耐硫變換催化劑原始開車操作方法的改進(jìn)

臧安華，劉 花，池曉剛，蘇 偉

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

山東華魯恒升化工股份有限公司大氮肥變換崗位使用的催化劑為鈷鉬系一氧化碳耐硫變換催化劑。該新鮮催化劑中活性組分鈷、鉬以氧化鈷、氧化鉬的形式存在，催化活性很低。使用時(shí)首先應(yīng)進(jìn)行硫化，使金屬氧化物轉(zhuǎn)變成硫化物，才能顯示出良好的活性。因此，硫化過程對(duì)催化劑的性能，甚至使用壽命都有直接影響。

該耐硫變換催化劑可在230～500℃的溫度范圍內(nèi)使用，短時(shí)間（幾小時(shí)內(nèi)）最高耐熱溫度可達(dá)550℃；在一段變換爐使用時(shí)應(yīng)盡可能選擇較低的入口溫度，但為了防止水汽冷凝，入口溫度通常選擇在高于水蒸氣露點(diǎn)25℃以上。因此，在首次開車或者大修后開車前，應(yīng)先進(jìn)行催化劑升溫。升溫時(shí)，為防止水蒸氣在催化劑上冷凝進(jìn)而造成催化劑粉化，應(yīng)使用惰性氣體（如空氣、天然氣，最好是氮?dú)猓┳鳛樯郎亟橘|(zhì)，當(dāng)催化劑床層溫度升至水蒸氣的露點(diǎn)以上時(shí)，可以改用工藝氣升溫。

1 改進(jìn)背景

（1）自2004年我廠大氮肥一期系統(tǒng)原始開車至今，變換崗位開車一直采用氮?dú)膺M(jìn)行氣密、升溫。此種升溫方式的前提是空分工序、氮壓機(jī)已運(yùn)行穩(wěn)定，且氮?dú)饬砍渥恪?011年全廠大修尤其是大氮肥系統(tǒng)檢修時(shí)間緊、檢修點(diǎn)多，若變換崗位仍然選擇以前的氣密、升溫模式，即等到空分出合格的氮?dú)夂笤贇饷?、升溫，將?huì)影響整個(gè)大氮肥系統(tǒng)的開車進(jìn)度（變換崗位正常氣密、升溫時(shí)間約為40h）。因此，車間通過對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)開車和催化劑的還原操作法進(jìn)行認(rèn)真研究，并與催化劑廠家人員進(jìn)行深入交流后，確定采用空氣進(jìn)行變換催化劑升溫。

（2）自2004年我廠大氮肥一期開車以來，變換崗位原始開車催化劑硫化一直采用工藝氣按變換正流程依次通過中、低溫變換爐，對(duì)各變換爐催化劑進(jìn)行逐爐硫化。2011年大修后，為了縮短催化劑硫化時(shí)間，保證整個(gè)大氮肥系統(tǒng)的開車進(jìn)度，通過與催化劑生產(chǎn)企業(yè)專家深入交流且反復(fù)研究后，決定大膽嘗試一、二段爐同時(shí)硫化。此種硫化方式下要同時(shí)兼顧一、二段爐的爐溫和硫化進(jìn)度，操作難度比單獨(dú)硫化大得多。

2 催化劑升溫操作法改進(jìn)

我廠大氮肥原始開車期間，變換工序氣密、置換、升溫以及催化劑硫化用時(shí)長，為制約整個(gè)系統(tǒng)開車進(jìn)度的主要因素之一。

2.1 確定新的催化劑升溫操作法

車間通過組織相關(guān)人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)開車和催化劑的還原操作法進(jìn)行認(rèn)真研究，并與催化劑廠家人員進(jìn)行深入交流，確定了變換催化劑升溫介質(zhì)不使用氮?dú)舛遣捎每諝?。因空壓機(jī)開啟后即可產(chǎn)出高壓空氣，利用空分開車調(diào)整的兩天時(shí)間，在空分產(chǎn)出合格氮?dú)庵袄每諝膺M(jìn)行升溫，待氮?dú)夂细窳⒓催M(jìn)行系統(tǒng)置換后，導(dǎo)工藝氣進(jìn)行催化劑硫化，打好時(shí)間差，節(jié)約系統(tǒng)開車時(shí)間。

2.2 確定催化劑升溫流程

按原始設(shè)計(jì)，變換催化劑氮?dú)馍郎貢r(shí)，升溫氣體給催化劑升溫后按正常流程送入火炬排放。改變升溫介質(zhì)后，由于變換催化劑空氣升溫時(shí)全廠火炬已經(jīng)投用，因此升溫氣體即空氣不能送入火炬，需重新設(shè)計(jì)升溫流程。本著節(jié)約材料和降低操作難度的原則，通過對(duì)變換流程認(rèn)真研究后，決定將一期空壓機(jī)高壓空氣引至變換崗位的開工氮?dú)夤芫€上，借原升溫管線將加熱后的空氣送入變換爐內(nèi)為催化劑升溫，同時(shí)，在兩個(gè)變換爐后的分離罐排液泵進(jìn)口過濾器處配臨時(shí)管將升溫氣體送至副產(chǎn)蒸汽放空消音器處進(jìn)行放空，以減小放空過程中的噪音污染。其流程如圖1所示。

圖1 耐硫變換空氣升溫流程

2.3 空氣、氮?dú)庠诰€切換

待空分成分合格、N2管網(wǎng)投用正常后，需控制高壓空氣管線壓力低于N2管網(wǎng)壓力，在開工加熱爐不停用且保持開工加熱爐盤管壓差的前提下，慢慢將高壓空氣退出系統(tǒng)，進(jìn)行高壓空氣與N2的在線切換，從而降低因升溫氣體切換時(shí)氣量的變化對(duì)爐溫的影響。

3 催化劑硫化操作法改進(jìn)

大氮肥原始開車期間，變換工序催化劑硫化時(shí)間較長，成為制約整個(gè)大氮肥系統(tǒng)開車進(jìn)度的主要因素之一。

考慮到此次開車周期短、時(shí)間緊等因素，通過組織相關(guān)人員深入研究并與催化劑廠家進(jìn)行溝通后，決定采用中、低變爐催化劑同步進(jìn)行硫化，即對(duì)以往的變換催化劑硫化操作法進(jìn)行修改創(chuàng)新。

圖2 耐硫變換同時(shí)硫化流程

采用新的硫化操作法，硫化時(shí)需打開原料氣預(yù)熱器管殼程防爆板的均壓及旁路閥，對(duì)第一、二段變換爐同時(shí)進(jìn)行硫化，見圖2。硫化過程中每小時(shí)對(duì)第一變換爐入口、出口及第二變換爐出口工藝氣中的硫化氫含量進(jìn)行分析監(jiān)控，防止其含量過高引起溫升速率過快而影響催化劑硫化質(zhì)量或者含量過低而影響硫化進(jìn)度。不僅如此，每?jī)尚r(shí)對(duì)工藝氣成分進(jìn)行全分析一次，以全面掌握工藝氣中氣體成分及含量數(shù)據(jù)，更好地指導(dǎo)硫化過程。硫化過程中，細(xì)心監(jiān)控，精心操作，針對(duì)硫化時(shí)溫升情況隨時(shí)聯(lián)系前工序調(diào)整閥門開度，確保安全、穩(wěn)定硫化；同時(shí)，催化劑生產(chǎn)廠家相關(guān)專家進(jìn)行了全程的監(jiān)督和指導(dǎo)。經(jīng)過全體人員的共同努力，25h后分析一變進(jìn)出、口H2S分別為0.6%和0.5%，二變出口H2S為0.5%（表1），中低變催化劑硫穿透。隨后將N2退出系統(tǒng)，進(jìn)行加壓深度硫化，7h后加壓硫化及導(dǎo)氣完畢，進(jìn)行輕負(fù)荷運(yùn)行。硫化時(shí)爐溫趨勢(shì)見圖3、4。

圖3 第一變換爐催化劑硫化時(shí)爐溫趨勢(shì)圖（TI0964／72／71／70／69分別為第一變換爐入口，預(yù)變，主變上層、中層、下層溫度，℃）

圖4 第二變換爐催化劑硫化時(shí)爐溫趨勢(shì)圖（TI0967／77／78／79分別為第二變換爐入口、上層、中層、下層溫度，℃）

表1 催化劑硫化過程分析數(shù)據(jù)表 %

4 效果評(píng)價(jià)

（1）此次采用空氣升溫，即將變換系統(tǒng)升溫提前到了氮?dú)夤芫W(wǎng)投用前，不僅縮短了系統(tǒng)的開車時(shí)間約40h，同時(shí)也節(jié)約了氮?dú)馐褂昧浚?0000m3／h× 21h＝210km3），還為大氮肥變換系統(tǒng)催化劑更換后的原始開車提供了另一種升溫方式。

（2）通過對(duì)現(xiàn)有流程的開發(fā)利用，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)變換系統(tǒng)中、低變爐催化劑同步硫化，同時(shí)也縮短了整個(gè)大氮肥系統(tǒng)的開車時(shí)間約31h（與2004年原始開車相比），為整個(gè)系統(tǒng)的早日開車投產(chǎn)作出了貢獻(xiàn)。