合成氨——变换催化剂

      钴钼催化剂在使用一段时间后，由于重烃聚合而会产生结碳。这不仅降低催化剂活性，而且会使催化剂床层阻力增加，产生压差，此时就应将催化剂烧碳以获得再生。

      在粗煤气被切断，并加上了相应的盲板之后，把与触媒重量比为0.1-0.3：1的中压蒸汽与正常变换过程的相反流向，由反应器底部通入，自顶部排出，这样可将粉尘杂质吹出。蒸汽以 84℃/h的速度给催化剂床层升温，直到催化剂床层温度为350-450℃时为止（若超过500℃将会损害催化剂）然后继续通蒸汽，直到气流的冷凝液在取样中大致没有杂质为止。之后通入工作空气，使蒸汽中含氧量为0.2-0.4％(即空气0.5％~2％)，进行烧碳；观察床层温度，可以从床温的变化来观察床层含碳物质的燃烧情况，蒸汽中的空气决不能超过5％，通入的空气量可适量调节，以将床温控制在501℃以下。

      压力对烧碳无大影响，但从气体分布均匀考虑，气体压力以1到3个大气压为宜。在烧碳过程中也会将催化剂中的硫烧去，而使催化剂变成氧化态。烧碳过程中应当密切观测床层温度，调节空气或氧的浓度来控制床层温度，当床层中不出现明显温升、燃烧前缘已经通过反应器，出口温度下降，气体中O₂上升，就意味着烧碳结束。适当提高氧浓度进一步烧碳。若温度不出现明显上升，可连续提高氧浓度，最后用空气冷却到50℃以下。烧碳之后的催化剂需重新硫化方能使用。若需将催化剂卸出，由于使用过的催化剂在70℃以上有自燃性，因此应先在反应器内冷却至大气温度。卸时准备水龙头喷水降温熄火。除了一个卸出孔外，不要再特意开孔，以免因“烟囱效应”导致催化剂床层温度飞升。

      正常生产中工艺气中一般含有0.3-0.6%的氧气，由于氧气的纯在，对催化剂有较大的危害，不仅会使钴钼催化剂硫酸盐化，而且还会与催化剂中的Cos和Mos2发生反应，生成SO2和无活性的单质Co、Mo使催化剂永久失活。所以现在都在研究使用保护剂（也就是脱氧剂）。

      处于硫化状态的钻钼系耐硫变换催化剂非常活泼．遇空气易于氧化．并放出大量的热，引起催化剂床层温度暴涨，反应方程式如下：

（1）2MoS₂+ 7O₂— 2MoO₃+ 4SO₂

（2）2CoS+ 30₂— 2CoO+ 2SO₂

      使用Co-Mo耐硫变换催化剂的氮肥厂家，经常因催化剂床层出现问题（如偏流、结块及部分出现粉化等），需要重新装填处理；有些厂家需更换部分催化剂或需要卸出催化剂复活。一旦出现这些情况，许多厂家常常对如何在非氧化状态安全地卸出催化剂一筹莫展，按有些催化剂生产厂进行实际操作时，费时费力，成本较高。为了把催化剂降至室温或更低要延误许多时间并消耗大量半水煤气，有时还要去掉保温材料。即使如此，在变换炉内温度已经很低的情况下（如低于40℃），卸出的催化剂也常常出现温度反弹甚至上升到400～500℃，使催化剂转变为氧化态，不得不用水降温，这样势必造成催化剂粉化，无法对其进行再生利用，功亏一篑甚为可惜。

      那么，有没有切实可行的方法进行非氧化卸出呢？答案是肯定的。作为我*司专有技术复活催化剂的前提之一是要求旧催化剂是在非氧化状态下卸出，以保证其硫化状态。为此我们做了大量实验室工作并在此基础上，在许多化肥厂进行了实际应用，总结出一套行之有效的催化剂的非氧化卸出方法，采用这一方法不但大大缩短了降温时间，又为最大可能保护催化剂的活性状态提供了充分的保障。

要解决上述难题，就首先要弄清楚非氧化卸出时出现上述现象的主要原因，这样才能对症下药，从根本上找出解决问题的办法。我们知道，在使用半水煤气对旧催化剂进行降温时，硫化态的旧催化剂处于H₂、H₂S、CO、CO₂的还原气氛中，但当卸出时，则与空气中的大量O₂相接触，处于氧化气氛。也正是在由还原气氛向氧化气氛转化过程中出现了强放热反应。那么与O2反应形成强放热的反应主要有哪些呢？不妨将有关的氧化反应及热效应罗列如下，从中寻求答案。

H₂S+1/2O₂=S+H₂O △=-236KJ/mol（1）

CO+H₂O=CO₂+H₂ △=-41.2KJ/mol（2）

      由此不难看出，非氧化卸出过程中主要的放热反应为（1），亦即硫化氢选择氧化反应。在实践中也可注意到卸出后触媒的上空会出现黄色烟气，催化剂外观颜色由墨黑转为黑灰色，这实际上正是选择氧化反应中形成的气态硫磺。也就是说，造成卸出温度反弹的主要原因是变换炉中的H2S气体和催化剂吸附的硫化氢，因而方法也就自然产生了，亦即在非氧化卸出催化剂时，要尽可能地降低气体中H2S的浓度，结合实际我们提出如下具体操作方法。

（1）用脱硫后半水煤气把炉内催化剂床层温度降至一定温度以下，要保证半水煤气O₂＜0.5%。

（2）用氮气（或二氧化碳）进行充分置换，原则上保证低变炉出口硫化氢浓度尽可能低。同时要保证所用惰性气体中O₂＜0.5%，否则置换过程中容易出现温度反弹。

（3）卸出催化剂的空场地要干燥无水，避开雨天操作。由于卸出催化剂内部尚有少量吸附的H₂S、CO逸出而产生少量温升。因此要求催化剂凉透后及时封存。

催化剂卸出

      研究表明，使用过的钴钼低变催化剂如要卸下回用，则不能用空气钝化，催化剂的活性组分硫化钴遇空气会生成硫酸钴而永久失话。要用干煤气循环降温,温度愈低愈好，降温至～20℃，用氮气置换，开一个孔（人孔或卸料孔）严防对流。慢慢卸（装）、如温度上升则边卸（装）边喷水，宁可浸水也要把温度降下去，否则催化剂内的硫化钴会氧化成硫酸钴,丧失大部分活性；然后卸下、过筛(视情况)、装入新的化肥口袋（含内衬）内；如温度上升，淋上少量的水，扎紧口袋密封以防空气进入。如检修变换炉则可将降温、过筛后的催化剂放入库房（不能堆放），但放置时间不宜过长，否则影响使用效果。卸下的催化剂要立即处理，不得暴露在空气中，处理的时间越短越好；一旦重新装入变换炉(或补充部分新催化剂)必须立即用煤气置换，最后再进行硫化（视情况）。其效果取决于温度与操作时间，温度越低、时间越短其效果越好，所以尽量在临近开车前进行。由于生产实际中难以降温至～20℃，可以按下列方法进行操作：

(1)必须用半水煤气把炉内催化剂温度降至50℃以下，要保证半水煤气中O₂≤0.5%。

(2)用N2进行充分置换，N2中O₂≤0.2%，保证变换气出口 H₂S尽可能低甚至无，防上催化剂氧化。

(3)不间断地直接卸下装入口袋，扎紧袋口。袋外喷水、分散放置降温（不能堆放）。

(4)在重新装炉时才逐袋过筛、补充所损失部分，完成后立即用煤气置换。其效果取决于温度与操作时间，温度越低、时间越短其效果越好。如果失活是由于进水、进氧等原因引起的则应另行处理。

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