（湖南化工职业技术学院化工系，湖南 株洲412004）
［摘 要］论述了联醇催化剂升温还原的基本原理，对还原理论出水量和实际出水量进行了计算，重点介绍了2种还原方法——低氢还原法和高氢还原法的操作注意事项及特点。低氢还原法注重催化剂的还原质量，高氢还原法注重催化剂的还原效率，2者各有特点，联醇生产企业可选择性加以采用。
［关键词］联醇催化剂；还原技术；理论出水量；实际出水量；低氢还原法；高氢还原法
［中图分类号］ TQ 223.12+1［文献标识码］A［文章编号］ 1004-9932（2012）
联醇铜基催化剂从催化剂生产厂家出厂时处于氧化态，是没有催化活性的，须经还原后才具有活性。每炉催化剂活性的高低、使用寿命的长短，除与催化剂的生产质量和装填质量有关外，很大程度上还取决于催化剂还原质量的好坏。还原质量好的催化剂，其晶粒小、内部间隙多、活性表面积大，具有反应活性高、催化剂床层温度分布均匀、使用寿命长、吨催化剂的甲醇生产能力大等优点。因此，联醇生产企业都非常重视联醇催化剂的升温还原过程，催化剂还原技术已经成为其核心竞争力的关键技术之一。
1 升温还原的基本原理
在升温还原过程中，铜基催化剂中氧化铜、氧化锌、氧化铝或氧化铬等成分中，只有氧化铜能够被还原。在还原剂H2和CO存在的情况下，达到一定温度和压力时，催化剂发生以下的还原反应：
CuO+H2 ＝ Cu+H2O+86.0 kJ （1）
CuO+CO ＝ Cu+CO2+125.67 kJ（2）
可见，铜基催化剂还原过程是一个剧烈放热反应过程。虽然H2和CO都可与CuO发生还原反应，且同为强放热反应，但还原1 mol CuO，CO比H2多放热40 kJ。当H2和CO含量较低时，H2含量每提高１%，床层温度将升高28 ℃；CO含量每提高１%，床层温度将升高40 ℃以上。因此，控制好加H2或CO的速度是还原的关键，且一般情况下不能采用CO含量很高的还原气体。
采用氢气（或合成氨精炼气）作为还原剂时，还原反应有水生成。如果还原反应过于剧烈，集中在较短的时间内出水，会使反应气体中水汽浓度过高，很容易造成强度较低的铜基催化剂粉化、破碎；同时，放热量也很大。为了维持合成塔的温度平衡，势必大幅度提高空速，使气流通过催化床的压力降增大，尤其是下部催化剂受到的压力相应增加，容易使催化剂压碎，进而造成塔内阻力剧增，甚至堵塞。还有，如果催化剂还原太快、还原反应温度太高，会导致催化剂晶粒长大、活性表面积减小，催化活性下降。
当催化剂还原到一定的程度，先还原的催化剂表面部分已经开始有合成甲醇的反应，这也是一个放热反应。因此，当铜基催化剂的还原反应和合成甲醇的反应同时进行时，如果不能有效控制还原反应速度，不能及时移走反应放出的热量，就会导致催化剂过热甚至烧毁。
2 还原的理论出水量和实际出水量
2.1 理论出水量计算
以C-301催化剂为例，计算1 t催化剂的理论出水量。C-301催化剂中各组分的质量分数如下：CuO 59.51%，ZnO 30.17%，Al2O3 3.70%，物理水3.23%，助剂3.39%。
采用合成氨精炼气作为还原剂，出水包括2部分：物理水和氧化铜还原产生的化学水。
根据反应式（1）计算，1 t催化剂还原产生的化学水为133.9 kg，加上32.3 kg物理水，理论出水总量为166.1 kg。
采用联醇的合成气为还原气，因还原气中含有少量CO和CO2，在还原末期，先还原的部分催化剂已具备了催化活性，在发生还原反应的同时还发生甲醇合成反应，生成一定量的甲醇和水，还原出水中除了物理水和还原产生的化学水外，还有合成的甲醇和水，但这部分甲醇和水的量无法进行准确计算，因此理论出水总量无法进行准确计算。
2.2 实际出水量
铜基催化剂是在Cu-CuO界面上形成活性中心，纯的Cu与Cu2+都不具有催化作用，也就是说铜基催化剂的还原属于部分还原，还原实际出水量约为物理水量的全部和化学水量的一半之和时，催化剂具有最佳催化活性。以C-301催化剂为例，计算出1 t催化剂还原的实际出水量约为99.3 kg，而总的还原出水量还应包括合成气生成甲醇所产生的水和液体甲醇，所以还原过程总的实际出水量要小于上述计算的理论出水量，而大于上述计算的实际出水量。
由于不同厂家生产的催化剂物理水含量有差异，催化剂型号不同，氧化铜含量也有差异，因此，衡量催化剂还原是否终了，其理论出水量只能作为一个初步的判断。实际生产中，水汽含量分析值在0.2 g/m3以下即认为还原结束。
3 还原方法
3.1 低氢还原法