近年來(lái),耐硫低變觸媒在我國許多中、小型氮肥廠(chǎng)中被廣泛應用于中、低變串聯(lián)工藝中,使用廣家均取得不同程度的經(jīng)濟效益。
目前,應用耐硫低變觸媒實(shí)現中,低變串聯(lián)工藝的廠(chǎng)家中,多數廠(chǎng)家的凈化工藝采用銅洗流程。由于采用中、低變串聯(lián)工藝使變換氣中的CO含量降低,從而減輕銅洗的生產(chǎn)負荷,提高生產(chǎn)能力,并且還可降低蒸汽消耗。一般變換氣中CO含量可降至1.0%左右。在凈化工藝采用“三催化”流程中,由于實(shí)現中、低變串聯(lián)工藝,則要求低變出口變換氣中CO含量降至0.3%以下,故工藝條件要求比較苛刻,特別是采用含碳量較高的重油或渣油為原料的重油氣化裝置中,裂化氣經(jīng)中溫變換后,在中變氣中CO2含量將高達(32~33)%。在不經(jīng)脫碳的條件下,經(jīng)低溫變換要達到較高的變換率,必須提高中變氣中的汽氣比,但在加壓變換中,提高汽氣比的同時(shí)必須考慮相應條件下觸煤層的入口操作溫度,以防止氣體達到露點(diǎn)而產(chǎn)生蒸汽冷凝。汽氣比和操作溫度的提高,又會(huì )給耐硫低空觸媒帶來(lái)“反硫化”現象,使觸媒失去活性。特別是在以重油為原料的中型氮肥廠(chǎng)技術(shù)改造中,若重油中含硫量低,觸媒容易產(chǎn)生“反硫化”現象,應引起人們的關(guān)注。
1、耐硫低變觸媒的應用及試驗
1.1 耐硫低變觸媒的應用
吉林省長(cháng)山化肥廠(chǎng)為70年代建成的一座中型氮肥廠(chǎng),原生產(chǎn)系統的重油氣化裝置采用“激冷流程”,在技術(shù)改造設計中為使兩生產(chǎn)系統的重油氣化裝置的設備互為備用,故新建的重油氣化裝置仍然采用“激冷流程”,給“三催化”流程中實(shí)現中、低變串聯(lián)工藝帶來(lái)新的問(wèn)題,即必需采用國內新近研制成功的,但未經(jīng)長(cháng)期大規模生產(chǎn)實(shí)踐檢驗的耐硫低變觸媒。
目前,我國研制與生產(chǎn)耐硫低變觸媒的院、所、廠(chǎng)家較多,但其產(chǎn)品的組分基本相同,只是生產(chǎn)工藝有所不同,因而觸媒性能略有不同。對觸媒的“反硫化”列象的剖析,由于各研制單位所引用的熱力學(xué)數據不同,得出的數據和結論相差較大,尤其缺乏在中型氮肥廠(chǎng)“三催化”流程中應用的數據和經(jīng)驗。湖北化學(xué)研究所曾為長(cháng)山化肥廠(chǎng)的技術(shù)改造提供了資料和數據。該所運用電子計算機計算的結果與設計條件完全符合,而且還根據長(cháng)山化肥廠(chǎng)技術(shù)改造的設計條件,提出只要氣體中硫含量在200mg/m3以上,完全能滿(mǎn)足設計要求,不致于產(chǎn)生“反硫化”現象而使觸媒失去活性,為該廠(chǎng)的技術(shù)改造工藝方案的實(shí)施,提供了較為可靠的理論依據。
1.2 耐硫低變觸媒的試
為進(jìn)一步取得最佳操作條件和積累生產(chǎn)經(jīng)驗,在實(shí)際的生產(chǎn)條件下,按設計要求和條件進(jìn)行應用試驗是十分必要的。為此我們于1990年12月7~24日,對吉林省公主嶺市催化劑廠(chǎng)生產(chǎn)的JB302型耐硫低變觸媒進(jìn)行了中、低變串聯(lián)工藝的生產(chǎn)應用試驗
從試驗中,我們得出如下現象和結論:
1.2.1在試驗條件下,由于計量?jì)x表的誤差,導致觸媒開(kāi)始硫化時(shí)CS2耗量較大,在觸媒尚未達到預計中完全硫化時(shí),CS2已用光,不得不終止硫化,但從試驗整個(gè)過(guò)程來(lái)看,對觸媒活性沒(méi)有明顯影響。這是否從中可以看出,如果提高CS2的濃度,可以加快硫化速度,這與湖北化學(xué)研究所的快速硫化方案有共同之處。
1.2.2在硫化過(guò)程中,由于設備熱損失較大,以及空速較大(750~1700時(shí)-1),觸媒層溫度沒(méi)有明顯溫升,只是隨入口氣的溫度變化而平穩交化,沒(méi)有發(fā)生溫度爆漲現象,證實(shí)湖北化學(xué)研究所的論點(diǎn)是正確的。
1.2.3在其它條件不變的情況下,將操作壓力提高,則低變出口CO含量有所降低當中交氣中CO含量為3.0%~3.2%時(shí),CO2含量為~32.6%,水汽比為0.55~0.7,在常壓操作條件下,低變出口CO含量在0.5%~0。7%,當壓力提高到生產(chǎn)系統壓力2.3MPa,則低變出口CO含量即降至為0.3%~0.4%。試驗表明,該類(lèi)型的耐硫低變觸媒可用于加壓變換工藝過(guò)程,不但可達到較高的空速,而且還可有較好的活性。
1.2.4進(jìn)低變汽氣比為1.0~1.4(體積比),觸媒層溫度在200~250℃時(shí),低變出口CO含量均在0.3%以下。同時(shí)在長(cháng)山化肥廠(chǎng)中變氣中H2S含量在350~400ppm的條件下,低空爐進(jìn)出口H2S含量沒(méi)有發(fā)生變化,也就是說(shuō),在長(cháng)山化肥廠(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際條件下,按設計要求操作,低變觸媒不會(huì )產(chǎn)生“反硫化”現象,實(shí)驗記錄見(jiàn)下表。
試驗記錄摘錄表
時(shí)間 |
氣量m3/h |
壓力MPa |
溫度/℃ |
低變入口汽氣比
m3/m3 |
分析 |
爐前 |
爐頂 |
觸媒層 |
爐底 |
出口 |
H2S,ppm |
出
口
CO
% |
上部 |
下部 |
入
口
氣 |
出
口
氣 |
13日 |
2:00 |
11.7 |
2.4 |
250 |
222 |
230 |
204 |
174 |
36 |
1.08 |
|
|
0.21 |
10:00 |
13.0 |
2.4 |
210 |
196 |
219 |
221 |
195 |
36 |
0.95 |
|
|
0.23 |
14日 |
1:00 |
12.4 |
2.35 |
239 |
212 |
223 |
217 |
200 |
38 |
|
|
|
0.12 |
9:00 |
12.4 |
2.3 |
218 |
211 |
220 |
212 |
180 |
36 |
1.2 |
|
|
0.21 |
15日 |
1:00 |
17.8 |
2.3 |
238 |
220 |
248 |
242 |
185 |
35 |
0.87 |
|
|
0.27 |
9:00 |
12.4 |
2.2 |
257 |
214 |
210 |
203 |
180 |
36 |
|
|
|
0.23 |
16日 |
1:00 |
12.1 |
2.33 |
238 |
215 |
221 |
211 |
189 |
35 |
1:17 |
|
|
0.21 |
23:00 |
11.8 |
2.35 |
250 |
218 |
224 |
108 |
183 |
32 |
1.01 |
|
|
0.29 |
17日 |
1:00 |
12.4 |
2.36 |
239 |
215 |
224 |
209 |
185 |
36 |
1.12 |
|
382 |
0.23 |
9:00 |
14.3 |
2.4 |
242 |
219 |
227 |
318 |
188 |
37 |
|
|
|
0.21 |
18日 |
3:03 |
15.6 |
2.25 |
241 |
221 |
222 |
212 |
189 |
34 |
1.25 |
|
440 |
0.27 |
13:00 |
12.4 |
2.48 |
244 |
230 |
233 |
228 |
202 |
36 |
1.30 |
|
319 |
0.23 |
19日 |
11:00 |
13.2 |
2.0 |
237 |
313 |
215 |
203 |
184 |
31 |
1.15 |
|
413 |
0.14 |
19:00 |
14.0 |
2.3 |
215 |
224 |
228 |
217 |
198 |
32 |
1.05 |
|
|
0.17 |
20日 |
3:00 |
11.0 |
2. 25 |
220 |
219 |
226 |
217 |
103 |
34 |
1.12 |
|
416 |
0.28 |
13:00 |
12.0 |
2.25 |
242 |
216 |
220 |
207 |
138 |
34 |
1.09 |
419 |
410 |
0.28 |
10:00 |
12.1 |
2.25 |
218 |
226 |
231 |
223 |
104 |
36 |
1.16 |
|
413 |
0.26 |
21日 |
1:00 |
15.6 |
2.25 |
244 |
226 |
232 |
226 |
198 |
36 |
1.28 |
|
|
0.21 |
11:00 |
11.7 |
2.25 |
243 |
221 |
226 |
217 |
197 |
30 |
|
342 |
319 |
0.12 |
21:00 |
14.3 |
2.3 |
241 |
223 |
229 |
221 |
194 |
34 |
|
407.7 |
|
0.20 |
22日 |
1:00 |
14.3 |
2.25 |
236 |
210 |
224 |
220 |
196 |
33 |
1.07 |
|
|
0.21 |
9:00 |
13.0 |
2.25 |
235 |
222 |
226 |
220 |
200 |
35 |
1.07 |
|
|
0.3 |
10:00 |
15.2 |
2.25 |
248 |
231 |
237 |
232 |
206 |
36 |
1.17 |
|
300 |
0.17 |
23日 |
3:00 |
12.7 |
2.25 |
250 |
228 |
233 |
226 |
201 |
33 |
1.2 |
|
|
0.21 |
7:00 |
13.0 |
2.25 |
236 |
216 |
225 |
228 |
201 |
33 |
1.23 |
|
302.6 |
0.23 |
15:00 |
15.3 |
2.4 |
264 |
252 |
251 |
246 |
217 |
31 |
1.17 |
|
363 |
0.24 |
24日 |
1:00 |
19.5 |
2.0 |
265 |
261 |
253 |
231 |
221 |
37 |
1.37 |
|
|
0.15 |
9:00 |
19.5 |
2.25 |
239 |
238 |
231 |
229 |
206 |
40 |
1.38 |
|
302 |
0.24 |
15:00 |
19.5 |
2.25 |
234 |
232 |
227 |
224 |
200 |
33 |
0.7 |
|
389 |
0.30 |
*低變入口CO≤3.5%
2、結論與看法
2.1? 綜上所述,在重油氣化裝置中采用“激冷流程”的條件下,在中、低變采用耐硫觸媒的情況下,實(shí)現中、低變串聯(lián)工藝,不但能實(shí)現,而且能達到設計要求,避免了工藝流程中的一些“冷熱病”,不但縮短了流程,而且節能、節省設備,使該項工藝先進(jìn)合理。
2.2? 試驗表明,吉林省公主嶺市催化劑廠(chǎng)生產(chǎn)的JB302型球形耐硫低溫變換觸媒,在中變氣中H2S含量為350~400ppm的生產(chǎn)條件下,用于長(cháng)山化肥廠(chǎng)技術(shù)改造工程中的中、低變串聯(lián)薪工藝上,是能夠達到設計要求的。
2.3? 由于試驗條件所限,時(shí)間較短,有關(guān)操作條件變化產(chǎn)生的影響和觸媒壽命試驗無(wú)法進(jìn)行,不同型號的耐硫低變觸媒的對比試驗也無(wú)條件進(jìn)行。
為了更好掌握該類(lèi)型觸媒的性能以及在各種工藝條件下操作的適應性,不斷改進(jìn)操作,不斷擴大應用范圍,為開(kāi)辟新工藝路線(xiàn)提供數據和積累經(jīng)驗。建議有關(guān)科研單位,再接再勵,進(jìn)一步進(jìn)行觸媒的擴大條件試驗,為中、小型氮肥廠(chǎng)的技術(shù)改造做出貢獻。