渭河彬州乙二醇項目耐硫變換催化劑的應(yīng)用

韓曉亮

（陜西渭河彬州化工有限公司，陜西 彬州 713500）

0 引 言

陜西渭河彬州化工有限公司建設(shè)年產(chǎn)30萬t乙二醇項目，于2021年1月4日一次開車成功。該項目的變換工段由2個變換爐（R1501R1502）串聯(lián)使用，變換催化劑采用昌邑凱特新材料有限公司生產(chǎn)的常規(guī)態(tài)耐硫變換催化劑KC-103。該催化劑使用前需進(jìn)行硫化，即采用工藝氣加硫磺進(jìn)行還原硫化。

主要介紹了變換催化劑從裝填、開車再到系統(tǒng)穩(wěn)定的整個流程，同時，總結(jié)出了在初期開車過程中影響變換催化劑使用壽命的因素。

1 催化劑介紹

陜西渭河彬州化工有限公司乙二醇項目變換工段使用的催化劑為昌邑凱特新材料有限公司生產(chǎn)的常規(guī)態(tài)耐硫變換催化劑KC-103。催化劑KC-103為鈷鉬系寬溫催化劑，具有適應(yīng)范圍廣、操作彈性大、硫化過程穩(wěn)定、活性良好，以及使用壽命長等特點。

KC-103催化劑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 催化劑的技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical indexes of catalyst

催化劑于2020年9月裝填完成，第一、第二變換爐按照設(shè)計院與催化劑廠家給出的方案進(jìn)行了裝填，并于2021年1月份投用。

單系列各單元裝填數(shù)量見表2。

表2 單系列各單元裝填數(shù)量Table 2 Loading quantity of each unit in single series

2 變換工段設(shè)計條件

進(jìn)入變換裝置的粗煤氣經(jīng)過氣液分離器后，分成2股。

（1）一股粗煤氣（約為43 mol/%）經(jīng)過原料氣預(yù)熱器、第一變換爐、中壓蒸汽過熱器、原料氣預(yù)熱器、中壓蒸汽發(fā)生器、第二變換爐，以及一系列換熱器回收熱量后，送至凈化裝置。

（2）另一股粗煤氣（約為57 mol/%）經(jīng)過換熱器回收熱量后，送至凈化裝置。

變換工段流程示意圖如圖1所示。

圖1 變換工段流程示意圖Fig.1 Flow diagram of transformation section

3 催化劑硫化

3.1 催化劑的硫化方式

KC-103催化劑為常規(guī)態(tài)催化劑，使用前應(yīng)進(jìn)行硫化。目前，行業(yè)內(nèi)變換催化劑硫化的方式主要分為以下2種。

（1）二硫化碳+氫氣循環(huán)硫化。

（2）工藝氣+硫磺直接放空硫化。

根據(jù)設(shè)計和催化劑廠家方案，該裝置硫化采用工藝氣+硫磺進(jìn)行硫化。

3.2 催化劑的硫化過程

（1）催化劑在硫化前先進(jìn)行升溫，根據(jù)升溫硫化曲線，將2個變換爐床層溫度升至＞220℃，但應(yīng)控制溫度＜280℃，以免硫化過程中床層超溫。當(dāng)床層溫度達(dá)到220℃時，開始緩慢引入原料氣進(jìn)行硫化。

（2）引入工藝氣約為2 000～3 000 m3/h，逐步減小氮氣流量到18 000 m3/h（不減也可，視工況調(diào)整）。

（3）調(diào)節(jié)開工加熱爐出口的氮氣溫度，維持反應(yīng)器入口溫度為220℃。密切觀察床層溫度的變化，控制床層與入口氣體之間的溫度差≤30℃。

若床層與入口氣體之間的溫度差＜30℃，則適當(dāng)增加工藝氣流量；若床層與入口氣體之間的溫度差＞30℃，則適當(dāng)減小工藝氣流量。

（4）當(dāng)工藝氣達(dá)到20 000 m3/h時，若第二變換爐出口的H2S含量顯著升高，可適當(dāng)提高入口溫度到250℃，以進(jìn)行催化劑深度硫化，提溫速度一般為≤15℃/h。

（5）當(dāng)入口溫度達(dá)到250℃，出口氣體中硫含量不再繼續(xù)減少，且與入口硫含量基本持平時，說明硫化基本結(jié)束（一般出口硫＞80%入口硫時，可認(rèn)為硫化結(jié)束）。

為了縮短硫化的時間，可向煤中加入硫磺。一般應(yīng)保證原料氣中的硫含量＞3 000 mg/L（干基）。

催化劑升溫硫化溫度曲線如圖2所示。

圖2 催化劑升溫硫化的溫度曲線Fig.2 Temperature curve of catalyst temperature raising vulcanization

4 催化劑使用

該公司變換系統(tǒng)變換爐于2020年12月28日開始升溫，2021年1月9日變換系統(tǒng)開始導(dǎo)入工藝氣進(jìn)行硫化，2021年1月12日硫化完成，正式導(dǎo)氣，變換系統(tǒng)開始逐漸穩(wěn)定運行，至今運行8個月（期間有停車情況）。

2021年7月1日到7日每日10點第一變換爐催化劑的部分運行數(shù)據(jù)見表3。

表3 第一變換爐催化劑的部分運行數(shù)據(jù)Table 3 Partial operation datas of catalyst in the first shift furnace

第二變換爐催化劑的部分運行數(shù)據(jù)見表4。

表4 第二變換爐催化劑部分運行數(shù)據(jù)Table 4 Partial operation datas of catalyst in the second shift furnace

由表1、表2可以看出，目前2個變換爐床層溫度相對穩(wěn)定，變換效果良好。

就目前來說，催化劑的活性和穩(wěn)定性均正常，但從長遠(yuǎn)來看，在初期開車過程中，由催化劑引起的問題將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，開停車次數(shù)較多。根據(jù)經(jīng)驗來看，這2爐催化劑的使用壽命可能較常規(guī)操作條件要低。

第一、第二變換爐催化劑目前運行良好，但在使用過程中暴露了一些問題，對在本次初期開車出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，也為初期開車的其他企業(yè)提供經(jīng)驗。

問題總結(jié)如下。

（1）在催化劑的裝填過程中，其設(shè)計裝填量與實際裝填量不符。第一變換爐的設(shè)計裝填量為43 m3，實際裝填量為40.5 m3，第二變換爐的設(shè)計裝填量為21 m3，實際裝填量為20.5 m3，2臺爐子共少裝填約3 m3催化劑。因為爐內(nèi)設(shè)計的除垢器占用了一部分空間，致使裝填量不能達(dá)到設(shè)計要求，可能會間接影響變換系統(tǒng)長周期的運行。設(shè)備的裝填量應(yīng)做實際測量，否則會因為裝量與實際設(shè)備不符，從而導(dǎo)致裝置運行的穩(wěn)定性差。

（2）在開車初期，催化劑升溫硫化過程中因氣化爐多次跳車，使得催化劑重復(fù)升溫、導(dǎo)氣、硫化過程，導(dǎo)致其硫化不徹底。所以，催化劑硫化應(yīng)遵循催化劑廠家的硫化方案，控制硫化劑的添加量和硫化溫度，以防止因硫化問題而影響其運行的穩(wěn)定性。

（3）在催化劑的使用過程中，因前系統(tǒng)不穩(wěn)定，而導(dǎo)致變換爐床層溫度出現(xiàn)了驟升、驟降、低溫等情況，使得第二變換爐最低溫度降至150℃。而在較低的床層溫度下操作，可能會造成催化劑失活，從而影響催化劑的催化效果和使用壽命。

5 結(jié) 語

變換系統(tǒng)是工藝氣的凈化系統(tǒng)，變換系統(tǒng)的不穩(wěn)定，會直接影響后續(xù)生產(chǎn)，所以，催化劑的保護(hù)應(yīng)引起重視。

催化劑的裝填堆密度、裝填數(shù)量、升溫硫化深度、導(dǎo)氣過程，以及初期開車過程中的頻繁開停車，都會直接影響催化劑的使用壽命。

該公司開車初期，催化劑的運行狀況穩(wěn)定，但開車過程中出現(xiàn)的暴漏問題，直接影響著催化劑的使用壽命，通過總結(jié)問題，給正在準(zhǔn)備開車的企業(yè)予以啟示。