RK-05型甲醇合成催化劑使用經驗總結及優化建議

茹文杰

（云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司，云南 開遠 661600）

0 引 言

云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司（簡稱解化化工）有1套200kt／a甲醇裝置，裝置2008年建成投產，分別于2013年3月和2017年8月更換了大連瑞克科技有限公司生產的RK-05型甲醇合成催化劑。以下對解化化工2013—2017年這一爐RK-05型甲醇合成催化劑的使用情況進行分析和總結，在此基礎上，對新一爐催化劑的使用以及如何做好甲醇合成系統的安全穩定運行和高產低耗提出優化建議。

1 甲醇合成系統工藝流程及所用催化劑簡介

1.1 甲醇合成系統工藝流程

解化化工甲醇合成系統工藝流程框圖見圖1。經合成氣壓縮機加壓到6.0MPa的合成氣，通過氣氣換熱器與甲醇合成塔出塔氣換熱將其預熱到200℃左右，進入甲醇合成塔，在適宜的壓力、溫度、氣體組分工藝條件及銅基催化劑的作用下，CO、CO2和H2反應生成甲醇，同時生成少量水；甲醇合成塔出塔氣通過氣氣換熱器與甲醇合成塔入塔氣換熱后，溫度降至95℃左右，再經水冷器Ⅰ、水冷器Ⅱ冷卻到40℃以下后進入甲醇分離器進行氣液分離，甲醇分離器下部得到粗甲醇產品，甲醇分離器上部出來的大部分氣體作為循環氣回到合成氣壓縮機，增壓并補充新鮮氣后再次送入甲醇合成塔；小部分氣體用來平衡合成氣中的惰性氣含量，之后作為弛放氣送往氫回收系統。甲醇分離器下部分離出的粗甲醇通過粗甲過濾器除去固體雜質后送至閃蒸槽，然后經粗甲醇泵送至甲醇精餾系統或粗甲醇罐區。

圖1 甲醇合成系統工藝流程框圖

1.2 RK-05型甲醇合成催化劑簡介

RK-05型甲醇合成催化劑由大連瑞克科技有限公司（簡稱大連瑞克）生產，催化劑產品質量執行Q／71606787-6.014—2014標準的要求，大連瑞克提供的使用性能曲線見圖2。

圖2 RK-05型甲醇合成催化劑使用性能曲線圖

主要物化指標：外觀為兩端帶弧面的圓柱體，規格（直徑×高）為φ6mm×（4.5～5.0）mm，堆密度約1.25kg／L。

主要性能指標：230℃時的甲醇時空產率≥1.5g／（mL·h）；250℃時的甲醇時空產率≥2.0 g／（mL·h）。

主要使用參數：正常操作溫度220～250℃，使用壽命3～4a（系統連續運行）。

2 上一爐甲醇合成催化劑的使用情況

2.1 催化劑使用周期及提溫情況

解化化工上一爐RK-05型甲醇合成催化劑于2013年3月16日投用，2017年7月31日系統停車（更換新催化劑），共計使用了4年4個月，期間經過14次提溫，甲醇合成催化劑操作溫度從投用時的（215±1）℃提至更換前的（248±1）℃。上一爐甲醇合成催化劑歷次提溫記錄見表1。

表1 上一爐甲醇合成催化劑歷次提溫記錄

在上一爐催化劑使用過程中，由于甲醇合成車間相關管理人員和技術人員認為催化劑操作溫度較慢提升可使催化劑在低溫狀態下使用更長時間，可在一定程度上延長催化劑的使用壽命，因此在實際生產過程中采用了根據甲醇合成系統入塔氣中CO單程轉化率的下降程度和系統弛放氣量增加程度來判定催化劑的提溫時間，即上一爐催化劑并沒有按照大連瑞克提供的催化劑使用性能曲線進行提溫操作。

2.2 催化劑使用期間粗甲醇產量及凈化氣消耗

上一爐催化劑在2013年3月—2017年7月的4年4個月的使用時間內，共計生產濃度為95%的粗甲醇產品958.554kt，粗甲醇（年）產量及凈化氣（即新鮮氣）單耗（生產噸粗甲醇平均消耗的凈化氣量）見表2。可以看出：2014—2016年解化化工甲醇合成系統均完成了200kt／a的產量任務；2013年甲醇合成催化劑使用9個半月時間內，經折算，也能夠完成200 kt／a的產量任務；但2017年1—7月甲醇裝置粗甲醇產量不足90kt，顯然未能完成200kt／a的產量任務。

表2 甲醇合成系統粗甲醇產量及凈化氣消耗統計

由表2還可以看出：2013年至2014年上半年，噸粗甲醇的凈化氣消耗在2500m3以下；2014年下半年至2015年年底，噸粗甲醇的凈化氣消耗升至2580m3左右；2016年甲醇合成催化劑活性開始下降，噸粗甲醇凈化氣消耗上升，尤其是2016年10月以后，噸粗甲醇的凈化氣消耗升至2650m3以上；到2017年年中時，噸粗甲醇的凈化氣消耗已升至3100m3以上。

2013年10月—2017年4月每半年1次的月均弛放氣量及有關情況統計見表3。可以看出：2013年10月—2016年10月，噸粗甲醇月均凈化氣消耗由2473m3升至2599m3，弛放氣／新鮮氣由0.3296升至0.3862，折甲醇合成系統75000m3／h新鮮氣工況下弛放氣量由24720 m3／h升至28962m3／h；2016年10月中旬，78000m3／h新鮮氣工況下弛放氣量升至32000 m3／h；2017年開始，催化劑活性嚴重衰退，新鮮氣負荷已經無法加至75000m3／h，粗甲醇產量明顯下降。

總體來看，可以將2013年至2014年上半年看成甲醇合成催化劑使用初期，2014年下半年至2015年年底看成催化劑使用中期，2016年開始看成催化劑使用末期。結合上述數據分析可以看出：催化劑使用初期，噸粗甲醇凈化氣消耗在2500m3以下，但甲醇合成系統弛放氣量上升較快；催化劑使用中期，弛放氣量上升平穩，但噸粗甲醇凈化氣消耗上升較多，基本上在2580m3左右；催化劑使用末期，甲醇合成弛放氣量又明顯上升，尤其是新鮮氣量超過75000m3／h后，弛放氣量飆升，導致噸粗甲醇凈化氣消耗甚至升至3100m3以上。

表3 甲醇裝置月均弛放氣量及有關情況統計

3 甲醇合成催化劑使用總結及優化建議

3.1 上一爐甲醇合成催化劑使用總結

（1）甲醇合成催化劑廠家推薦的催化劑使用壽命為3～4a，解化化工上一爐甲醇合成催化劑實際使用了4年4個月，雖然催化劑的使用壽命長于催化劑廠家的推薦，但在催化劑使用的最后幾個月時間里，催化劑活性已嚴重衰退，新鮮氣負荷已經無法加至75000m3／h，粗甲醇產量明顯下降，噸粗甲醇凈化氣消耗明顯上升，對甲醇裝置的生產運行十分不利，也未能完成年度粗甲醇生產（產量）任務，對解化化工的效益產生了不利影響。

（2）上一爐甲醇合成催化劑的提溫過程沒有嚴格參照催化劑廠家提供的催化劑使用性能曲線圖進行，前期提溫慢，后期提溫頻繁，很長一段時間內催化劑的操作溫度都在230℃以下，沒有在大連瑞克建議的230～235℃最佳操作溫度下使用。

（3）上一爐甲醇合成催化劑在2016年10月以前的使用過程中，催化劑性能下降緩慢，新鮮氣消耗和甲醇合成弛放氣量逐步上升，是一個漸變的過程，屬于正常變化；但在2016年10月以后，催化劑性能突然加速下降，噸粗甲醇新鮮氣消耗和甲醇合成系統弛放氣量明顯上升，經分析，可能是2016年空分裝置跳車導致甲醇合成系統2次緊急停車而對催化劑產生了一定的損害。

（4）上一爐甲醇合成催化劑使用后期，解化化工用所生產的粗甲醇作為進料的甲醇精餾系統和二甲醚合成系統也存在消耗上升的情況，且系統廢氣排放量增加、廢水COD值上升，分析原因可能是甲醇合成催化劑使用后期副反應增加，粗甲醇產品中副產物增多，對后工序造成了不利影響。

3.2 新一爐甲醇合成催化劑使用優化建議

（1）2017年8月更換的甲醇合成催化劑仍然是RK-05型，建議這一爐甲醇合成催化劑嚴格按照大連瑞克推薦的使用3～4a，在使用到達3a時就立即啟動新催化劑采購和更換的準備工作，避免催化劑使用后期活性嚴重衰退帶來的粗甲醇產量急劇下降和凈化氣消耗急劇上升，以免對公司的效益產生不利影響。

（2）建議這一爐甲醇合成催化劑提溫過程嚴格參照大連瑞克提供的催化劑使用性能曲線圖進行，前期提溫慢，但應盡可能使催化劑在230～235℃最佳操作溫度下使用，以充分發揮催化劑的使用效率。

（3）建議公司重視這一爐甲醇合成催化劑開停車過程中的保護工作，尤其是裝置緊急停車和非計劃性停車時，嚴格按催化劑使用要求的升降溫速率和升降壓速率進行操作，并盡可能地減少開停車次數，以減輕非正常操作對催化劑性能產生的不利影響。

（4）如今，企業面臨的安全和環保形勢異常嚴峻，裝置廢氣、廢水排放受到嚴格監控，建議今后更換催化劑時最好選擇性能更好、選擇性更高、副反應更少的優質催化劑，如進口的托普索甲醇合成催化劑，以減少粗甲醇中的副產物，避免對后工序及公司環保工作造成不利影響。

4 結束語

甲醇合成催化劑選擇和使用情況的好壞，直接影響甲醇合成系統的安全穩定運行以及粗甲醇產品的產量及消耗，是甲醇企業生產運行管理中的關鍵環節。通過對解化化工2013—2017年使用的一爐大連瑞克RK-05型甲醇合成催化劑運行情況的統計與分析，得出了一些催化劑使用的經驗，并對新一爐催化劑的使用提出了一些優化建議，希望上述經驗和建議能對業內甲醇合成催化劑的使用和運行管理有所幫助。