耐硫变换催化剂概念 变换工段耐硫变换催化剂工作情况的分析

耐硫变换催化剂概念关于变换工段耐硫变换催化剂工作情况的分析

关于变换工段耐硫变换催化剂工作状况的分析

受克旗煤制气公司生产部托付，化工探究院驻克旗现场技术效劳小组技术人员对变换工段耐硫变换催化剂的工作状态进展了分析，以期为耐硫变换工段正常生产运行供应决策参考。下文是依据生产部供应的2021.12~2021.3运行数据，结合理论分析和文献资料编制的分析报告。

一、催化剂运用工况分析

表1比拟了变换工段预变催化剂和主变催化剂的设计工况与实际工况。从表1可以看出，预变和主变催化剂的实际工况，包括空速和温度均有所偏离设计工况，这种偏离可能会影响催化剂的实际运行效果。

表1催化剂设计工况和实际工况比拟

二、催化剂运行状态分析

2.1预变炉

图1为QBS-01型号预变催化剂上CO变换反响转化率、反响体积空速和催化剂入口温度在运行期间的改变曲线。

图1预变催化剂CO转化率、体积空速和入口温度的改变趋势

从图1可以看出，随着空速的增大，预变炉CO转化率明显下降，空速降低后CO转化率随之提升。其中在12月28号-3月3号区间，预变炉的工作空速大局部在3000～5400h-1范围内，此时对应的CO转化率很小，说明在此空速下QBS-01催化剂上CO变换反响发生程度很低。

催化剂的3000～5400h-1运行期间体积空速超过了催化剂厂家供应QBS-01催化剂正常设计工况〔1500～3000h-1〕。空速的提高一方面

会降低催化剂的CO变换反响速率，另一方面当空速明显超过设计值时，会加速催化剂的活性衰退。

当预变反响器入口温度233℃，体积空速3000h-1，催化剂床层温升6.5℃，此时CO转化率为6%；当预变反响器入口温度260℃，体积空速3101h-1，催化剂床层温升13℃，此时CO转化率为8%。适当提高入口温度有利于促进QBS-01预变催化剂上CO变换反响。

依据计算，变换反响每转化1个百分点的CO会给预变反响器带来9~10℃温升。从正常运行数据分析，预变炉温升约20℃，共计转化2个百分点的CO；而近期运行数据中，预变温升为10℃左右，CO仅转化1个百分点。

2.2主变炉

图2为主变催化剂上CO水汽变换反响转化率的改变趋势。从图2可以看出，从2021年11月底至2021年3月底的4个月内，主变催化剂CO转化率呈下降趋势。

图2主变催化剂上CO转化率改变趋势

图3主变CO转换率与空速及进口温度改变曲线

图3显示了QCS-04型号主变催化剂上CO变换反响转化率、反响体积空速和催化剂入口温度在运行期间的改变。有如下特点：

当主变入口温度高于260℃时，空速的波动对CO水汽变换反响的CO转化率影响不明显。

当主变入口温度低于260℃时，随着空速的增大，主变CO转化率明显下降。说明温度对CO变换反响的影响明显。

另外，依据CO水汽变换反响是一个等体积反响的特点，如下:

CO+H2O(g)CO2+H2,∆H=-41.09kJ/mol

变换反响过程中,CO经反响削减的物质量应当与H2经反响增加的

物质量或者CO2经反响增加的物质量相等。

实际运行过程中CO削减量和CO2增加量相同，但H2增加量波动

显著,如图4所示。在长时间的反响过程中，CO2增加量与CO削减量

的比值根本在1左右波动，但H2增加量与CO削减量的比值明显大于

1，而且波动幅度比拟大。

图4主变H2增加量/CO削减量与CO2增加量/CO削减量比值的改变趋势

三、变换粗煤气流量改变对提高模值效果的分析

依据耐硫变换流程中换热的设计特点，预变反响器入口工艺气的温度由主变反响器出口工艺气的热量调整，通过一般原理性分析，当须要提高模值时，增加或减小变换流量有可能实现该目标，但有可能无法实现该目标，逻辑关系如图5~8所示。

3.1增加变换流量的效果分析

在必须范围内，增加变换流量，催化剂活性和水汽变换反响转化率下降不明显，预变→主变过程体系仍旧能够维持热量平衡，最终的结果是增加变换流量能够提高模值，逻辑关系如图5所示。

图5增加粗煤气变换流量提高模值过程的逻辑关系

假设超过允许范围，增加变换流量，催化剂活性和水汽变换反响转化率下降明显，预变→主变过程体系不能够维持热量平衡，最终的结

果是增加变换流量不能提高模值，逻辑关系如图6所示。

图6增加粗煤气变换流量降低模值过程的逻辑关系

3.2减小变换流量的效果分析

在必须范围内，减小变换流量，催化剂活性和水汽变换反响转化率增加明显，预变→主变过程体系仍旧能够维持热量平衡，最终的结果是减小变换流量能够提高模值，逻辑关系如图7所示。

图7削减粗煤气变换流量提高模值过程的逻辑关系

假设超过范围，减小变换流量，催化剂活性和水汽变换反响转化率增加不明显，预变→主变过程体系不能够维持热量平衡，最终的结果是减小变换流量不能提高模值，逻辑关系如图8所示。

图8削减粗煤气变换流量降低模值过程的逻辑关系

四、敏感因素分析

4.1粗煤气洗涤后分别温度影响

CO水汽变换过程中汽/气比是一个影响反响效果的关键参数，提高汽/气比有利于促进CO变换反响。

预变入口粗煤气的汽/气比是由洗涤分别器的操作温度确定。粗煤气出洗涤分别器后到达了粗煤气温度下的饱和状态，不同温度、饱和状态下粗煤气中H2O含量及汽/气比方表2所示。

表3不同出洗涤分别器粗煤气温度时的汽/气比〔P=3.67MPa〕

图9汽/气比对CO变换反响转化率的影响

图9给出了不同水汽含量下的CO平衡转化率，由图可知随着水汽含量的增大CO平衡转化率明显增大。当汽/气比由0.37增大到0.47时，CO转化率由82.35%增大到87.23%。

依据文献调研，一般CO耐硫水汽变换反响的汽/气比限制在0.4～0.6,现场粗煤气出洗涤分别器温度大局部在173~176℃，汽/气比为0.35~0.39左右，因此假如工艺调整和催化剂耐水性能允许，现场耐硫变换的汽/气比适当提高，可以促进水汽变换反响，但要留意反硫化。

4.2中毒

除上述因素对反响有明显影响外，引起变换催化剂活性衰退的因素还有粗煤气中的油类、砷量、粉尘、催化剂水解与反硫化。煤质的改变可能会导致上述毒性物质的增多，加快催化剂活性的衰减。

4.3反响器内工艺气径向分布匀称性

2个预变反响器可能因催化剂床层阻力不同，导致变换气体流量在2个预变反响器内分布不均。同时，预变反响器和主变反响器内径向温度差异大，说明气体在反响器内分布不均，可能导致局部催化剂负荷过载，从而加快催化剂活性的衰减。

五、结论与建议

5.1、关于预变催化剂

在12月28号~3月3号区间，预变炉催化剂工作空速大局部在3000～5400h-1范围内，明显大于催化剂厂家供应的了QBS-01催化剂正常设计工况〔1500～3000h-1〕。空速提高导致催化剂上CO变换反响转化率降低，也会加速催化剂的活性衰退。

当预变反响器入口温度较低时，如233℃，催化剂上CO转化率

为6%。提高预变反响器入口温度，CO转化率会提高。

依据厂家供应QBS-01催化剂设计工作温度范围为260～280℃，推想预变催化剂上CO转化率应当在20%～30%之间。因此总体上，目前预变催化剂上CO转化率在10%左右，处于较低活性水平。

5.2、关于主变催化剂

从2021年11月底至2021年3月底的4个月内，主变催化剂CO转化率呈下降趋势，下降幅度在10个百分点左右。

同时主变入口温度和体积空速对主变催化剂上CO变换反响转化率的综合影响明显：

(1)当主变入口温度高于260℃时，空速的波动对CO水汽变换反响的CO转化率影响不明显。

(2)当主变入口温度低于260℃时，随着空速的增大，主变CO转化率明显下降。说明温度对CO变换反响影响明显。

因此应当限制主变反响器入口工艺气温度在260℃以上。

5.3、关于催化剂是否相宜接着工作的判定

依据第三节的分析，增加变换流量或减小变换流量，都有可能实现耐硫变换流程中预变至主变之间的热量平衡，最终实现提高模值；增加变换流量或减小变换流量，也有可能无法实现耐硫变换流程中预变至主变之间的热量平衡，最终无法实现提高模值的目标。

因此，当增加变换流量或减小变换流量时，提高模值渐渐困难，

说明耐硫变换催化剂，尤其是主变催化剂须要考虑更换。

假如预变反响器入口工艺气能够与外界其他热源换热，能够有效调整预变反响器入口工艺气温度，会使通过增加变换流量或减小变换流量的方式来提高模值变得简单一些。

5.4关于敏感因素的影响

〔1〕汽/气比

汽/气比是影响CO水汽变换反响的关键参数，建议保持粗煤气出洗涤分别塔温度的稳定，并确保粗煤气处于饱和状态。假如工艺调整和催化剂耐水性许可，可适当提高粗煤气出洗涤分别器的温度，从而提高汽/气比。

〔2〕中毒

建议进一步分析粗煤气和洗涤排放水中油类、砷量、粉尘量，刚好调整洗涤过程，确保催化剂工作状态稳定。

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