XNC—98型合成甲醇催化劑升溫還原
2015-04-29 00:00:00邱書建
雜文月刊(學(xué)術(shù)版) 2015年8期
一、 概述：
XNC—98型合成甲醇催化劑采用低氫（1%H2）還原工藝，催化劑在還原過程中出水量約為催化劑重量的17×10-2—19×10-2，其中物理水3×10-2—5×10-2.，化學(xué)水13×10-2—15×10-2，如果還原氣中含CO則生成的水會少
二、 XNC—98型合成甲醇催化劑的組成，物理性質(zhì)和指數(shù)指標(biāo)
1.外觀顏色及形狀：黑色有金屬光澤的圓柱體
2.外形尺寸：mm " φ5（4.5—5.0）
3.堆密度：kg/L " " —1.30
4.側(cè)壓抗破碎強(qiáng)度：N/cm "≥200
5.化學(xué)組成（10-2m/m）
組分 " " " " CuO " " "ZnO " " Al2O3
含量Wt% " " gt;52 " " gt;20 " " gt;8
6.催化劑質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的活性檢測條件下催化劑活性為：
230℃時 "催化劑的時空收率≥1.20kg/L.h
250℃時 "催化劑的時空收率≥1.55kg/L.h
7.催化劑使用壽命：正常條件下運(yùn)行壽命為2年以上
三、 還原前的準(zhǔn)備工作
1.催化劑裝填完畢后，應(yīng)用清潔的空氣（N2）將催化劑粉末從合成塔中吹除干凈。
2.公用工程準(zhǔn)備就緒。
3.循環(huán)氣壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)均以調(diào)試合格。
4.合成系統(tǒng)氣密性試驗(yàn)合格。
5.合成系統(tǒng)的電器、儀器、儀表已調(diào)試合格，儀表已校準(zhǔn)（合成塔進(jìn)出口溫度、壓力及合成回路中各流量顯示儀表必須嚴(yán)格校準(zhǔn)）。
6.具備穩(wěn)定提供還原氣H2或CO+H2的條件。
7.化驗(yàn)室分析工作準(zhǔn)備就緒。選擇好分析取樣點(diǎn)、確保能及時、準(zhǔn)確地分析合成塔進(jìn)出口的CO、H2、O2以及CO2等各組分的濃度。
8.與廠調(diào)度室聯(lián)系，提出大量用N2申請，必須保證N2純度gt;99.9（V%）。
9.準(zhǔn)備好計(jì)量還原水的量具，記錄表格準(zhǔn)備齊全。
四、 XNC-98型催化劑的升溫還原操作
（一）合成系統(tǒng)N2置換及N2循環(huán)的建立
1.用置換合成環(huán)路，包括低壓部分的甲醇閃蒸槽液體甲醇管線、開工用加氫管線等在內(nèi)，每處管路均應(yīng)置換干凈，直至系統(tǒng)中各個取樣點(diǎn)、排放口、導(dǎo)淋閥門處取樣分析殘氧含量≤0.1%時方可認(rèn)為置換合格
2.N2徹底置換，對于合成系統(tǒng)開車特別重要，應(yīng)逐個開啟各處導(dǎo)淋或排污進(jìn)行現(xiàn)場放空，但進(jìn)行此操作時須特別注意安全，必須佩帶O2呼吸器，并兩人以上同行。
3.按循環(huán)機(jī)操作規(guī)程，啟動循環(huán)機(jī)，建立N2循環(huán)。逐漸將循環(huán)機(jī)出口壓力調(diào)至0.6 MPa左右，將循環(huán)量調(diào)至最大，合成塔進(jìn)口壓力通過調(diào)整補(bǔ)入N2量和控制放空量來使其維持在0.6—0.7MPa恒定壓力下進(jìn)行升溫還原
（二）催化劑的升溫還原
1.合成催化劑還原采用低氫還原工藝，對還原氣質(zhì)量要求如下：
O2lt;0.1×10-2 " " "Slt;0.1×10-6 " " Cllt;0.01×10-2 " NH3lt;10×10-6 " COlt;1×10-2
CO2lt;2×10-2
不含重金屬等有害雜質(zhì)，不飽和烴和油霧極微量
2.還原條件為：
1）壓力：0.6—0.7MPa （表壓）
2）溫度：最高230℃
3）空速：900—2000h-1
4）還原氣為含1×10-2 H2或（CO+ H2）與N2的混合氣。
5）整個升溫還原過程耗時約51小時。
3.將合成塔床層進(jìn)口溫度作為還原控制溫度，合成塔床層熱點(diǎn)溫度作為重要的監(jiān)視溫度。
4.還原過程中，要求入塔和出塔氣體分析頻率為0.5h/次，N2和H2或（CO+H2）按需要定時取樣分析，每小時排水一次病計(jì)量，操作數(shù)據(jù)，每半小時記錄一次
5.升溫還原程序
（1）以≤25℃/h的升溫速度，將反應(yīng)床層溫度加熱至160℃
（2）在160℃恒溫1—2h，待甲醇分離器液位不再上升，可認(rèn)為物理水已基本脫盡，將分離器中的排放更有N2泄出后才關(guān)閉閥門，隔2分鐘再排一次，直至將水排盡。
（3）小心緩慢地向合成回路間斷導(dǎo)入H2或（CO+H2），合成塔入口中H2或（CO+H2）含量為0.2—0.5%（V%），并立即取樣分析。仔細(xì)觀測床層溫度，如溫度突然升高，應(yīng)切斷還原氣。
（4）按升溫程序表繼續(xù)升溫，并將入塔H2或（CO+H2）濃度逐漸提至0.5—1%，直至出塔H2濃度﹤0.3%時，表明催化劑已進(jìn)入主還原期。此時，控制床層溫度在170℃左右，維持此條件繼續(xù)還原。
（5）床層溫度180—190℃左右時，催化劑還原速度開始平緩，此時可將H2或（CO+H2）濃度逐漸提至1.21.5%。
（6）進(jìn)入主還原期后，系統(tǒng)中CO2累計(jì)較快，應(yīng)控制CO2含量﹤5%（以出塔氣為主），CO2的含量可通過放空和補(bǔ)N2來控制。
（7）按升溫程序表繼續(xù)升溫至230℃，然后將H2（CO+H2）濃度，分別升至2%、5%、15%，并在相應(yīng)的濃度下分別還原1—2小時左右。
（8）當(dāng)合成塔進(jìn)出口H2濃度基本相等（≤0.1%），排出的還原水與計(jì)算的還原出水相近，且?guī)缀醪辉偕伤?，整個床層各點(diǎn)溫度基本相等，可以認(rèn)為還原達(dá)到終點(diǎn)，還原過程結(jié)束。
（9）停止加入H2或（CO+H2），并盲死補(bǔ)H2（CO+H2）和補(bǔ)N2管線，將催化劑床層溫度降至210℃等待投料。
五、還原操作注意事項(xiàng)及事故的防止和處理
1.還原過程中，通過控制合成塔入口溫度和H2（CO+H2）來控制床層溫度，使其不超過230℃.
2.還原過程的關(guān)鍵是控制還原反應(yīng)的速度，而反應(yīng)速度主要與H2濃度和反應(yīng)溫度有關(guān)，因此，要求H2濃度分析必須準(zhǔn)確、升溫必須平穩(wěn)，并嚴(yán)格控制補(bǔ)H2速度和催化劑的出水率，使整個還原過程平穩(wěn)進(jìn)行。
3.還原過程中應(yīng)遵守“提氫不提溫、提溫不提氫”的原則。
4.在催化劑還原過程中，若循環(huán)壓縮機(jī)因故停車，必須馬上切斷還原氣，關(guān)小開工加熱爐的輸出，必要時開啟放空閥，用N2置換系統(tǒng)。
5.還原過程中必須嚴(yán)密監(jiān)視床層溫度的變化，若床層溫度急劇上升，必須立即切斷還原氣和關(guān)閉開工加熱爐，必要時可采取系統(tǒng)放空降壓，用N2置換整個系統(tǒng)等措施。
六、開車
1.初次還原后的開車，還原結(jié)束后，將反應(yīng)器床層溫度降至210—220℃等待整個床層溫度210—220℃穩(wěn)定后，引入合成氣，控制每小時開壓的速率為設(shè)計(jì)壓力的10%（對合成環(huán)路要求而言）。對催化劑而言，其他不同的升壓速率也是可以的，一般在3.0MPa以前開壓速度可以快些。
2.開車過程中注意合成塔床層溫度的變化，隨時調(diào)整開工加熱爐的溫度，防止床層溫度快速上升，使催化劑中Cu晶粒燒結(jié)。
七、停車
1.短期停車：停車時間在24小時以內(nèi)，不影響合成環(huán)路，其操作步驟如下：
（1）停止進(jìn)合成氣。
（2）繼續(xù)開循環(huán)壓縮機(jī)至系統(tǒng)中CO、CO2反應(yīng)完，系統(tǒng)中CO+CO2lt;0.2%。
（3）一旦溫度開始下降，啟動開工加熱爐，以維持催化劑床層溫度在200℃以上，為達(dá)到所需循環(huán)量，有可能需要卸壓，或者在進(jìn)行了第一和第二步后停止循環(huán)，把壓力降到正常開車所需的壓力范圍。
（4）維持這些條件，直到再從壓縮機(jī)得到合成氣為止。
2.正常停車（長期停車）停車時間超過了24h，均安正常停車程序進(jìn)行：
（1）按短期停車步驟（1）（2）兩項(xiàng)進(jìn)行。
（2）降低循環(huán)機(jī)轉(zhuǎn)速到最小，降低系統(tǒng)壓力和溫度，降溫速度lt;50℃∕h。
（3）用N2（99.95×10-2）置換系統(tǒng)，使H2含量lt;1×10-2，然后停循環(huán)壓縮機(jī)，在整個停車期間保持系統(tǒng)N2壓力0.5MP左右，防止空氣進(jìn)入催化劑內(nèi)。
3.非計(jì)劃停車
如果循環(huán)機(jī)故障，合成氣仍留在環(huán)路里，這時前述操作步驟不適用。一般應(yīng)將系統(tǒng)泄壓，保證催化劑床層有氣流通過并啟動開工加熱爐，維持床層溫度在200℃以上，等待故障排除。
八、出水量
本次催化劑共計(jì)33.75噸，出水量共計(jì)5.74—6.41噸，其中物理水1.01—1.69噸，化學(xué)水4.39—5.06噸。
