低变催化剂的升温与还原

一、催化剂的升温 1、升温介质

氮气及脱硫后的天然气（其中C2＋C3≤0.2％）均可作为升温介质和还原载气。在使用天然气为载气时，操作温度不得超过260℃，否则会发生强烈的积炭反应，并产生氢使催化剂快速超温，损坏催化剂，反应式如下：

2CuO＋CH4＝2Cu＋C＋2H2O CuO＋CH4＝Cu＋CO＋2H2

有些小型厂，不具备干气还原的条件，升温初期可采用空气作升温介质（还原后催化剂再次升温时，禁止用空气升温），到150℃时改用蒸汽作载气继续升温，但用蒸汽作载气，还原后对催化剂活性有影响，因此有条件的企业应尽量用干气作载气（干气循环使用时，应在反应器出口冷却掉出口气中的还原水，可使催化剂获得较好的还原活性。

2、升温空速

一般为200～400h1，较高的空速，有利于床层温度分布均匀，也有利于带走还原水汽。

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二、催化剂的还原

低变催化剂的还原特点是速度快，还原实践证明，对于轴径向塔，当塔进口温度为160℃，进塔氢浓度为1.0～1.2％时，耗氢量可达1％以上，因此，催化剂可在较低的氢浓度下完成还原反应。

1、氢源

低变催化剂的还原氢源可以是钢瓶氢，合格的脱碳工艺气，甲烷化气，合成气，脱碳合格

的高（中）变工艺气。小型厂可用转化气，但用转化气时，还原末期要注意区分还原反应温升和变换反应温升，以免造成误判。无论使用何种氢源为还原气，均要求还原气中不含氯、硫和油，且其它成份也必须合格，如要求H2≥70％、O2<0.1％、CO＋CO2≤3％等。

2、配氢试验

分析载气中O2<0.2％后，可进行配氢试验，若干气作载气，配氢试验可在130℃进行。若

用蒸汽作载气可在170℃进行，在此温度下，耗氢反应不明显，故在此阶段试验配氢阀门开启度与浓度的关系，还可用来检查整个配氢系统，分析系统是否准确无误等。

3、还原压力

加压下氢分压高，反应速度加快，温度难以控制。因此小型厂还原压力通常在0.3MPa以下，

大中型厂还原压力则在0.5MPa以下进行。

4、配氢浓度

催化剂的还原反应是一个强烈的放热反应，故还原反应必须在低氢浓度下进行，根据温升

情况将进口温度在能较好进行还原反应的温度，逐步使氢浓度从0.2％、0.4％、0.6％逐步增加到2％左右稳定下来，尽量不要超过3％ 。

5、空速（载气量）

空速的大小影响还原的速度，配氢浓度一定的情况下，加大空速，加氢量增多还原就快，

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放出的热量也容易带出，条件许可时应尽量采用较大的空速，一般情况下还原空速为200～700h1，同时要求气流的空炉线速度＞0.5m／s。因为过低的线速度容易产生偏流。

6、还原初期（诱导期）

最初配氢可间断进行，如配氢后有氢耗，可在该温度，浓度稳定下来连续配氢。还原初期

采用低浓度氢气和较低温度时，还原可以有较长的诱导期。

本阶段注意要点：用干气作载气，配氢在160℃即可进行，用蒸汽作载气，配氢可在200℃

开始进行。

7、还原主期

当还原进入主期时，入口温度为160±5℃（干气作载气）视温升情况，可逐渐递增还原气

浓度至1.0～2.0％，还原从上至下逐层进行。若干气作载气，热点温度从上层逐渐到下层，若用蒸汽作载气，热点温度主要出现在床层下部。

本阶段注意要点：以提温不提氢，提氢不提温的原则，控制床层热点温度不超过230℃，床

层温升不超过50℃，即耗氢量不大于2％，少加氢，勤分析。一旦温度有飓升迹象，应及时降低进口氢浓度，若载气循环使用，要加强进口氢浓度分析，防止氢积累，引起超温。

8、还原末期

本阶段特点是，床层各点温度逐渐趋于一致，仅尾部温度居高不下，出口氢浓度逐渐增加，

理论耗氢量与实际耗氢量相差不大于5％，可以认为还原基本结束，进入最后考察期。

本阶段注意要点：该期有一定氢耗，应根据各种数据，现象，掌握还原进程。做到心中有

数，不要操之过急，引起误判而超温。

理论耗氢量＝实际装填量（吨）╳1000╳22.4╳CuO含量／79.5

9、还原考察期

在氢耗逐渐降低到0.2％左右时，可先将入口温度提高至200～210℃，此时氢耗又可能增

加，当温升不大时，则可将氢气浓度从3％逐渐提至15～20％，当催化剂床层温度不见升高，视为催化剂已还原好，可将温度降至180～205℃，准备投入生产。

若还原为干气作载气，氢气为还原气，当工艺气串入低变时，会发生20～50℃的温升，这

是由于反应物在催化剂表面上化学吸附之故，这样的热波由上而下通过床层，约半小时即可消失。为尽量减少串气温升影响催化剂的使用活性，可将入口温度降至180℃左右，采用快速串气的方法，把温升影响尽量降低。

除以上注意事项外，由气体轴向流动改为轴径向流动的变换炉，在还原时，应比轴向炉更

为小心，尤其在还原主期应适当控制温升幅度，避免床层内部气流分布不均而造成不可见的高温热产生。

变换反应：每变换1％的CO（干基）床层温升约11.6℃。

低变催化剂升温还原进度表 （以干气作载气，仅供参考）

阶段 升温 初期 还原 主期 末期 考察期 降温通气 进口温度℃ 室温～150 150～160 160 160 160～180 160～180 200～220 升温速率℃／h 30～40 10 恒温 时间h 5 1 2 10 24 8 4 累计时间h 5 6 8 18 42 50 54 备注 氮气 氮气 床层尾部＞150℃ H2：0.2～0.8％ H2：0.8～1.0％ H2：1.0～2.5％ H2：2.5～20％ 高变工艺气

注：出入口H2浓度分析方法

1. 做出入口干气中的H2浓度，称出“干氢”。一般入口60-70%，出口50-60%。 2. 然后做出入口收集的冷凝水量。

经过换算，把水量换算成体积，再求出水蒸汽中的氢浓度，使用厂称为“湿氢”。

刘世龙

2012年4月19日