高低温变换催化剂使用总结

高低温变换催化剂更换小结

摘要针对本公司08年合成氨装置大修对高低温CO变换催化剂进行了更换，总结叙述了催化剂更换的判断标准并简要分析了影响高低变催化剂使用寿命的因素，及日常运行操作中如何延长高低变催化剂的使用寿命。

关键词高低变催化剂更换使用寿命

1 高低变催化剂更换的判断

从技术上讲，高低变催化剂的使用寿命取决于催化剂的活性和床层的压力降。当催化剂的活性降低到出口CO含量接近甚至超过设计值，或压力降增加到影响系统高负荷运行时，通常应考虑更换。

1.1 高变催化剂需更换判断依据

本系统高变炉在2004年改造为轴径向式结构，进气切面积增大为以前的3倍多，同样工况下由上游工段带来的固体小颗粒等沉积物进入高变炉，造成的阻力上涨不明显，改造后催化剂使用五年以后压差仅仅增长0.02MPa。基于高变炉轴径向式的特殊结构，而高变床层在同一水平切面只有一个测温点，所以不能根据温度变化来判断触媒活性变化情况，分析其出口CO含量在投用初期为1.8%，到08年6月也仅为2.0%，距离设计值3.12%还相差较远，说明触媒活性仍然较好，而类似的改造装置高变催化剂在使用5年后也作了更换，因此从装置安、稳、长、满、优的角度出发，为防止催化剂出现活性突然表现下降而造成低变进口ＣＯ含量上升，床层温度上升，进而影响低变催化剂的寿命和系统能耗，综合经济效益而考虑决定借大修机会予以更换。

表1：高变104-DA床层温度变化情况

说明：表1中高变床层温度因进口温度不同而不同，进出口温升基本相同，进口温度靠近操作低限时出口CO含量相应降低。

1.2 低变催化剂需更换的判断

104-DB低变催化剂是2001年10月更换的，至2008年8月已使用７年，技改前的３年中床层热点温度在222℃～225℃，在技改后床层热点温度在208℃～212℃，在前3年中低温活性下降，就104-DB1来说其所处的床层热点温度在222℃～225℃只有1年时间，从104-DB1目前床层热点温度状态来看其相当于104-DB在2006年初的状态；对于低变催化剂，由于高变对上游气流夹带物阻挡和过滤作用，床层压力降增加并不明显，压力降保持在0.04MPa。低变催化剂投用初期活性温度主要集中在TI-13、14，随着使用时间的增加床层热点温度不断下移，从TI-12至TI-16的温度热偶每点之间的间距为600mm，TI-108距离底部切线为1260 mm，至2008年5月104-DB出口CO达到了设计值0.2%，变换反应主要集中在TI-15与TI-16的床层中，且床层最后两点温度TI-16与TI-108已有2℃温差，说明热点温度已移至床层下部，即使热点温度以下还有1260 mm高的催化剂，但到

2008年6月104-DB出口CO仍达0.22%，这说明长时间处于热点温度下的催化剂活性已严重下降。低变出口CO含量增加也就增加了后段工序甲烷化的耗氢量，通过计算低出口CO每增加0.05%因甲烷化耗氢、普里森非渗气带走氢使每小时的氢耗增加300NM3，相应每天减少了氨产量3.6T，因减产带来的年损失为200万左右，这已经是更换一炉催化剂近一半的费用；同时驰放气量增加，驰放气回收为高低压氢的能耗也随着增加。综合考虑104-DB催化剂在2008年大修必须进行更换。

表2：低变104-DB床层温度变化情况

表2说明：从更换后2008年10月的床层温度可看出使用初期和末期热点温度的变化。

2高低变催化剂使用寿命影响因素分析

影响高低变催化剂使用寿命的主要因素有两点：一是催化剂失活，导致CO变换率降低，从而不能满足工艺要求；二是催化剂床层阻力上涨，致使变换工段压力降增大达到所允许的最大压力降。

2.1催化剂失活的因素分析

高低变催化剂活性逐渐丧失也就是催化剂变换率的下降，表现为在相同操作条件下高低变炉出口CO含量异常升高。一种是催化剂本身活性成分受到影响而发生变化，引起活性下降：另一种是由上游工序带来的种种杂质附着于催化剂表面使催化剂“结皮”，从而减少了气体与活性成分的接触面积而引起的失活。

催化剂活性成分本身的失活与催化剂升温还原及操作时的温度密切相关，温度升高促使活性成分（金属晶粒）成长增大，也就是所谓的催化剂老化。防止低变催化剂在还原过程中以及还原结束串入系统时发生超温是避免活性降低的关键。另外，毒物的影响也是巨大的，硫化物、卤素元素等毒物对高低变催化剂的伤害是不可恢复的，不仅使其活性下降还会使催化剂强度变弱而破碎。由于开停车的原因催化剂多次的还原与氧化，也使活性降低。

“结皮”导致活性降低主要体现在高变催化剂上，上游转化工序带入硅、钾、镍等杂质粉尘（触媒灰，管道锈蚀物，耐火材料脱落，蒸气杂质等等），随工艺气进入高变床层附着在催化剂表面。尤其是在开停车操作及系统负荷大幅波动，会很容易带入杂质粉尘。

2.2 催化剂床层阻力降增大的原因分析

装填质量的影响：装填以前没有严格筛分除灰，装填过程中人员踩踏、落差太大致使催化剂破碎，装填不均匀，都会影响床层的间隙率，通气后阻力高。杂质的堵塞：上述的催化剂“结皮”，同

样堵塞了床层间隙减小了气体通道致使阻力增大。不当操作后的触媒泡水、烧结等影响。

3 如何延长高低变催化剂使用寿命

针对上述影响因素，在实际生产操作中要精心维护、点滴做起，尽可能的避免不利因素出现使催化剂寿命减短，降低生产成本提高经济效益。现将要点归纳如下：

（1）严格按照装填方案进行：装填之前先筛分去除破碎的小颗粒和触媒灰，均匀装填，过程中避免人为导致的破碎，保证装填量得到要求，升温还原之前要进行彻底的吹灰工作

（2）升温还原防超温

（3）开车导气防泡水

（4）前段转化工序的稳定运行保证了进高低变炉的工艺气质量，控制S含量，减少夹带的各种杂质，水碳比稳定蒸气品质高。

（5）合理控制高低变操作温度。使用初期温度尽可能低一些，高于催化剂起始活性温度即可，在满足出口CO要求的情况下尽可能少的进行提温操作，并减少炉内温度的波动。

（6）稳定操作负荷，尽可能减少系统波动次数，各岗位默契配合避免频繁开停车。

（7）停车保护。短时间停车高低变炉切除保温保压，防止空气进入而氧化。长时间停车，需充氮保护，分析氮气纯度应满足要求，间断充氮，压力不超过0.1MPa以减少随氮气带入的杂质，并作好氮气中断的应急准备。

小结

通过本次更换高低变催化剂的实际操作，理论联系实际得出了以上延长催化剂使用寿命的方法，为以后的生产工作提供了相应的技术参考。

参考文献

1 余祖熙等，《化肥催化剂使用技术》，化学工艺出版社，1988年

2 沈浚等，《合成氨》，化学工艺出版社，2001年