苏炼
（中国中煤能源集团有限公司，北京100120）
［摘 要］某公司2×500 kt/a合成氨装置煤气化系统采用BGL固定床熔渣气化工艺，所产粗煤气具有高CO含量、含油、含尘、低水气比的特点，这种粗煤气进入变换系统极易发生强烈的甲烷化副反应并放出大量的热，且粗煤气中的焦油易造成催化剂表面积炭，影响系统的稳定运行及催化剂的使用寿命。因此，选择适宜的变换催化剂是保证系统长周期稳定运行的关键。通过对BGL气化工艺特点和QDB-05钴钼系耐硫变换催化剂性能进行深入研究，以及与国内常用变换催化剂性能进行比对，2014年开车以来变换系统第一变换炉均选用QDB-05钴钼系耐硫变换催化剂。总结与分析QDB-05钴钼系耐硫变换催化剂的应用情况，认为QDB-05催化剂选用预硫化态比选用氧化态更好，并针对QDB-05钴钼系耐硫变换催化剂应用过程中出现的催化剂床层温度波动、粗煤气带水、催化剂反硫化等问题提出了操作建议。
［关键词］BGL固定床熔渣气化工艺；变换系统；第一变换炉；催化剂选型；QDB-05变换催化剂；应用情况；操作建议
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）03-0032-04
0 引 言
某公司2×500 kt/a合成氨装置（配套2×800 kt/a尿素装置）煤气化系统采用BGL固定床熔渣气化工艺，所产粗煤气中CO含量约57%～60%（体积分数，下同），此外还含有少量焦油、煤尘和甲烷，这种高CO含量、含油、含尘、低水气比的粗煤气进入变换系统极易发生强烈的甲烷化副反应并放出大量的热，且粗煤气中的焦油会在变换催化剂表面形成积炭，导致催化剂床层阻力增大、催化剂表面活性降低，进而影响系统的稳定运行及催化剂的使用寿命。因此，选择适应高CO含量、含尘、含油原料气的变换催化剂是保证变换系统长周期稳定运行的关键。该公司的生产实践表明，QDB-05钴钼系耐硫变换催化剂的成功应用，解决了高CO含量粗煤气变换反应负荷高、易超温等问题，实现了变换系统的长周期稳定运行。
1 变换催化剂选型要点及研究比对
1.1 变换催化剂选型要点
该2×500 kt/a合成氨装置变换系统分为两个系列（简称为变换Ⅰ系列和变换Ⅱ系列），并联布置，单系列均为4台变换炉串联变换工艺，其中第一变换炉为固定床反应器。BGL固定床熔渣气化系统配套的耐硫变换工艺，变换系统原料气中的CO含量可达57%～60%，且粗煤气中含尘、含油，极易污染第一变换炉中的催化剂，即第一变换炉内变换催化剂需在高压、高温、高反应强度和含油、含尘的苛刻条件下长周期运行，为避免变换催化剂在上述苛刻工艺条件下破碎、粉化甚至局部积炭板结而致催化剂床层阻力增大和催化剂活性降低，催化剂需有更高的强度和活性稳定性及抗污染能力；另外，由于合成氨装置变换系统要求出口变换气CO含量＜1.5%，使得第一变换炉反应强度大、变换率高，为防止其催化剂床层超温，使催化剂床层热点温度尽可能控制在安全范围内，催化剂须具有较好的低温活性和活性稳定性。
1.2 变换催化剂的研究比对
该公司在变换催化剂研究比对与选型时，当时给催化剂厂家提出的变换工艺指标要求为：系统操作压力3.9 MPa，（单系列）入口粗煤气气量约180 000 m3/h、温度约230 ℃、水气比＜0.28、CO含量约57.61%，变换反应过程中第一变换炉催化剂床层平衡温距43 ℃，粗煤气经变换后，第一变换炉出口气温度约434 ℃、CO含量约28.0%。对于变换催化剂的选型，该公司重点对QDB-05钴钼系耐硫变换催化剂的物化特性进行了研究，并将其与国内常用的QDB-04催化剂、催化剂A进行了研究比对。
1.2.1 QDB-05变换催化剂的物理特性
QDB-05属钴钼系耐硫变换催化剂，经高温处理后未进行焙烧，形态为粉红色条形，外形尺寸Φ3.5 mm×4.5 mm，堆密度为800～1 000 kg/m3；QDB-05变换催化剂主要成分为氧化钴和氧化锰——氧化钴（CoO）含量（1.8±1.0）%、氧化钼（MoO3）含量（8.0±1.0）%，载体为氧化铝，采用多孔成型的特殊制造技术，使得QDB-05变换催化剂保持较大的比表面积，具有较高的结构稳定性和活性稳定性——抗碎压力≥130 N/cm，常压本征活性x（CO）≥5.0%（260 ℃）、≥30%（350 ℃）、≥40%（450 ℃），适用于高CO含量、低水气比变换工艺。
1.2.2 QDB-05变换催化剂的化学特性
1.2.2.1 可有效抑制甲烷化副反应
更多内容详见《中氮肥》2022年第3期