耐硫變換催化劑更換總結

沈志強

（伊犁新天煤化工有限責任公司，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氫碳比3:1 的使用要求。碎煤加壓氣化生產的粗煤氣中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、變換率等數據對催化劑進行分析，判斷其是否需要更換，通過加強運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

本公司部分變換工藝有預變爐、主變爐兩部分組成。預變爐內裝填脫毒劑和預變催化劑，其主要作用為脫除煤氣中的氧氣、粉塵及焦油等雜質，并發生微量變換反應；主變爐內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升降溫過程中，部分催化劑粉化，導致床層阻力不斷上升，達到設計值后必須進行更換。運行過程中，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 指標仍能滿足設計要求，通過提升熱點溫度后繼續使用。但從裝個系統安、穩、長、滿、優的角度出發，避免催化劑使用末期突然穿透，變換率不能保證，導致整個系統無法運行，決定利用本年度大修計劃對變換催化劑進行更換。

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，使用前需要用CS2 把催化劑硫化，生產硫化鈷、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的催化劑鈍化成氧化態，這樣才能安全的卸出來，避免卸出的催化劑回溫導致事故這一現象。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，直到氧氣不再發生反應，催化劑徹底變成氧化態，同時催化劑表面積碳也被氧氣燒掉。對需要重復使用的催化劑，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，部分企業對計劃更換的耐硫變換催化劑不進行鈍化處理，直接通過氮氣或者CO2 進行降溫，把催化劑降到常溫狀態，然后把催化劑扒出。硫化態的催化劑遇到空氣后會發生緩慢氧化反應，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，這樣能節約一定的費用。

三、延長催化劑運行周期，降低維護成本

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，平攤到每年的維護成本就會大幅降低。根據運行經驗進行分析，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，穩定原料氣成分

新建企業變換催化劑使用壽命一般都很短，這跟系統反復開停車有很大關系。變換催化劑伴隨著開停車過程，反復升溫、降溫，很容易導致催化劑活性成分結團并老化。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，減少催化劑毛細孔堵塞概率

粗煤氣中攜帶的煤粉、焦油、硅、鉀等雜質，隨著系統的運行，逐步吸附在預變爐、主變爐催化劑表面，當催化劑表面毛細孔被堵塞后，催化劑活性就會大大降低。

（三）嚴把催化劑裝填質量關

變換催化劑的裝填質量直接影響到催化劑的正常運行及使用壽命。變換催化劑在運輸過程中，部分催化劑會粉化，裝填之前，必須對催化劑進行過篩，篩去粉塵，控制催化劑整體粒度。裝填前，應根據堆密度計算出每層需要裝填的催化劑量，并在爐內畫好刻度，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，避免落差過大導致催化劑粉化；裝填完成后，在催化劑表面鋪上絲網及瓷球，避免氣流把催化劑吹散。

（四）嚴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，如果氣化爐出現異常，可能會導致粗煤氣中氧含量超標，氧氣設置煤氣進入預變爐及主變爐，催化劑被迅速氧化，溫度難以控制，超過設計最高溫度后，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的，活性下降的同時催化劑的機械強度也降低，更容易粉化。

（五）針對本單位預變爐串聯主變爐的特殊形式，對催化劑裝填進行優化，減少催化劑采購費用

預變爐上部裝填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。通過運行數據對比，預變爐內裝填的催化劑基本沒有變換能力，進出預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變爐底部。經過這一調整后，節約催化劑25 萬左右，預變爐的溫升達到12-15℃，主變爐則沒有任何影響。

四、結語

耐硫變換催化劑作為化工生產過程重要催化劑之一，已經得到了較為廣泛的應用。在實際生產中，通過對催化劑裝填、正常使用、再生等工作細節的把控，有效的延長催化劑使用壽命，能有效地降低企業運行成本，提高企業競爭力。