耐硫变换催化剂更换总结

沈志强

（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁 835000）

本公司煤制天然气项目使用碎煤气化工艺加CO 部分变换来满足后续氢碳比3:1 的使用要求。碎煤加压气化生产的粗煤气中CO 含量约17.6%，H2含量约36.1%，因此需要把部分C0 通过耐硫变换变成H2。耐硫变换催化剂的使用寿命一般为2-3 年，通过催化剂的温度、压差、变换率等数据对催化剂进行分析，判断其是否需要更换，通过加强运行和装填方面的管理，延长催化剂使用寿命。

一、变换催化剂更换判断依据

本公司部分变换工艺有预变炉、主变炉两部分组成。预变炉内装填脱毒剂和预变催化剂，其主要作用为脱除煤气中的氧气、粉尘及焦油等杂质，并发生微量变换反应；主变炉内装填耐硫变换催化剂，把粗煤气中的C0 和水蒸气变换成H2 和CO2。随着催化剂的不断使用，部分催化剂会失去活性，床层热点逐步下移，最终变换率得不到保障；催化剂在气流冲刷和反复升降温过程中，部分催化剂粉化，导致床层阻力不断上升，达到设计值后必须进行更换。运行过程中，催化剂的低温活性丧失，提高床层温度，利用催化剂的高温活性继续使用，待变换率不能保障时，必须通过再生或者更换来解决问题。

我们车间使用的耐硫催化剂为QDB-04型，设计值变换炉出口CO＜3.12%、变换率80%-90%之间、热点温度＜450℃。从表1 可以看出，随着使用周期的增加，催化剂变换率及出口CO 指标仍能满足设计要求，通过提升热点温度后继续使用。但从装个系统安、稳、长、满、优的角度出发，避免催化剂使用末期突然穿透，变换率不能保证，导致整个系统无法运行，决定利用本年度大修计划对变换催化剂进行更换。

表1 主变催化剂随着使用情况，床层温度及变换率

二、变换催化剂更换注意事项

钴钼系耐硫变换催化剂采购时为氧化态，使用前需要用CS2 把催化剂硫化，生产硫化钴、硫化钼才具备CO 变换能力。变换催化剂在卸出时需要将硫化态的催化剂钝化成氧化态，这样才能安全的卸出来，避免卸出的催化剂回温导致事故这一现象。催化剂再生或彻底更换前，需要通入蒸汽升温，然后逐步配入0.2%左右的空气，控制好催化剂的温升，逐步加大空气量，直到氧气不再发生反应，催化剂彻底变成氧化态，同时催化剂表面积碳也被氧气烧掉。对需要重复使用的催化剂，再生是非常好的措施，能把催化剂表面积碳、油等杂质彻底清除，使催化剂重新具备高活性。

在兼顾成本和安全的前提下，部分企业对计划更换的耐硫变换催化剂不进行钝化处理，直接通过氮气或者CO2 进行降温，把催化剂降到常温状态，然后把催化剂扒出。硫化态的催化剂遇到空气后会发生缓慢氧化反应，催化剂的温度会逐步升高，通过浇水降温等方式，避免温度过高迅速氧化导致其他事故。待催化剂全部卸出，由催化剂厂家回收或者填埋处理，这样能节约一定的费用。

三、延长催化剂运行周期，降低维护成本

变换催化剂随着使用年限的增长，部分催化剂失活、粉化，变换率降低，最终难以满足使用要求。催化剂更换成本包括废催化剂处置、新催化剂采购、装填、硫化等费用，对企业来说是一笔不小的投入，催化剂使用周期每延长1 年，平摊到每年的维护成本就会大幅降低。根据运行经验进行分析，催化剂使用寿命影响因素主要包括以下几个方面：

（一）减少开停车次数，稳定原料气成分

新建企业变换催化剂使用寿命一般都很短，这跟系统反复开停车有很大关系。变换催化剂伴随着开停车过程，反复升温、降温，很容易导致催化剂活性成分结团并老化。催化剂活性降低，床层热点温度就会下移，最终热点温度和出口温度接近时，催化剂就需要再生或者更换了。原料气中的S 含量也对催化剂有着较大影响，如果粗煤气中总S 含量过低，催化剂会反硫化，导致部分催化剂失去活性，影响CO 变换效果。

（二）减少带出物，减少催化剂毛细孔堵塞概率

粗煤气中携带的煤粉、焦油、硅、钾等杂质，随着系统的运行，逐步吸附在预变炉、主变炉催化剂表面，当催化剂表面毛细孔被堵塞后，催化剂活性就会大大降低。

（三）严把催化剂装填质量关

变换催化剂的装填质量直接影响到催化剂的正常运行及使用寿命。变换催化剂在运输过程中，部分催化剂会粉化，装填之前，必须对催化剂进行过筛，筛去粉尘，控制催化剂整体粒度。装填前，应根据堆密度计算出每层需要装填的催化剂量，并在炉内画好刻度，逐层压实，保证每层催化剂装填量不超过5%。装填过程中尽可能降低落差，避免落差过大导致催化剂粉化；装填完成后，在催化剂表面铺上丝网及瓷球，避免气流把催化剂吹散。

（四）严格控制粗煤气的氧含量，避免催化剂中毒失活

正常情况下粗煤气中的氧含量均在0.1%以下，如果气化炉出现异常，可能会导致粗煤气中氧含量超标，氧气设置煤气进入预变炉及主变炉，催化剂被迅速氧化，温度难以控制，超过设计最高温度后，催化剂中活性成分将彻底丧失。氧、卤化物、重金属等毒物对催化剂的伤害是不可恢复的，活性下降的同时催化剂的机械强度也降低，更容易粉化。

（五）针对本单位预变炉串联主变炉的特殊形式，对催化剂装填进行优化，减少催化剂采购费用

预变炉上部装填8.4m3 的脱毒剂，下部装填5.3m3 的催化剂，主变炉装填60m3 的催化剂。通过运行数据对比，预变炉内装填的催化剂基本没有变换能力，进出预变炉的催化剂温升只有4-7℃。大修更换催化剂时，只采购主变炉的催化剂和脱毒剂，把废弃的主变炉催化剂过筛后装填到预变炉底部。经过这一调整后，节约催化剂25 万左右，预变炉的温升达到12-15℃，主变炉则没有任何影响。

四、结语

耐硫变换催化剂作为化工生产过程重要催化剂之一，已经得到了较为广泛的应用。在实际生产中，通过对催化剂装填、正常使用、再生等工作细节的把控，有效的延长催化剂使用寿命，能有效地降低企业运行成本，提高企业竞争力。