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RK-05型甲醇合成催化剂运行总结

[日期:2019-08-15] 来源:《中氮肥》2019年第4期  作者: [字体: ]

余成明,肖红玲

(兖矿鲁南化工有限公司,山东 滕州277527

 

 [摘  要] 甲醇合成催化剂的使用寿命与其升温还原、提温、提压及开停车保护等操作控制紧密相关,也与生产过程中甲醇合成系统各项工艺指标的良好控制与否密不可分。兖矿鲁南化工有限公司200 kt/a甲醇装置采用国产低压法甲醇合成工艺,第5炉催化剂采用RK-05型甲醇合成催化剂,第5炉催化剂使用期内,鲁南化工通过对催化剂升温还原、催化剂床层温度、甲醇合成系统压力、入塔气中硫含量、系统开停车次数及开停车工艺处理等的有效控制,以及在催化剂使用后期采取了一些应对措施,将RK-05型甲醇合成催化剂的使用寿命延长至5 a,带来了良好的经济效益。

[关键词]  甲醇合成催化剂;升温还原;运行情况;消耗情况;催化剂使用寿命后期;应对措施

[中图分类号]  TQ223.12+1[文献标志码]  B[文章编号]  1004-9932201904-0037-04

 

1   

兖矿鲁南化工有限公司(简称鲁南化工)200 kt/a甲醇装置采用国产低压法甲醇合成工艺,2000年甲醇合成塔A(简称A塔)投运,2003年甲醇合成塔B(简称B塔)并入系统,2008年甲醇合成塔C(简称C塔)并入系统,3台甲醇合成塔(R5401A/B/C)均为立式绝热-管壳式反应器,分别配套1台入塔气预热器、汽包及水冷器,共用1台分离器及水洗塔。甲醇合成系统工艺流程为:总硫含量<0.1×10-6(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.052.15的净化气,经联合压缩机压缩段加压并与经循环段加压的循环气在缓冲槽内混合为入塔合成气后,进入入塔气预热器(E5401A/B/C)壳程,被来自甲醇合成塔(R5401A/B/C)反应后的出塔气加热后自甲醇合成塔(R5401A/B/C)顶部进入,在塔内低压甲醇合成催化剂(简称催化剂)的作用下,COCO2H2反应生成甲醇和水,同时生成微量的有机杂质,反应放出的热量大部分被壳侧的沸水带走;甲醇合成塔(R5401A/B/C)出来的热反应气分别进入入塔预热器(E5401A/B/C)的管程,与入塔合成气逆流换热后被冷却至约90 ℃,之后该气液混合物再经水冷器(E5402A/B/C)进一步冷却进入甲醇分离器(V5402)分离出粗甲醇;分离出粗甲醇后的气体,返回联合压缩机循环段,经加压后循环使用;为防止甲醇合成系统中惰性气的积累,甲醇合成系统需连续排放部分气体,这部分气体经水洗塔洗涤回收甲醇后作为弛放气送膜分离氢回收系统。

甲醇合成塔第5炉催化剂采用RK-05型甲醇合成催化剂,其活性成分CuO含量≥52%,热点温度210270 ℃,设计使用寿命3 a,催化剂装填量51 m3;第5炉催化剂20134月投用,20187月钝化卸出,累计运行1 902 d,共产出甲醇1 386 959.64 t,催化剂平均生产强度为27 195.28 t/m3

5炉催化剂使用期间,鲁南化工通过对催化剂升温还原、催化剂床层温度、甲醇合成系统压力、入塔气中硫含量、系统开停车次数及开停车工艺处理等的有效控制,以及在催化剂使用后期采取了一些应对措施,将RK-05型甲醇合成催化剂的使用寿命延长至5 a,带来了良好的经济效益。以下对第5RK-05型甲醇合成催化剂的使用情况进行总结,以供业内参考。

2  催化剂的升温还原情况

5炉催化剂的升温还原按照制定的升温还原曲线进行,201342221:0042601:00进行催化剂的升温还原,共用时76 h,具体过程及升温还原情况如下:42221:00,开启蒸汽喷射器升温,将床层温度升至约65 ℃;42302:30开始出水,至42318:00物理出水量达482.9 kg;当催化剂脱完物理水且床层温度达170 ℃时,开始进行加氢还原,催化剂床层温度升至230 ℃时,逐渐提高还原气中H2浓度至17%;至42523:00,累计出水量9 268.9 kg,恒温2 h后转入轻负荷生产。

升温还原过程中温度控制不当或还原剂H2浓度过高,会造成床层局部温度过高,使铜晶粒发生烧结,催化剂活性比表面积减少,催化剂活性和使用寿命受到严重损害。对第5炉催化剂的升温还原操作进行总结,我们重点做好了以下几方面的工作:① 控制低温下出水和低氢气氛下还原,主还原期温度控制在 180200 ℃,主还原期入塔气H2含量控制在0.5%1.0%,同时加大入塔气H2含量分析频次,0.5 h分析1次;② 以“提氢不提温,提温不提氢 ”( 不同时提氢提温)为原则,控制适宜的主还原期升温速率,将升温速率控制在02 /h;③ 按时排水称重,禁止水分带入塔内;④ 控制好系统内的CO2浓度(CO2会与催化剂中的ZnO发生反应),在保证塔压的前提下,采取连补连排的方式控制系统内CO2含量在3%以下;⑤ 做好专项记录,绘制好实际升温曲线。

3  催化剂使用寿命期内的运行情况

3.1  催化剂床层温度

5炉催化剂升温还原结束后,缓慢导入新鲜气,逐渐提高系统循环量和压力,在较低压力、较低COCO2浓度下2013426日系统正式转入轻负荷(30%50%)生产期,之后逐渐调整至满负荷运行状态,转为正常生产。

在满足设计产量的前提下,操作过程中尽量少提温或不提温,提温幅度要尽量小,维持催化剂床层在较低温度下操作,以利于延长催化剂的使用寿命。操作温度大幅波动会造成床层局部过热,长期高温操作会加速催化剂晶粒长大、表面积减少,从而加速催化剂的老化,催化剂床层温度高于260 ℃或低于210 ℃的工况下容易生成石蜡,因此实际生产中应尽量避开这一温度区间。在第5炉催化剂使用周期内,甲醇合成催化剂一共经历过10次提温(历次提温记录见表1),每次提温幅度在2 ℃左右。

     更多内容详见《中氮肥》2019年第4
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