低温甲烷化催化剂工业应用.doc
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乙烯装置低温甲烷化催化剂
BC-H-10工业应用
摘要 本文论述了乙烯装置甲烷化反应原理及理论床层温升、使用高、低温甲烷化催化剂时,工艺流程变化及操作参数比较、羰基镍的生成条件和效益情况等。工业应用表明,BC-H-10甲烷化催化剂是一种性能良好的低温催化剂,节能增效。
关键词 催化剂 甲烷化 节能 乙烯装置
在乙烯装置工艺技术中,从冷箱氢气分离罐顶出来的粗氢组分里,一般含有1000×10-6~2000×10-6(v)的一氧化碳,因为CO是加氢催化剂活性组分钯、镍的毒物,聚烯烃装置用氢及下游用氢单元如碳三加氢、裂解汽油加氢工艺对氢气中一氧化碳含量要求小于5×10-6(v),故粗氢须进行精制,粗氢物流中的一氧化碳与氢气在催化剂作用下生成甲烷和水,该催化剂即为甲烷化催化剂。2006年茂名乙烯1#引进日本低温甲烷化催化剂N111以前,国内所有乙烯装置甲烷化催化剂均采用高温催化剂,即反应入口温度在200~350℃。广州分公司乙烯装置甲烷化催化剂自1999年复产开工以来,一直使用盘锦南方化学公司生产的高温甲烷化催化剂J103,入口温度为255~260℃。2011年3月开始试用北京化工研究院生产的低温甲烷化催化剂BC-H-10,以下就该催化剂工业应用情况进行论述:
1 反应原理及理论温升【1】
CO+ 3H2→CH4+ H2O+206.3kJ/mol(△H1) 〔1〕
CO2+ 4H2→CH4+ 2H2O+165.3kJ/mol(△H1) 〔2〕
按CP=11.046kJ/kg.℃,分子量MW=2.73,则每反应0.1%(v)一氧化碳,床层理论温升为:
CP*M*△T=△H
11.046*2.73*△T=206.3
△T=6.84℃
同理可得:每反应0.1%(v)一氧化碳床层理论温升为:5.5℃。在乙烯装置中,粗氢中的二氧化碳在上游碱洗系统中己基本除去,故甲烷化反应器录得床层温升基本为一氧化碳反应的反应热。
2 工艺流程简图
采用J103型高温甲烷化催化剂时,入口反应温度为255~260℃,其流程简图如下:
图1、原使用高温甲烷化催化剂时流程简图
采用低温甲烷化催化剂后,入口反应温度在200℃以下,故可采用中压蒸汽加热,反应器出口温度较低,MS发生器可不投用,其流程简图如下:
催化剂物性指标
一氧化碳甲烷化催化剂以金属镍作为活性组分,以三氧化二铝作载体,并含少量助催化剂组分。其活性主要取决于镍含量的多少及反应温度的高低。故低温甲烷化催化剂其镍含量较原高温催化剂镍含量要高出许多,但随着镍含量的提高,催化剂比表面积和强度均会有所下降。
表1、甲烷化催化剂物性指标
催化剂名称 BC-H-10 J103
供应商: 北化院 盘锦南方化学
外观: 黑色齿球 黑色条状物
规格(mm): φ3.0~3.5 φ5~6*5~10
堆密度(kg/l): 0.95~1.10 0.85~0.95
比表面(m2/g): 100~120 ≥120
强度( N/粒) ≥40
总镍含量(NI%): 40-45 ≥30
载体: AL2O3 AL2O3
4 应用情况
本批催化剂于2011年3月18日当天装填完毕,于3月31日一次性开车成功,以下为具体应用情况:
4.1 装填量
分公司甲烷化反应器设计体积为1.78M3,因底部及顶部各装150mm的瓷球,扣除内装热电偶等体积,实际装填量为1.55 M3,合1.60吨。新装填的低温甲烷化催化剂为预还原态,只在催化剂的外表面氧化了一薄层氧化膜,如此,可省去投用时催化剂现场还原步骤,减少开车时间。
4.2 初始入口温度
CO的
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