K8-11和QDB-04型耐硫变换催化剂在壳牌粉煤气化制甲醇装置的应用

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1、K8-11和QDB-04型耐硫变换催化剂在壳牌粉煤气化制甲醇装置的应用摘要：从工艺流程、催化剂装填和升温硫化、系统接气和生产运行等方面介绍了K8-11和QDB-04型CO耐硫变换催化剂在Shell粉煤气化制甲醇装置上的使用情况。分析和论证了试车过程中出现的问题，提出了改进措施。工业运行结果表明，这2种催化剂的搭配使用，能够适应较高汽气比、较高CO和较高压力的生产操作工况。关键词：Shell粉煤气化耐硫变换催化剂甲醇装置应用1装置概况河南龙宇煤化工有限公司(简称龙宇煤化工)年产50万t/a甲醇装置以煤为原料，采用壳牌粉煤气化制甲醇。甲醇净化装置前后分为2部分：①部分耐硫变换，即

2、把气化装置送出的粗煤气中含量过高的一氧化碳变换为二氧化碳气体，以降低一氧化碳气体含量，同时得到原料氢气；②经过低温甲醇洗装置进行脱硫、脱碳后，送到甲醇合成装置。由于甲醇装置的变换系统压力较高(3.8MPa)、汽气比较大(1.02)，变换工艺条件比较苛刻，因此催化剂的选型比较关键，不仅要考虑到催化剂的强度和抗粉化能力，还要考虑到催化剂在压力较高条件下的活性稳定性和抗水合性等问题。经过对国内外工厂装置在用的催化剂性能对比，充分考虑其在节能方面的综合因素，并结合变换装置的工艺流程设置，公司决定采用K8-11和QDB-04-2种变换催化剂。甲醇装置于2008年4月5日1次开车成功，顺

3、利产出合格甲醇。经过近1年的性能测试，日产甲醇最高达到1240t。运行过程中共经历了6次开、停车及高负荷运行的考验，各台变换炉的出口一氧化碳含量均满足生产要求，催化剂床层热点温度控制在正常范围内，表明该催化剂具有较好的强度和活性稳定性，可以满足工艺压力较高、汽气比较大的苛刻工艺条件的要求。7/7龙宇煤化工是目前世界上首套采用Shell粉煤气化制甲醇的大型生产装置，粗煤气中的CO含量体积分数高达65%以上。根据粗煤气中CO含量高的特点，变换工艺采用3个变换炉串联和并联相混合的方式，即选用了宽温串低温耐硫部分变换、段间激冷流程。该工艺流程的设计思路是；通过调整进入3台变换炉的煤气

4、量来最终实现高浓度CO的部分变换。第一变换炉和第二变换炉采用国外进口催化剂K8-11和Dypor607作为保护剂。第3变换炉采用国产催化剂QDB-04和QXB-01作为保护剂。由于粗煤气中CO含量过高，第一变换炉的催化剂装填量是按照反应动力学进行设计，而第二、第三变换炉催化剂的装填量是按照反应热力学进行设计。整个工艺流程的汽气比较高，目的是有效地防止甲烷化副反应的发生。3个变换炉的汽气比分别为1.02、0.52、0.37。1工艺流程来自煤气化装置的粗煤气(3.8MPa、168℃首先进入原料气分离器，分离出夹带的水分，然后进入原料气过滤器，除去固体机械杂质。从原料气过滤器出来的

5、粗煤气被分成3股；一股(约35%)进入煤气预热器，与来自第三变换炉出口的变换气换热到210℃，再进入蒸汽混合器，与加入的263℃蒸汽混合，然后进入煤气换热器，与来自第一变换炉出口的气体换热到260℃后，进入第一变换炉进行变换反应。出第一变换炉的变换气进入煤气换热器换热后，与来自原料气过滤器的另一股粗煤气(约35%)相混合，进入1#淬冷过滤器，气体经喷水降温后，进入第二变换炉进行变换反应。第2变换炉出口的气体与粗煤气中剩余30%的气体(来自原料气过滤器的第3股粗煤气)混合后，进入2#淬冷过滤器，喷水降温后进入第三变换炉发生变换反应。第三变换炉出口的变换气进入煤气预热器进行换热后

6、，依次经过各台换热器、分离器进行降温、分离冷凝水，然后出界区去低温甲醇洗装置。变换工序工艺流程见图1。3　催化剂的装填与升温硫化3.1催化剂的装填7/7由于这2种催化剂具有较强的强度，催化剂在装填之前未对催化剂进行过筛处理。各炉催化剂的装填情况表1。3.1升温硫化方案对于一个新建装置，其催化剂的升温硫化大多采用传统方法，即气化装置产生粗煤气对催化剂进行硫化，但该方法存在诸多困难和不利因素。(1)气化装置须稳定运行，产生的煤气组分也须稳定，才能够保证粗煤气连续供应。在催化剂硫化过程中，由于气化装置负荷可能波动较大，催化剂硫化期间存在着气源不稳定、煤气组分不稳定、操作难度大等多种

7、因素的制约，使催化剂在硫化过程中可能出现超温，严重时烧坏催化剂的事故。(2)由于要求气化装置必须提前开车，气化装置开车是否顺利、是否稳定，制约了甲醇生产装置的开车、试车时间，使催化剂硫化的时间存在着很大的不确定性。(3)由于催化剂的硫化时间较长，而锅炉、空分、气化等装置的同时运行，使催化剂硫化的总费用很高。(4)采用粗煤气进行硫化，存在着发生甲烷化反应的风险。由于永城附近没有提供氢气的化工厂，利用气化装置进行催化剂的硫化成本太高，而且影响整体开车进度，故解决氢源问题十分重要。通过多方调查、讨论、研究，公