1、概述

　　隨著我國合成氨工藝的不斷改進，低溫變換催化劑的應(yīng)用越來越廣泛。本公司變換裝置采用的就是鈷鉬系低變耐硫變換催化劑。由于耐硫變換催化劑的活性組分鈷和鉬是以氧化態(tài)的形式分散在多孔載體上，而催化劑活性相為硫化態(tài)，因此在使用前須進行硫化處理。催化劑的硫化是耐硫變換催化劑應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，直接影響著催化劑的變換活性和穩(wěn)定性， 也將直接影響變換工段的生產(chǎn)負(fù)荷、合成氣質(zhì)量和蒸汽消耗等。本文以變換四段催化劑升溫硫化為例，對低變催化劑升溫硫化過程進行總結(jié)。

　　2、工藝流程敘述

　　在低變工藝中，因催化劑裝填量較大，為減少放空量，本裝置采用氣體循環(huán)硫化法。工藝氣從變換爐四段出來后，經(jīng)氣氣換熱器與硫化風(fēng)機出口的工藝氣換熱，將氣體熱量回收，進人變冷器降溫至常溫，進入3#分離器分離液態(tài)水，之后工藝氣進入硫化風(fēng)機，維持硫化風(fēng)機入口處正壓，由硫化風(fēng)機將工藝氣送至氣氣換熱器，然后進入電爐加熱，最后進入變換爐四段。由于在硫化過程中要消耗氫， 在硫化風(fēng)機入口處連續(xù)加入少量新鮮煤氣。為防止惰性氣體在循環(huán)氣中積累，在3#分離器處設(shè)一放空管，連續(xù)放空少量循環(huán)氣，使循環(huán)氣中H2體積分?jǐn)?shù)維持在25%以上。CS2從電爐出口加入。

　　3、升溫硫化原理及過程

　　一、硫化原理

　　催化劑中的活性成分是以氧化態(tài)形式存在，生產(chǎn)時，須將其轉(zhuǎn)化為硫化態(tài)才能顯示出催化劑的高活性。為加速硫化過程，通常采用外加硫化劑(CS2)方法進行，其反應(yīng)方程式為：

　　CS2 + 4H2 2H2S + CH4 ―246KJ/mo (氫解反應(yīng))

　　MoO3 +2H2S +H2MoS2 +3H2O ―48.1 KJ/mol

　　CoO + H2S COS +H2O ―13.4 KJ/mol

　　這些反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，特別是CS2的的氫解是很劇烈的放熱反應(yīng)。

　　二、升溫硫化的過程

　　1、升溫階段：

　　四段硫化閥進出口保持全開，加大循環(huán)氣量和嚴(yán)格控制電爐出口溫度，在較低的溫度下脫除催化劑的物理水，當(dāng)觸媒下層溫度還在120℃以下，必須控制電爐出口溫度不得超過150℃;觸媒下層溫度到120℃后，恒溫4小時，以防脫水過猛和未脫除干凈而升溫使催化劑結(jié)塊，物理水全部脫除干凈后再升溫，將溫度升到220℃，再恒溫2小時。

　　2、初期硫化：

　　在恒溫期間，系統(tǒng)補H2，在220℃恒溫2小時后，四段開始進硫?？刂艭S2加入量20～40L/h， 風(fēng)量盡量加大，加硫時電爐不增加電流，控制升溫速度約20℃/h左右，將觸媒溫度由220升到300℃，并恒溫2小時。催化劑開始硫化后，為確保進變換爐煤氣的H2含量大于25%，須在回循環(huán)風(fēng)機進口前進行少量放空，同時補充一定量的新鮮煤氣。隨著CS2量加大，放空量須相應(yīng)增加。期間分析床層進、出口H2S和出口H2的濃度(視情況每半小時分析一次)，保證出口H2的濃度。由于CS2氫解熱很大，且新催化劑硫化初期很靈敏，為防催化劑硫化過程過快和爐溫猛漲，在硫化初期，須謹(jǐn)慎小心，加CS2量不宜太多。CS2加入量控制在40～60L/h，如遇爐溫猛漲，必須迅速減少甚至停加CS2，減少電爐電流并加大氣量將熱量排出爐外。

　　3、主期硫化：

　　繼續(xù)對四段進行硫化，CS2加入量40～120L/h， 控制升溫速度約為20℃/h左右，將觸媒溫度升到約400℃，并恒溫4小時。期間分析床層出口H2S和H2的濃度(視情況每半小時分析一次)。

　　6、強化期：

　　觸媒溫度升到400℃并恒溫4小時后，繼續(xù)加大電爐或者適當(dāng)關(guān)小風(fēng)機出口來提溫，控制升溫速度約為20℃/h左右，將溫度提到420～450之間，并保持2～4小時。若溫度升不起來，可適當(dāng)加點CS2，利用CS2的氫解熱來升溫。連續(xù)三次分析四段出口H2S含量在10g/m3左右，可以認(rèn)為硫化結(jié)束。

　　7、降溫置換：

　　停下電爐，若前后工序很快具備開車條件，則繼續(xù)開風(fēng)機循環(huán)降溫，打開放空閥排硫，控制降溫速度約為50℃/h左右，將四段床層溫度降至270℃左右，需時約4小時。如未具備，則先停下風(fēng)機悶爐保溫。

　　整個過程耗時約35～46個小時。

　　4、升溫硫化總結(jié)

　　1、 硫化時堅持：“提硫不提溫，提溫不提硫”，防止觸媒嚴(yán)重超溫，嚴(yán)格控制觸媒床層熱點溫度不超過450℃;若床層溫度增長過快并超過450℃時，立即停加CS2，降低床層入口溫度并加大煤氣的流量，快速降溫。

　　2、補入CS2量要緩慢和穩(wěn)定且須由專人負(fù)責(zé)，防止CS2過量，以出口H2S不超過15g/cm3為宜，。因為CS2在200℃以上才能發(fā)生氫解反應(yīng)，如果CS2過量，或不能完全氫解，在系統(tǒng)內(nèi)冷凝和吸附，積累在催化劑當(dāng)中，一旦底層溫度上去，大量CS2氫解而使底層溫度暴漲造成催化劑超溫甚至燒壞催化劑。

　　3、硫化結(jié)束后仍需要加入適量CS2將變換爐溫度降到300℃后停止加入CS2。以防催化劑在溫度過高時發(fā)生氫還原反應(yīng)，生成單質(zhì)鈷和鉬而影響催化劑的活性。

　　4、硫化過程中，嚴(yán)禁將水帶入爐內(nèi)，常排電加熱器進口導(dǎo)淋，也要嚴(yán)防CS2罐內(nèi)CS2不多時繼續(xù)硫化，誤將水注入爐內(nèi)，致使觸媒反硫化。

　　5、電加熱器功率提升應(yīng)緩慢進行，每次電壓調(diào)節(jié)幅度不得超過50v。

　　6、須鼓風(fēng)機開啟后才能開啟電加熱器，若要切氣時，電加熱器也應(yīng)立即停下。

　　7、硫化區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁明火，操作人員特別注意防火防毒，鉗工拆裝盲板、人孔、硫化劑的拆卸和裝填人員應(yīng)帶好防毒面具。

　　8、各操作人員要加強巡回檢查和聯(lián)系，遇異常情況應(yīng)及時處理。升溫硫化數(shù)據(jù)每半小時記錄、繪圖。

　　9、注意系統(tǒng)壓力，用充壓閥控制系統(tǒng)進氣量，用系統(tǒng)放空閥控制排氣，維持風(fēng)機出口壓力在85KPa以下。

　　5、升溫硫化前后對比

　　變換四段檢修前變換反應(yīng)必須前移在一、二段反應(yīng)才能保證出口CO在0.68%左右，更換新觸媒后，變換蒸汽用量由46t/h降到30t/h，汽/炭由2.3降到1.9。數(shù)據(jù)說明四段催化劑升溫硫化后有很好活性和穩(wěn)定性，并且節(jié)省了大量蒸汽，降低能耗。