趙惠蓉

（潞安化工集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400）

引言

潞安化工新材料合成氨裝置由氣化、變換、低溫甲醇洗3 個裝置構(gòu)成，將煤燃燒、轉(zhuǎn)換反應(yīng)、脫硫脫碳、最終處理出98%以上的氫氣，并為后續(xù)生產(chǎn)液氨、雙氧水、己二酸、己內(nèi)酰胺、尼龍六提供了重要原料[1]。

變換裝置由凈化爐、等溫變換爐、深度爐組成；凈化爐原催化劑5.5 m3，等溫變換爐147 m3，深度爐114 m3；凈化爐催化劑一年一換，一次費用260 萬，如何合理裝填凈化爐催化劑，提高其壽命，減少停車檢修時間，是本文研究的方向。

1 變換簡介

變換裝置處理氣化來的粗煤氣設(shè)計量347 979 m3/h（濕基）、163 435 m3/h（干基），CO 實際體積分數(shù)62%，經(jīng)過凈化爐、等溫變換爐、深度爐變換反應(yīng)后B（CO）≤0.4%，B（H2）≥52.51%。氣體成份見表1、表2。

表1 粗煤氣成份表（濕基）

2 變換催化劑原狀況

變換裝置由凈化爐、等溫變換爐、深度爐組成；凈化爐原設(shè)計裝有催化劑10.2 m3，催化劑設(shè)計使用壽命為一年。此催化劑的作用是調(diào)整等溫變換爐入口溫度，同時有少量的CO 轉(zhuǎn)換作用，轉(zhuǎn)換率16%左右[2-3]。轉(zhuǎn)化效率見表3 和圖1。

圖1 2017 年凈化爐CO 轉(zhuǎn)換率曲線圖

表3 2017 年凈化爐CO 轉(zhuǎn)換率統(tǒng)計表

催化劑使用半年后進入到催化劑末期，反應(yīng)溫度較高，床層溫度達到400 ℃，且CO 轉(zhuǎn)換率下降，經(jīng)過更換新催化劑，情況依舊，凈化爐催化劑使用壽命不達一年。更新催化劑需停車處置。

催化劑裝填方法：下段催化劑的裝填1）從凈化爐中部的人孔進入凈化爐下段，根據(jù)下段催化劑和保護劑裝填的高度，在格柵以上720 mm 處和2 340 mm處分別畫上裝填線。2）在格柵支撐上面鋪三層不銹鋼網(wǎng)[下層2.03 目（8 000 μm，下同）GFW10.0/2.50，中層和上層10.16 目（1 700 μm，下同）GFW2.0/0.50]，中層和上層向上翻邊150 mm，為便于翻邊，中層和上層交叉鋪設(shè)。絲網(wǎng)單邊覆蓋不小于100 mm。用不銹鋼絲將絲網(wǎng)與格柵扎成一個整體，絲網(wǎng)邊緣捆扎點相距不得大于200 mm，其余間距不大于350 mm。3）將催化劑吊裝到人孔處的平臺，裝填催化劑約5.5 m3（高約720 mm），絲網(wǎng)編織隔離后，裝填保護劑11.21 m3（高約1 620 mm，）。4）在保護劑上鋪2 層不銹鋼網(wǎng)（下層10.16 目GFW2.0/0.50，上層2.03 目GFW10.0/2.50）。裝好格柵壓蓋。

上段催化劑的裝填：1）從凈化爐上部的人孔進入凈化爐上段，根據(jù)上段保護劑和鮑爾環(huán)裝填的高度，在格柵以上2 040 mm 處和2 340 mm 處分別畫上裝填線。2）在格柵支撐上面鋪三層不銹鋼網(wǎng)（下層2.03目GFW10.0/2.50，中層和上層10.16 目GFW2.0/0.50），中層和上層向上翻邊150 mm，為便于翻邊，中層和上層交叉鋪設(shè)。3）將裝填除塵保護劑約14.11 m3（高約2040 mm）。4）編織絲網(wǎng)后，裝填Φ16 mm不銹鋼鮑爾環(huán)2.12 m3（高約300 mm），在編織絲網(wǎng)后，裝好格柵壓蓋。

3 催化劑重新設(shè)計裝填量后

2019 年9 月在更換催化劑過程中，經(jīng)過核算及前期經(jīng)驗的總結(jié)，改變催化劑裝填量由10.2 m3提至14 m3。投用后使用情況良好，提高了凈化爐的穩(wěn)定性，且提高一定轉(zhuǎn)換率，CO 轉(zhuǎn)換率提高至20%～25%。催化劑使用壽命達到兩年。轉(zhuǎn)換率見表4、圖2。反應(yīng)方程見式（1）。

圖2 2019 年凈化爐CO 轉(zhuǎn)換率曲線圖

表4 2019 年凈化爐催化劑轉(zhuǎn)換率統(tǒng)計表

原設(shè)計入口粗煤氣中CO 體積分數(shù)60%，凈化爐轉(zhuǎn)換后為50%，轉(zhuǎn)換率16%，催化劑裝填量10.2 m3。其空速：SV=V0/VR=163 435 m3/h×62%/10.2=24 843.6 h-1。

實際檢驗催化劑壽命小于1 年。

2019 年裝填催化劑14 m3增加了3 m3催化劑。其空速：SV=V0/VR=163 435 m3/h×62%/14=7 237 h-1，處理氣：163 435 m3/h×62%×10%24 843.6 h-1/7 237h-1=34 785 m3/h。

轉(zhuǎn)換率：34 785 m3/h/163 435 m3/h=21%。

2019 年至2021 年7 月更換催化劑，催化劑使用壽命達到1 年10 個月。

2019 年凈化爐催化劑裝填，凈化爐單爐下段催化劑裝填約7 m3（高約990 mm），裝填除毒保護劑約11.21 m3（1 620 mm）；上部除塵保護劑、鮑爾環(huán)裝填數(shù)量不變。

同時，凈化爐少量催化劑分擔(dān)等溫變換爐催化劑負荷，使得起主要轉(zhuǎn)換作用的等溫變換爐催化劑壽命延長。等溫變換爐催化劑在末期階段，由于凈化爐催化劑裝填量的改變，協(xié)助變換系統(tǒng)一氧化碳轉(zhuǎn)換率符合工藝指標(biāo)[4]。2021 年凈化爐催化劑裝填量增加到8 m3，很大程度上分擔(dān)了等溫變換爐末期催化劑的轉(zhuǎn)換功能，確保了變換系統(tǒng)正常生產(chǎn)運行。

2021 年6 月15 日～9 月15 日年度大檢修后，在系統(tǒng)氣量為21 萬m3時凈化爐出口CO 體積分數(shù)在31%左右，比檢修前CO 轉(zhuǎn)換率高出2%，但整體爐溫降低明顯下降，使凈化爐有了更大的操作空間。

凈化爐出口分析指標(biāo)：B（CO）=31%、B（CO2）=23.52%、B（H2）=53.03%，轉(zhuǎn)換率為51.28%。

等溫變換爐出口分析指標(biāo)：檢修前，B（CO）=6.5%、B（CO2）=40.39%、B（H2）=53.13%、轉(zhuǎn)換率為82.6%；檢修后，B（CO）=5%、B（CO2）=36.24%、B（H2）=54.27%、轉(zhuǎn)換率為85%。

深度爐分析指標(biāo)：檢修前，B（CO）=0.5%、轉(zhuǎn)換率為88%；檢修后，B（CO）=0.66%，轉(zhuǎn)換率為90%，床層溫度平均240 ℃；檢修后：出口B（CO）=0.5%，轉(zhuǎn)換率為90%；床層溫度平均230 ℃。轉(zhuǎn)化率比較見表5。

表5 2021 年變換裝置各變換爐CO 轉(zhuǎn)換率統(tǒng)計表

4 經(jīng)濟價值

變換系統(tǒng)檢修后，凈化爐、深度爐更換新催化劑后，變換爐溫度、水消耗等整體工藝指標(biāo)下降；有效指標(biāo)上升，H2產(chǎn)量比檢修前提高3 000 m3/h。

每年凈化爐更換催化劑需260 萬元，增加4 m3催化劑后，成為兩年一次更換催化劑，節(jié)約一次催化劑采購費用260 萬元，更換催化劑需檢修5 d，減少5 d檢修停車損失，按5 d 產(chǎn)氨4 200 t，2 000 元/t，5 d 創(chuàng)造利潤840 萬元，共計1 100 萬元。

5 結(jié)語

凈化爐催化劑裝填量的改變，不僅延長了自身催化劑的使用壽命，還延長了后設(shè)備等溫變換爐催化劑的使用壽命，起到了提高整體產(chǎn)量的作用，對公司的發(fā)展有著十分正面的影響。