刘固基(中海油惠州炼化分公司，广东 惠州 516082)

制氢装置转化催化剂旧剂回用实例

刘固基(中海油惠州炼化分公司，广东 惠州 516082)

本文记录了惠州炼油制氢装置转化炉催化剂因差压大导致制氢无法满足正常负荷生产要求，而对转化催化剂进行了卸剂、过筛、混合新剂回装，并取得换剂圆满完成的整个过程。

氢气;制氢;转化催化剂;旧剂利用;更换

2011年10月中海油惠州炼油制氢装置进行了装置检修，对已运行两年多的制氢转化炉催化剂进行了部分更换，最终以32%的换剂量成功实现转化催化剂各方面性能的恢复，获得了较大的经济效益。

1 装置情况介绍及换剂方案的制订

1.1 装置情况

惠州炼油制氢装置氢气产能为2*100000Nm3/h，采用Unde进口工艺包，由SEI进行详细设计。装置于2009年4月投产，投产后因设备问题及施工质量等多方面问题，装置运行不平稳，自09年4月投产至11年10月装置进行大检修期间，两套制氢装置累计停车多达30次。多次的开停车，甚至有部分为紧急停车，转化炉催化剂受到一定损坏。具体表现为转化炉炉管进出口压差逐步增大至设计值320KPa，装置负荷受限在85%左右。

1.2 催化剂装填及运行情况

装置转化炉为顶烧炉设计，以制氢PSA尾气为主要燃料，补充部分燃料气，单列转化炉有炉管215根，108个火嘴，转化炉下集合管为冷壁式，炉管与下集合管焊接在一起，装卸剂只能从顶部进行。

制氢转化炉催化剂采用JMC进口催化剂，型号有两种，上部装25-4Q，下部57-4GQ，装填比例为4∶6。炉管尺寸（外径*壁厚*长度mm）为155.6*13.5*13800（有效长）。设计装剂总量为43.2 m3，实际装填39.0 m3。

换剂检修前比较典型的运行数据为：入口原料天然气量30500Nm3/h，水碳比2.8，压差320KPa，转化炉出口温度820℃，转化炉出口CH45%～6.0%，负荷在85%左右。

1.3 换剂方案的制订

根据转化催化剂运行数据，我们判断催化剂性能未受到明显损伤，炉管压差大的原因是装置多次开停车，炉管温度的多次剧烈变化，导致催化剂部分破碎。为降低差压，恢复装置产能，我们制订了将催化剂全部卸出过筛，清除破损剂后再与约20%新剂混合装填回转化炉的部分换剂方案。

2 换剂经过

2.1 卸剂经过

2.1.1 卸剂方案

本次装卸剂，由专门的催化剂装卸公司进行，卸剂是采用真空泵将催化剂从炉管内抽吸出来的方法。该公司，没有过转化催化剂旧剂卸出再重装的经验，卸剂工作较为被动。卸剂步骤：①抽出上半部25-4Q催化剂；②抽出0.5m 25-4Q和57-4GQ混合剂；③抽出下部57-4GQ催化剂；④抽出的催化剂用大小不同的铁丝网筛过筛，分出较完整的颗粒装桶备用。

2.1.2 卸剂准备

为取得炉管催化剂实际破碎情况等数据，同时也为熟悉卸剂流程，我们需要试卸数根，标定两种催化剂的实际高度位置（空高），总重量，破碎的量，计算出破损率。

试卸两根的数据：卸前压降66KPa（停车状态），卸后空管压降8KPa。全管高度（炉管底部至炉管上部法兰口）14.87m，空管高度（上法兰口至催化剂界面）0.8m；空管高度25-4Q 6.5m；25-4Q+57-4GQ混装0.5m；57-4GQ 7.87m。破损率25-4Q 20.8%/ 21%，57-4GQ破损率37%/40%。试抽的两根，下部57-4GQ催化剂破损率大大超出预计值。

2.1.3 整改

分析破损率高的原因主要是卸剂过程二次破损严重。表现在：①卸剂落差大，从炉顶至地面卸剂罐落差16～18m；②催化剂卸至料罐时，直接撞击金属罐壁，催化剂撞碎；③卸剂冗余管线过长，增大了磨损；④真空泵抽力过大，流通速度过快。

整改：①降低卸剂高度，将卸料罐放置至汽包平台，将卸剂落差减少至6m～8m。原计划是搭设脚手架，将卸料口与炉顶齐平，落差控制在2～3m，因担心脚手架安全性，被迫改变。（附图2）②卸料罐罐壁铺一层橡胶皮，起缓冲作用。③将卸剂管线尽量缩短。④真空泵真空度调节至适当值。

整改工作持续进行了一个多星期，由于相关单位的配合问题，各项整改措施仍未完全达到理想要求。整改后的效果：再次试抽，25-4Q剂，破损率降至15%左右，57-4GQ降至27%左右。均有明显改善，破损率降至容忍范围内。

插曲：因装剂公司怀疑催化剂原始破损率本身已经很高，为此对下部催化剂我们做了一个试抽试验。在炉顶，出炉管位置的抽管上装透气漏网（这里使用的是女士长筒丝袜），后面再用抽管密闭连接起来，用真空泵抽取一定的剂，得出原始破损率。结果：总剂量约600g，完整的颗粒重量479g，破损121g，其中半颗粒约60g。在下部57-4GQ催化剂原始破损情况为：原始破损20%，碎的较厉害的占10%，碎成半颗的占10%，符合我们的预期值。(见图附1、附2)

附图1 破碎的催化剂

附图2 转化炉卸剂图

表1 新旧剂对比

表2 转化催化剂装填数据

2.2 装填方案的确定

2.2.1 确定新旧剂的对应关系

首先对新旧剂的外观进行了比对，确认催化剂单颗体积未发生变化，第二步是对新旧剂的密度进行比对。因新剂未还原，旧剂因使用已经还原，同时催化剂制造工艺可能有改变，所以新旧催化剂密度肯定发生了变化。我们采取的方法是25-4Q和57-4GQ分别选取新旧剂各100颗，称重，分析密度变化情况。(见表1)

2.2.2 装填高度

有效长度13.8m，总空高14.87m，其中1.07m为炉管伸出炉膛外部的高度及炉墙保温厚度。装填57-4GQ剂13.8*60%= 8.28m，剩余空高6.59m。装填25-4Q剂13.8*40%=5.52m，因炉管总空高14.87m，补充该剂至炉管顶部空高0.5m位置，装填此剂总高度6.09m。

表3 装剂前后空负荷下的压差堆比

表4 各负荷下的差压对比

表5 转化炉出口化验分析数据

2.2.3 单根炉管催化剂装填量的确定

原始装填量：25-4Q 63.5kg/根炉管；57-4GQ 89.2kg/根炉管，装填量保持同原始装填一致，即新剂和旧剂按重量比折算后的重量之和同原始装填。

用计算出的装填量试装2根，将装填量最终确定57-4GQ新剂26.67kg，57-4GQ旧剂53.34kg；25-4Q新剂17kg（全部装完后，空高0.5m仍显偏大，又补充新剂约1kg，此1kg不测压降，不参与计算），25-4Q48.8kg；

2.3 装剂

2.3.1 装填方式

经与催化剂厂商技术沟通协商，下部催化剂承受的强度最大，底部催化剂转化反应量小，决定57-4GQ新剂全部装填在最底部。

上部25-4GQ催化剂，因新旧剂活性可能存在差异，需要尽量混合均匀，不宜分层装填。混合方式为：分别称取17kg新剂和48.88kg旧剂，搅拌混合均匀，装7布袋捆扎，每捆装1根炉管。

2.3.2 装填数据（见表2）

2.3.3 装填前后的压差（见表3）

3 开车后的状态

3.1 各负荷下的差压对比（见表4）

3.2 换剂前后催化剂性能对比（见表5）

4 结语

(1)装剂前后性能继续保持，在90%负荷下差压降低90KPa，转化炉负荷可以运行至100%、110%，完全达到我们预期的换剂效果。

(2)经济效益明显，如果换两整炉催化剂，费用在1500万左右（设计使用4年），本次发生费用仅约450万，无故障使用至2014年10月大修，使用3年，节省费用675万。

(3)需要改进的地方是，本次卸剂未充分考虑卸剂带来的2次破损，对于卸剂过程降低破损率的措施仍有优化和改进空间，即可以进一步降低新剂的使用数量。

（4）本次部分换剂圆满成功，有以下因素：原催化剂性能未明显受损；原催化剂强度较高，二次卸装剂破损可以控制；卸剂和装剂过程指挥得当。