一二段转化催化剂升温还原技术要求2008

转化催化剂升温还原技术要求
西南化工研究设计院
四川天一科技股份有限公司
转化催化剂升温还原技术要求
“技术要求”是转化催化剂在投入工业运转过程中的技术要点，用以协助操作人员使催化剂达到理想的效果，不涉及工厂具体的操作步骤及操作细节如阀门等。

操作应以工程设计文件规范为准。

“技术要求”所叙述的是工厂在一、二段转化设备进行催化剂装填、烘炉，用惰性气体置换系统后所进行的转化催化剂的升温、还原、放硫、投运等化工单元操作。

“技术要求”中所列的升温速度是根据装置在进行原始开车时耐火材料及设备的要求而制定的。

转化催化剂本身的升温速度无特殊要求。

重复开车时，可以采用快速升温还原方案。

一段转化催化剂
一、氮气升温
1.氮气升温的目的
以氮气为介质将催化剂床层温度加热到当时压力下水蒸汽露点以上。

2.氮气升温的条件与控制
（1）升温条件
氮气循环量：工厂初始给定的氮气量比较小，在循环阶段应逐渐加大氮气流量，流量≥设计流量的50%；
氮气压力：0.5 ～0.8MPa；
终点温度：～300℃（或高于露点温度50℃）；
升温速率：~30℃/h；
（2）氮气升温控制要点
①在建立氮气循环前系统需充压。

当系统与原料气压缩机出口均压后，再打开系统出口阀，启动原料气压缩机，进行氮气循环。

②当热氮气升温速度减慢时，根据升温情况均匀增点转化炉顶部烧咀（或侧壁烧咀）。

③氮气升温阶段催化剂床层压差不允许超过设计值。

④氮气循环运行时，除保证本系统用氮外，应保证其余的氮气支路不要受到损害。

二、蒸汽升温
1.蒸汽升温的目的
用蒸汽为介质，在外加热条件下，将转化炉催化剂床层温度提高到～650℃(或760℃)。

2.蒸汽升温的条件与控制
（1）升温条件
蒸汽流量：设计蒸汽流量的30%～50%；
系统压力：～0.6MPa；
（2）蒸汽升温速率控制
300~500℃：30~50℃/h；
500~650℃（或750℃）：>50℃/h；
终点温度：~650℃（或750℃）
（3）蒸汽升温注意事项
a.需待转化炉出口温度高于当时压力下蒸汽露点温度50℃以上，才
能将氮气升温切换为蒸汽升温。

b.在导入蒸汽前必须先排除管道中的冷凝水。

c.一旦蒸汽代替氮气作为加热介质后，就要注意转化炉下集气管，废
锅壳侧、高温变换炉等处的低导淋及时排除冷凝水。

d.在切换升温过程中，要减少温度和压力的波动及维持催化剂床层压
差不超过设计值，保持蒸汽不冷凝。

e.蒸汽升温过程中，遇到因原料气供应不具备需延长蒸汽升温时间的
情况，需减缓升温速度，控制转化炉下总管出口温度不超过500℃。

避免因在水蒸汽介质、高温条件下停留时间过长造成催化剂床层局部超温使催化剂部分失活。

f.待原料气有保证供应时，再按规定的升温速度将转化出口温度提高
到650℃（～760℃）左右。

g.蒸汽升温阶段需注意烧咀的增点及均布，防止因炉管局部过热而影
响催化剂的性能。

h.转化催化剂的蒸汽升温与脱硫剂的升温还原同时进行。

三、催化剂的还原
１.还原应具备的条件
（1）氧化锌脱硫槽出口原料气温度为370～390℃，原料气中的总硫含量应符合设计规定的指标（要求<0.1ppm）。

（2）转化炉下集气管温度为650℃（～760℃）左右，各管排的温差不超过30℃。

（3）尽量提高转化炉入口温度，以利于上部转化催化剂的还原。

（4）进入一段炉的水蒸汽流量为设计量的～50%以上。

蒸汽流经一段炉、二段炉、高变炉，在高变炉出口后放空。

（5）增点烧咀，使达到多烧咀、低背压，烧咀需均匀分布。

2.转化催化剂进行还原的目的
转化催化剂产品是以氧化态形式提供的。

在转化反应中氧化态的Ni是没有活性的。

因此，在运转前必须把催化剂中的NiO还原为活性的金属Ni。

还原操作的另一重要目的是脱除转化催化剂中含有的少量硫化物等毒
物，以使催化剂的活性在运转中得以充分发挥。

NiO还原的主要反应：
NiO + H
2 = Ni + H
2
O
NiO + CO = Ni + CO
2
上两反应的热效应均较小，反应前后体积无变化，还原压力对反应平衡无影响，对反应速度的影响亦不明显，还原反应受温度和气体介质的影响较大。

3.还原反应的条件
工业装置转化催化剂的还原采用天然气（油田气）与水蒸气混合气为介质。

还原压力：根据工业装置所设定的系统条件选用，可为0.7MPa～2.0MPa；
还原空速：约为设计运转空速的30%；
H
2
O/C比:5～7；
初始还原温度：转化炉下集气管温度为650℃（～760℃）
通常在较低的温度下催化剂已开始被还原，在工业装置中多采用接近操作温度条件下还原，可根据工业装置设计操作条件选定，其原因：
（1）接近操作温度还原，对保证转化管进口区段催化剂还原彻底有利；
（2）接近操作温度还原使上部催化剂被硫中毒后易予恢复活性；
（3）随还原温度升高，还原反应速度加快。

添加驰放气或其它含H
2
气体对催化剂还原有利。

4.还原终点判断
（1）随着转化催化剂的还原，蒸汽转化反应逐渐进行，转化管出口气体中
CH
4含量也随之降低，当转化管出口气体中CH
4
含量迅速下降到接近相应条件
的平衡值时，即为转化催化剂将还原完毕的最初征兆。

（2）当转化管出口气体中CH
4
含量已稳定在一低值时（这段时间是从蒸汽
与碳的比率为7：1开始，到测量CH
4
含量下降到稳定含量所经过的时间）需继续稳定4小时左右。

（3）定时检查转化催化剂的放硫情况，当转化管出口气体中硫含量降到0.1ppm以下时，可认为放硫基本完成。

（4）转化管外壁温度分布均匀并趋于正常。

5.还原操作注意事项
（1）工厂在开车的短时间内，将是无H
2操作，脱硫槽无返H
2
量。

为避
免转化催化剂被硫中毒，应将无H
2
操作时间尽量缩短。

（2）要非常细心地操作，保证最初加入的原料气是很少的。

转化催化剂还原阶段蒸汽流量为设计量的30%以上。

开始蒸汽与碳的比率约为15：1，1小时内将原料气流量逐渐增加，控制蒸汽与碳的比率为5～7：1。

与此同时应注意增加烧咀气量及增点烧咀，使反应管出口温度逐渐增加到接近操作温度。

O/C 5～7。

在还原进行6小时后根据转化气出口气（3）还原过程控制H
2
组分变化及炉管管壁温度变化情况适当增加原料气流量为40%左右（应保证水碳比不失调）。

（4）在转化催化剂还原的同时强吸热的转化反应也在进行，与此相应转化管沿管长方向管壁温度分布将发生变化。

所以在催化剂还原阶段应当密切观察以上变化情况，用以判断还原的进程。

当转化管外壁温度趋于正常的温度分布之后才能认为还原操作已经完成。

（5）还原过程应避免在高水蒸汽用量条件下停留时间太长。

四、气体检测
转化气出口组份（全分析）：分析频率1次/时；
转化进、出口硫分析：分析频率1次/时。

二段转化催化剂
一、催化剂的升温还原
通常二段转化催化剂是与一段转化催化剂同时升温还原，无需专门进行。

一段转化炉升温时，二段转化炉也同时被加热。

考虑二段炉耐火砖内衬的膨胀，升温速度不能过快。

在二段炉首次加热时，常温～300℃，控制升温速度20℃/hr。

300～700℃，控制升温速度50℃/hr左右。

当一段炉催化剂还原完毕，入一段炉的原料气量增为设计流量的50%，H2O/C调整为5∶1左右，二段炉出口温度约为700℃，一段炉出口气体组份无异常时，可往二段炉加空气。

加入空气的速度视二段出口温度升高否及二段出口气体组份中CH4含量减小的程度而定。

控制升温速度不大于80℃/hr。

二、催化剂的放硫
为彻底脱除转化催化剂内所含的微量硫，在还原过程中应随时检查转化催化剂的放硫情况。

只有催化剂中硫化物等毒物脱净后，它才能表现出高活性，才能认为催化剂还原阶段已结束。

转化炉出口气体中的硫含量（需同时分析进出口气体组份中的硫含量）连续三次以上测定值小于0.5ppm，再稳定2小时，则放硫阶段结束。

三、气体检测
转化气出口组份（全分析）：分析频率1次/时；
转化进、出口硫分析：分析频率1次/时。