EB－6系列耐硫變換催化劑在“60·80”裝置的工業應用

張雄斌魯煜坤李小兵章小林李新懷李小定

(華爍科技股份有限公司湖北武漢430073)

EB－6系列耐硫變換催化劑在“60·80”裝置的工業應用

張雄斌魯煜坤李小兵章小林李新懷李小定

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0 前言

河北滄州正元化肥有限公司是河北陽煤正元化工集團有限公司全資子公司，項目總投資為100億元，將形成年產合成氨1500kt、尿素2000kt、工業氣體10×108m3(標態);項目一期投資43億元，占地面積889244.4m2(1334畝)，年生產能力為600kt合成氨、800kt尿素、3×108m3(標態)工業氣體。項目一期工程于2012年9月開始建設施工，2015年2月開車調試，于2015年4月23日成功產出成品尿素。

變換系統采用的是四段式變換工藝流程，其中入口原料氣量為186239m3/h(標態，干基)或400984m3/h(標態，濕基)，溫度為214℃，壓力為3.7MPa。主要設備包括1#等溫變換爐(R2101A/B，2臺并聯運行)，2#軸徑向變換爐(R2102)、3#軸徑向變換爐(R2103)和4#軸向變換爐(R2104)等。2#，3#，4#變換爐全部采用由華爍科技股份有限公司所提供的EB－6系列耐硫變換催化劑。其中，2#變換爐變換催化劑裝填量為128m3，3#變換爐變換催化劑裝填量為108m3，4#變換爐變換催化劑裝填數量為上層53.2m3、下層54.7m3。

1 變換工藝流程

從氣化系統來的壓力3.72MPa、溫度213℃的粗煤氣，首先進入氣液分離器，將粗煤氣因熱力損失而產生的冷凝液自分離器底部排出。此時粗煤氣被分成2股，一股用于制取CO原料氣，另一股則進入變換爐進料換熱器。粗煤氣經變換進料加熱器被加熱至260℃左右進入脫毒槽(1開1備)。經過脫毒槽后粗煤氣進入等溫變換爐發生變換反應，反應熱由等溫變換爐內循環熱水移走，副產3.9MPa飽和蒸汽，變換氣中CO體積分數控制在≤10%。從等溫變換爐底部出來的變換氣進入變換爐進料換熱器，換熱后的變換氣進入冷激汽化器補入飽和蒸汽，將水氣比提高至0.83左右，進入2#中壓蒸發冷凝器，副產飽和蒸汽。此時變換氣被冷卻至240℃進入2#變換爐，在爐內催化劑的作用下進一步進行變換反應，出口氣中CO體積分數控制在5.0%左右。從2#變換爐出來的變換氣進入2#冷激汽化器，將水氣比提高至0.48左右，依次進入1#中壓蒸發冷凝器和冷凝液加熱器，變換氣被冷卻至220℃進入3#變換爐進行變換反應，變換氣中CO體積分數控制在1.0%左右。從3#變換爐出來的變換氣進入2#低壓蒸發冷凝器溫度降至200℃，再進入4#變換爐進行深度變換反應，反應溫度控制在204℃，變換氣中CO體積分數控制在0.4%。變換系統工藝流程示意如圖1所示。

圖1 變換系統工藝流程示意

2 催化劑的升溫和硫化

本次催化劑硫化采用系統外配氣(N2，H2和CS2)，配氣經過現場硫化用羅茨風機、氣氣換熱器殼程與變換爐出來氣體換熱，再送至電爐加熱;硫化前氣體入變換爐經氣氣換熱器管程換熱后，至冷卻器，回羅茨風機進口。

2014年8月30日至9月5日，系統吹掃氮氣置換合格、羅茨風機試機正常后轉入循環升溫硫化。本次硫化采取了對2#變換爐催化劑單獨硫化，3#和4#變換爐催化劑串聯硫化方式。

2#變換爐催化劑升溫硫化情況:經多次分析測得系統內氣體中O2體積分數＜0.5%后，2#變換爐于2014年9月5日20:00開啟電加熱器加熱升溫，期間一直補入氮氣循環，微開放空閥進行氣體置換，羅茨風機進口氣體壓力控制在＜20kPa(500mmH2O)，出口氣體壓力控制在＜70kPa。9月7日1:00催化劑床層溫度均＞190℃，開始向系統補入H2(外購鋼瓶氫氣); 3次分析循環氣中H2體積分數＞30%后，于4:00加入CS2，初次配入量40L/h;12:00時，因分析有誤，變換爐出口氣中H2體積分數為零，故停止加CS2而補H2，直至17:00恢復加CS2。催化劑硫化過程中根據H2消耗量最大加硫量為120L/h，至9月10日20:00，因系統內氣體中H2S質量濃度＞30g/m3(標態，放空管位置偏低，擔心操作人員中毒)停止加CS2，此時共累計加CS2約7.5t。2臺電加熱器(總功率3600kW)因冷卻水水壓問題多次跳閘，導致變換爐爐溫波動數次，同時因設備及管道保溫尚未完成，熱損失過大，強化溫度最高達到355℃，影響了整體硫化進程，至10日22:00完成強化轉入降溫置換。11日1:00電爐和羅茨風機停運，關閉放空閥，系統保溫、保壓，此時催化劑床層各點溫度已降至300℃以下，出口氣體中H2S質量濃度降低至3g/m3。

3#和4#變換爐串聯升溫硫化情況:3#和4#變換爐置換合格后，2014年9月11日19:30，3#和4#變換爐串聯開始升溫，9月12日19:00，3#變換爐床層溫度到達200℃，4#變換爐最后一點(催化劑熱點5)溫度達到＞150℃后，開始補H2;至循環氣中H2體積分數分析合格(4#變換爐出口氣體中H2體積分數＞20%);9月13日8:00，開始加入CS2，初始加入量為40L/h，觀察床層溫度1h內波動不明顯，增大到80L/h，再逐步增加CS2量，最大至160L/h。9月15日14:00，4#變換爐出口氣體中H2S質量濃度＞3g/m3(標態)透硫后，逐步開始提溫，轉入強化期。強化硫化階段3#變換爐溫度最高達到＞380℃，4#變換爐溫度達到＞370℃。9月16日22:00催化劑完成強化硫化后，進行降溫、置換。17日9:00，3#和4#變換爐溫度降到＜300℃，出口氣體中H2S質量濃度＜3g/m3(標態)。3#和4#變換爐總硫化時間約92h，CS2消耗約12.5t。3#和4#變換爐升溫過程約24h，CS2加入時間約95h，各變換爐強化硫化期時間約15h(3#變換爐最高溫度380℃，4#變換爐最高溫度370℃)，降溫、置換約10h。

3 催化劑運行數據

變換催化劑升溫、硫化、強化、降溫、置換結束后，變換系統進行氮氣保壓，2015年3月變換系統投入運行。2#，3#和4#變換爐有關運行數據如表1所示。

表1 2#，3#和4#變換爐有關運行數據

從表2中數據可以看出，EB－6系列催化劑在不同氣量負荷及不同CO濃度的條件下，表現出了活性溫度低、活性穩定、變換率高、工業使用阻力小等特點，各項指標穩定，能滿足加壓煤氣化變換工藝要求。

2015－07－07)