沈志強(qiáng)

（伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000）

本公司煤制天然氣項目使用碎煤氣化工藝加CO 部分變換來滿足后續(xù)氫碳比3:1 的使用要求。碎煤加壓氣化生產(chǎn)的粗煤氣中CO 含量約17.6%，H2含量約36.1%，因此需要把部分C0 通過耐硫變換變成H2。耐硫變換催化劑的使用壽命一般為2-3 年，通過催化劑的溫度、壓差、變換率等數(shù)據(jù)對催化劑進(jìn)行分析，判斷其是否需要更換，通過加強(qiáng)運(yùn)行和裝填方面的管理，延長催化劑使用壽命。

一、變換催化劑更換判斷依據(jù)

本公司部分變換工藝有預(yù)變爐、主變爐兩部分組成。預(yù)變爐內(nèi)裝填脫毒劑和預(yù)變催化劑，其主要作用為脫除煤氣中的氧氣、粉塵及焦油等雜質(zhì)，并發(fā)生微量變換反應(yīng)；主變爐內(nèi)裝填耐硫變換催化劑，把粗煤氣中的C0 和水蒸氣變換成H2 和CO2。隨著催化劑的不斷使用，部分催化劑會失去活性，床層熱點逐步下移，最終變換率得不到保障；催化劑在氣流沖刷和反復(fù)升降溫過程中，部分催化劑粉化，導(dǎo)致床層阻力不斷上升，達(dá)到設(shè)計值后必須進(jìn)行更換。運(yùn)行過程中，催化劑的低溫活性喪失，提高床層溫度，利用催化劑的高溫活性繼續(xù)使用，待變換率不能保障時，必須通過再生或者更換來解決問題。

我們車間使用的耐硫催化劑為QDB-04型，設(shè)計值變換爐出口CO＜3.12%、變換率80%-90%之間、熱點溫度＜450℃。從表1 可以看出，隨著使用周期的增加，催化劑變換率及出口CO 指標(biāo)仍能滿足設(shè)計要求，通過提升熱點溫度后繼續(xù)使用。但從裝個系統(tǒng)安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的角度出發(fā)，避免催化劑使用末期突然穿透，變換率不能保證，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法運(yùn)行，決定利用本年度大修計劃對變換催化劑進(jìn)行更換。

表1 主變催化劑隨著使用情況，床層溫度及變換率

二、變換催化劑更換注意事項

鈷鉬系耐硫變換催化劑采購時為氧化態(tài)，使用前需要用CS2 把催化劑硫化，生產(chǎn)硫化鈷、硫化鉬才具備CO 變換能力。變換催化劑在卸出時需要將硫化態(tài)的催化劑鈍化成氧化態(tài)，這樣才能安全的卸出來，避免卸出的催化劑回溫導(dǎo)致事故這一現(xiàn)象。催化劑再生或徹底更換前，需要通入蒸汽升溫，然后逐步配入0.2%左右的空氣，控制好催化劑的溫升，逐步加大空氣量，直到氧氣不再發(fā)生反應(yīng)，催化劑徹底變成氧化態(tài)，同時催化劑表面積碳也被氧氣燒掉。對需要重復(fù)使用的催化劑，再生是非常好的措施，能把催化劑表面積碳、油等雜質(zhì)徹底清除，使催化劑重新具備高活性。

在兼顧成本和安全的前提下，部分企業(yè)對計劃更換的耐硫變換催化劑不進(jìn)行鈍化處理，直接通過氮氣或者CO2 進(jìn)行降溫，把催化劑降到常溫狀態(tài)，然后把催化劑扒出。硫化態(tài)的催化劑遇到空氣后會發(fā)生緩慢氧化反應(yīng)，催化劑的溫度會逐步升高，通過澆水降溫等方式，避免溫度過高迅速氧化導(dǎo)致其他事故。待催化劑全部卸出，由催化劑廠家回收或者填埋處理，這樣能節(jié)約一定的費用。

三、延長催化劑運(yùn)行周期，降低維護(hù)成本

變換催化劑隨著使用年限的增長，部分催化劑失活、粉化，變換率降低，最終難以滿足使用要求。催化劑更換成本包括廢催化劑處置、新催化劑采購、裝填、硫化等費用，對企業(yè)來說是一筆不小的投入，催化劑使用周期每延長1 年，平攤到每年的維護(hù)成本就會大幅降低。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗進(jìn)行分析，催化劑使用壽命影響因素主要包括以下幾個方面：

（一）減少開停車次數(shù)，穩(wěn)定原料氣成分

新建企業(yè)變換催化劑使用壽命一般都很短，這跟系統(tǒng)反復(fù)開停車有很大關(guān)系。變換催化劑伴隨著開停車過程，反復(fù)升溫、降溫，很容易導(dǎo)致催化劑活性成分結(jié)團(tuán)并老化。催化劑活性降低，床層熱點溫度就會下移，最終熱點溫度和出口溫度接近時，催化劑就需要再生或者更換了。原料氣中的S 含量也對催化劑有著較大影響，如果粗煤氣中總S 含量過低，催化劑會反硫化，導(dǎo)致部分催化劑失去活性，影響CO 變換效果。

（二）減少帶出物，減少催化劑毛細(xì)孔堵塞概率

粗煤氣中攜帶的煤粉、焦油、硅、鉀等雜質(zhì)，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，逐步吸附在預(yù)變爐、主變爐催化劑表面，當(dāng)催化劑表面毛細(xì)孔被堵塞后，催化劑活性就會大大降低。

（三）嚴(yán)把催化劑裝填質(zhì)量關(guān)

變換催化劑的裝填質(zhì)量直接影響到催化劑的正常運(yùn)行及使用壽命。變換催化劑在運(yùn)輸過程中，部分催化劑會粉化，裝填之前，必須對催化劑進(jìn)行過篩，篩去粉塵，控制催化劑整體粒度。裝填前，應(yīng)根據(jù)堆密度計算出每層需要裝填的催化劑量，并在爐內(nèi)畫好刻度，逐層壓實，保證每層催化劑裝填量不超過5%。裝填過程中盡可能降低落差，避免落差過大導(dǎo)致催化劑粉化；裝填完成后，在催化劑表面鋪上絲網(wǎng)及瓷球，避免氣流把催化劑吹散。

（四）嚴(yán)格控制粗煤氣的氧含量，避免催化劑中毒失活

正常情況下粗煤氣中的氧含量均在0.1%以下，如果氣化爐出現(xiàn)異常，可能會導(dǎo)致粗煤氣中氧含量超標(biāo)，氧氣設(shè)置煤氣進(jìn)入預(yù)變爐及主變爐，催化劑被迅速氧化，溫度難以控制，超過設(shè)計最高溫度后，催化劑中活性成分將徹底喪失。氧、鹵化物、重金屬等毒物對催化劑的傷害是不可恢復(fù)的，活性下降的同時催化劑的機(jī)械強(qiáng)度也降低，更容易粉化。

（五）針對本單位預(yù)變爐串聯(lián)主變爐的特殊形式，對催化劑裝填進(jìn)行優(yōu)化，減少催化劑采購費用

預(yù)變爐上部裝填8.4m3 的脫毒劑，下部裝填5.3m3 的催化劑，主變爐裝填60m3 的催化劑。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)對比，預(yù)變爐內(nèi)裝填的催化劑基本沒有變換能力，進(jìn)出預(yù)變爐的催化劑溫升只有4-7℃。大修更換催化劑時，只采購主變爐的催化劑和脫毒劑，把廢棄的主變爐催化劑過篩后裝填到預(yù)變爐底部。經(jīng)過這一調(diào)整后，節(jié)約催化劑25 萬左右，預(yù)變爐的溫升達(dá)到12-15℃，主變爐則沒有任何影響。

四、結(jié)語

耐硫變換催化劑作為化工生產(chǎn)過程重要催化劑之一，已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。在實際生產(chǎn)中，通過對催化劑裝填、正常使用、再生等工作細(xì)節(jié)的把控，有效的延長催化劑使用壽命，能有效地降低企業(yè)運(yùn)行成本，提高企業(yè)競爭力。