化剂失活的影响因素，主要是表现在以下几个方面：第一，甲醇合成催化剂的研发过程中，针对相关的原材料，并没有做出良好的过滤和筛选，以至于在杂质的含量方面过高，影响到了甲醇合成催化剂的生产效率和生产质量，最终获得的产品不尽如人意，难以得到预期工作效果。第二，甲醇合成催化剂的失活出现，还与技术人员的能力不足存在关系，在化学反应的综合把控过程中，难以得到预期效果，最终造成的不良影响较为显著。

2 如何判断催化剂活性好坏

2.1 热点温度

在催化剂床层上层，工艺气中反应物的浓度最高，生成物的浓度最低，此时反应最剧烈，所以催化剂床层的温度沿轴线上升。到某一温度最高，此后，随着生成物浓度的增加，反应物浓度相对应降低，反应进行缓慢。反应产生的热量被插入催化剂床层的板换带走，床层温度又逐渐降低。在工业上把沿合成塔轴線上温度最高的一点叫做热点温度。热点温度是判断合成催化剂活性的重要依据，催化剂活性好则热点温度位置高，活性差则热点温度位置低。合成塔在使用过程中热点温度下移的原因：①合成塔床温控制高，催化剂长期处于高温状态下活性下降;②由于脱硫脱碳工段操作不当，总硫含量超标，催化剂上层中毒，活性下降;③在催化剂还原阶段，催化剂没有完全还原，上层催化剂活性差;④在日常工艺操作中空速过高，或者开停车太频繁，热点温度下移。因此，甲醇合成反应催化剂的活性可以根据热点温度来判断。

2.2 单程转化率

单程转化率是指出合成塔CO或CO2浓度与进合成塔CO或CO2浓度之比。在工业生产中单程转化率更能反应出催化剂的活性，如果单程转化率高，循环比就更低，催化剂活性更好。

2.3 催化剂床层温差

催化剂床层温差较大，局部床层温度没有达到催化剂活性温度，造成变换反应集中在局部活性温度够的地方，放出大量的反应热，反应越强烈，床层温差越大，催化剂的活性也越好。新装催化剂活性较好。催化剂的使用寿命末期，活性较差，单程转化率下降，床层温差小。因此，甲醇合成反应催化剂的活性可以根据催化剂床层温差来判断。

3 催化剂失活的主要因素

3.1 催化剂失活的物理因素

催化剂失活的物理因素中较长见的是催化剂粉化。①催化剂自身强度低。催化剂强度是选用催化剂的重要指标之一，一般单粒催化剂强度为220-290N，其他条件相同时单粒强度越大越好;②催化剂受到激冷变脆造成粉化。发生激冷的条件不易形成，一般事故状态下发生，原料气突然大量进入合成塔，床层入口温度快速下降，床层垮温，激冷现象形成。催化剂抗压能力严重下降，易造成粉化。使用中，向合成系统并气，本着“缓平慢”的操作原则，初期“触媒温度上涨速度，要大于气量增大速度”避免催化剂受到激冷变脆;③催化剂受到冲击力。合成系统升降压过快，形成巨大的冲击力，造成催化剂粉化，升降压控制在≤0.3MPa/h，减小升降压的冲击力。

3.2 催化剂失活的化学因素

催化剂失活的化学因素是中毒净化气中含有的硫、氯是常见的毒物，引起催化剂中毒失活，与活性因子铜反应，使催化剂失去活性。氯比硫对催化剂的危害大，催化剂与氯反应后，活性大幅度下降。

3.2.1 硫元素对合成催化剂的影响

硫是引起催化剂失活的主要因素之一，硫元素含量以H2S、COS、CS2、硫醚等形式存在。CS2、硫醚相对含量较少，但相比之下难以脱除。催化剂对硫元素很敏感，含量超标会造成催化剂中毒失活。净化气中硫化物以H2S、COS、CS2形式存在，其中CS2极易导致催化剂中毒，其次为COS，再者是H2S。H2S在活性Cu上的吸附比在ZnO上的吸附力更强。硫中毒的机理，H2S和活性铜反应生成硫化亚铜，覆盖催化剂表面，堵塞透气孔道，使催化剂丧失活性。因此要求净化气精脱硫，应严格控制总硫含量≤0.1ppm，硫中毒反应机理如下：

H2S+2Cu→Cu2S+H2

多元硫化物与氢反应生成硫化氢，硫化氢再进一步反应，从而致使催化剂中毒，机理如下：

COS+H2→H2S+CO RSH+H2→RH+H2S

继续和单质铜反应，进而使催化剂中毒，造成永久性失活。

3.2.2 氯元素对合成催化剂的影响

氯元素是对合成催化剂毒性较强，其毒性比硫利害。氯中毒后毒性分子由催化剂外表向内层逐步渗透，它与催化剂中氧化锌反应生成氯化锌，使氧化锌在催化剂中的作用减弱，不再有“防中毒”作用，铜晶粒相比下迅速增大，破坏催化剂“Cu-Zn-Al”结构，铜与氯反应，导致催化剂活性快速下降。一般氯化物由生产原料带入合成系统造成催化剂中毒，原料中氯含量远远没有硫含量高，但其毒性更厉害。催化剂氯中毒失活现象与硫中毒失活不同，不常遇到，特定因素下才会发生，但是严重的氯中毒会使催化剂在十天内丧失活性，一旦出现氯中毒，催化剂活性会发生断崖式下降。所以日常生产中要坚决避免氯元素带入合成循环系统。

4 催化剂的活性再生过程

需要极高的技术标准和严苛的环境条件，因此，在操作过程中不管是对技术人员的专业水准还是环境的适宜程度、所需设备的正常运行和材料质量的控制都必须重视，对实际反应过程中的每一个环节及时监测随机应变，争取达到最佳的反应效果。首先必须根据催化剂的实际特点制定操作方案，技术人员对整个操作流程的每个环节都要充分熟悉和了解，做到烂熟于心，才能在反应的过程中对每个实验环节牢牢把控，保证再生过程正常开展。

4.1 对当前环境的温度控制

对操作环境的温度必须控制在适宜的范围内，不可过高也不可太低，通常来讲需要维持在一个相对较高的温度上，通过一定程度上身高催化剂再生过程中的温度不仅可以缩短反应所需时间，同时也能够保证激发各材料足够的活跃度。但是过高的温度会导致催化剂结构的变化，影响再生之后催化剂的稳定程度，同时高温之下也会引发不必要的化学反应，产生杂质，造成催化剂的材料比例有失标准，因此需要时刻注意。此外，各环节间需要的温度略有差异，应当根据实际情况灵活变动，才能保证再生过程的顺利进行。

4.2 及时调整反应物的数量

随着操作过程的推进，各物质的数量都会随着反应的进行而增加，除了催化剂再生所需要的物质以外，还会产生许多杂质和影响反应进行的化学物质，阻碍再生过程的顺利开展，这种现象可以通过调整的手段来解决，但过度降低反应的压力又会影响催化剂的反应效率从而降低它的活跃度。因此，面对这样的情况，需要随时对再生过程中的比例和环节进行调整，清除不必要的障碍物，力求通过合理的操作技巧在不影响再生效果的情况下，最大限度提高材料的利用率和实验的速度，提高反应的水平。

5 结语

我国在现代化的发展中，对于化工产业的重视程度较高，尤其是甲醇合成催化剂的失活把控力度，正在大幅度的提升，整体上创造的價值是非常值得肯定的。日后，应继续在甲醇合成催化剂的失活应对上，按照科学、合理的模式来完成，从多个角度来出发，确保在各项工作的执行过程中，能够得到明确的依据。

参考文献：

[1]潘萌萌.合成气制甲醇催化剂失活因素分析与研究[D].贵阳：贵州大学，2017.

[2]陈强.影响甲醇合成催化剂失活的原因和对策[J].化工管理，2016（35）：146.