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1、關(guān)于中變催化劑使用壽命縮短原因研究 摘要：本文就我省某合成氨廠中溫變換工序出現(xiàn)的中變催化劑使用壽命短的問題，進(jìn)行了具體的分析，并提出了改進(jìn)的措施。關(guān)鍵詞：重油氧化法；中溫變換爐；催化劑中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-9324（2013）42-0097-03原來以重油為原料的合成氨廠，多采用重油部分氧化法制合成氨原料氣，但變換工序中溫變換爐使用的中變催化劑的壽命僅為3～5年。分析其原因，主要有原料氣中H2S含量比較高，中變爐多次帶水，事故狀態(tài)下裂化氣中O2含量嚴(yán)重超標(biāo)，炭黑和其它固體顆粒的物理堵塞，運(yùn)行初期一段
2、入口溫度偏高等因素。本文擬就這些影響因素進(jìn)行具體分析，并提出解決措施，以希望延長中變催化劑的使用壽命。一、催化劑壽命短的原因具體分析（一）原料氣中的H2S含量原料氣中存在的H2S能與中變催化劑活性組分Fe3O4發(fā)生下列反應(yīng)：H2+Fe3O4+3H2S=3FeS+4H2O？搖①7當(dāng)氣體中H2S的濃度為0.2～0.3克/標(biāo)米3時(shí)，對(duì)鐵鉻系中變催化劑的活性無多大影響，F(xiàn)e3O4在催化劑中是以穩(wěn)定相存在的。而該廠為重油部分氧化法制氣，原料氣中H2S含量大于1.06～1.3克/標(biāo)米3，大大超過①式反應(yīng)所需H2S平衡濃度。因此，在該廠CO變換過
3、程中，中變催化劑的活性組分已有部分是FeS的穩(wěn)定相。雖然FeS對(duì)CO變換反應(yīng)也有催化作用，但活性僅為Fe3O4的50%～80%。這可能是合成氨中變催化劑使用壽命短的主要原因之一。該廠中變催化劑使用壽命與入口原料氣中H2S含量關(guān)系見表1。該廠重油部分氧化法制氣采用冷激流程，從能量的綜合利用上來考慮，只能采用先中變后脫硫工藝，所以，進(jìn)中變工序的原料氣中H2S含量是無法降低的。因此，宜選用耐硫性能好和強(qiáng)度高的中變催化劑，如國產(chǎn)的鐵鉻系或鈷鉬系中變催化劑，H2S允許含量達(dá)1.0～1.5克/標(biāo)準(zhǔn)立方米以上。1980年該廠曾用過一爐衢州產(chǎn)耐硫催
4、化劑，其使用壽命為非耐硫催化劑平均使用壽命的2.2倍，從這一點(diǎn)可以看出原料氣中H2S的存在的確是該廠中變催化劑使用壽命短的主要原因之一。（二）炭黑及其他固體顆粒7該廠裂化氣中炭黑含量高達(dá)19.4～23.7毫克/標(biāo)米3，嚴(yán)重超標(biāo)，每次更換中變催化劑都發(fā)現(xiàn)一爐上段床層被炭黑嚴(yán)重堵塞。由于炭黑堵塞，新催化劑運(yùn)行時(shí)間不長，一爐上段床層活性就顯著下降，熱點(diǎn)下移，這也是影響中變催化劑使用壽命的又一主要原因。在正常生產(chǎn)中可以從降低氣化爐中炭黑生成量和提高洗滌炭黑效率這兩方面采取措施。1.降低氣化爐中的炭黑生成量。炭黑是重油氣化的副產(chǎn)物。炭黑生成量
5、的多少與氣化爐操作壓力、爐溫、氧油化、蒸氣油比、原料預(yù)熱程度、噴嘴霧化情況等有密切關(guān)系。在操作上只要合理調(diào)節(jié)蒸汽油比和膨脹比，適當(dāng)提高入爐各物料的預(yù)熱溫度，控制好氧油比和氣化爐的爐溫，就可降低炭黑生成量。圖1繪出氧油比與爐溫和炭黑生成量的關(guān)系。由圖1可見，氧油比每升高0.01，爐溫約提高10℃，同時(shí)當(dāng)氧油比增大，炭黑含量隨之減少，一般規(guī)定爐溫在1350±10℃。炭黑含量過高的主要原因是因?yàn)闋t溫波動(dòng)過大，有時(shí)操作溫度在1300℃。2.提高炭黑洗滌效率。提高炭黑洗滌效率，除洗滌水要充足，保持適當(dāng)?shù)臍庖罕韧?，還應(yīng)及時(shí)處理文丘里洗滌器和旋風(fēng)
6、分離器堵塞物。該廠炭黑洗滌效率低，除氣化爐中炭黑生成量過高外，也與一、二級(jí)分離器經(jīng)常堵塞，沒有及時(shí)處理有關(guān)。7另外，要保證蒸汽和炭黑洗滌水質(zhì)量。曾有次工人在更換二期中變催化劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)上層有一層約100毫米厚的結(jié)皮，據(jù)分析主要成分是蒸汽帶入的可溶性鹽類和由重油中帶入的微量釩、鎳等礦物質(zhì)，這層結(jié)皮也嚴(yán)重影響催化劑使用壽命。該廠第二中變爐中變氣中炭黑和其它固體顆粒含量甚微有關(guān)。只要降低氣化爐中的炭黑生成量和提高炭黑洗滌效率，裂化氣中炭黑含量可以降到10毫克/標(biāo)米3以下，滿足中變催化劑對(duì)氣體中固體顆粒含量要求。為了進(jìn)一步降低裂化氣中炭黑的含
7、量，有人建議在中變前設(shè)置一臺(tái)過濾器，比如，廢催化劑過濾器，定期對(duì)過濾器進(jìn)行清除。這對(duì)進(jìn)一步降低裂化氣中炭黑含量，提高中變催化劑使用壽命無疑是有益的，但增設(shè)過濾器將增加系統(tǒng)阻力，這一點(diǎn)需予以考慮。（三）中變爐帶水中變爐帶水是合成氨中變催化劑使用壽命短的又一主要原因。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，一期第一爐催化劑因帶水爐溫降垮達(dá)20次，第六爐達(dá)23次之多，這里還不包括輕微帶水。液態(tài)水與熱的催化劑接觸，水急劇蒸發(fā)使之粉碎。人們?cè)诟鼡Q舊催化劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)破碎非常嚴(yán)重，這就嚴(yán)重地影響著催化劑的使用壽命。該中變催化劑帶水次數(shù)與其壽命的關(guān)系見表2。引起中變爐帶水，主要
8、有以下幾點(diǎn)：1.裂化氣帶水。由造氣工序問題引起，造氣工序最終洗滌塔液面過高或液面假指示；塔后分離器堵塞，系統(tǒng)壓力波動(dòng)大都會(huì)引起裂化氣帶水。2.蒸汽帶水。由供汽工序問題引起。比如，減溫器操作不當(dāng)?shù)榷紩?huì)引起蒸汽帶水。73.設(shè)備問題。某合成
