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JM51催化剂催化性能研究
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【企业竞争战略论文】摘 要：本文介绍了JM51催化剂的运行情况和催化性能，探讨热点温度与气体成分对JM51催化剂催化性能的影响，保护催化剂。 关键词： JM51催化剂 催化性能 影响因素 甲醇合成是有机化工中最重要的催化反应之一，催化剂的选择是甲醇合成的
摘 要：本文介绍了JM51催化剂的运行情况和催化性能，探讨热点温度与气体成分对JM51催化剂催化性能的影响，保护催化剂。
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关键词： JM51催化剂 催化性能 影响因素
甲醇合成是有机化工中最重要的催化反应之一，催化剂的选择是甲醇合成的关键，选择合适的催化剂既能增加甲醇产量，又能降低生产成本，提高经济效益。兖矿国宏化工是全国投产的最大的高硫煤制甲醇公司，甲醇合成催化剂使用的是庄信万丰公司生产的Katalco51-7型催化剂（第三炉）（以下简称JM51催化剂），此催化剂是一种以ZnO-Al2O3为载体的并加入MgO助剂的铜基催化剂，于2012年1月20日投入使用。使用至今，该催化剂一直保持较好的活性、选择性和稳定性，但是在使用过程中，操作条件的变化会影响催化剂的使用效果乃至寿命。
1、JM51催化剂运行情况
至2013年8月30日，JM51催化剂已使用567天，从催化剂对甲醇合成的影响来看，催化剂使用效果良好。
在汽包压力为2.5±0.5MPa，入塔气压力5.5 -6.5MPa ，两塔压差A塔83.736KPa，B塔79.916KPa，新鲜气流量约154592NM3/h，入塔气流量计72.6万 NM3/h，合成回路的循环比为3.70。从上表可以看出入塔气与出塔气中CO差值较大，显示转化率较高，经计算CO转化率为68%，CO2转化率为45%，8月30日共产精甲醇1605t，吨甲醇耗新鲜气2270NM3，运行情况较好。
2、催化剂性能分析
（1）单程转化率
催化剂在运行一年半的时间里，CO转化率略有降低；CO2转化率较催化剂刚开始使用时稍低，但相对于使用一年时，由于现在控制原料气中惰性气体含量在15%以下，有效提高了CO2转化率。
催化剂在使用过程中，由于系统检修，经历多次开停车，开停车对催化剂损坏是不可避免的；合成系统加碱量时，气体成分的变化，也会影响催化剂的活性。所以CO和CO2转化率稍有降低，但从转化率的数值上来看，该催化剂仍具有较好的催化活性。
（2）副产物（乙醇，蜡）
催化剂运行一年的过程中，粗甲醇中乙醇的含量在180-400ppm之间，这与催化剂厂家提供的数据相符；当气体成分波动较大时（CO含量较多），乙醇含量会增加，如11月份的数据。在催化剂运行一年半时，乙醇含量也无大的波动。
催化剂运行至今，水冷器出口温度维持在33-38℃，未有结蜡现象出现。
粗甲醇中乙醇含量较少，水冷器无结蜡情况，说明该催化剂有较高的选择性。此催化剂的选择性受气体成分影响较大，在生产过程中要及时调节，从而对催化剂起到保护作用。
3、影响催化剂性能的因素
甲醇合成反应是伴有多种副反应发生的可逆放热反应，通过对以上数据的计算证实了其具有活性好、副产物低、产量高的特点。这也说明该催化剂催化性能稳定。
催化剂的活性在很大程度上受催化剂还原操作和还原程度的影响， 这种影响一般在还原结束时就已经形成。在甲醇合成操作过程中， 主要通过维持稳定的气体成分和热点温度， 防止热点温度变化过大，对催化剂进行保护。
（1）热点温度的影响
JM51催化剂主要对合成塔汽包压力进行控制，对热点温度没有严格的要求，高的热点温度也不会影响其使用寿命，但是要求整个合成回路的操作稳定。因蒸汽平衡的原因，汽包压力控制在2.5±0.5MPa，合成塔热点温度为241±1℃（满负荷下）。对汽包压力进行控制时，即使系统波动对合成系统影响也不大，只要合成系统稳定就能保护催化剂性能。
（2）气体成分的影响
甲醇合成反应方程式为：
CO+H2→CH3OH+Q
CO2+H2→CH3OH+H2O+Q
为了满足物质反应的要求，维持系统稳定生产，根据合成系统物料平衡，氢碳比指标为2.05-2.15，过高的氢碳比，可减少杂质组分的生成，延长催化剂寿命，但氢过剩太多，循环量大，增加动力消耗； 氢碳比过低，杂质组分增多，且易使管路震动，影响生产稳定。因此应尽量控制氢碳比在合理值之内。
当原料气中CO含量较高，反应剧烈，放热量大，合成塔热点温度难以控制会造成超温的情况，从而减少催化剂寿命；少量CO2的存在有利于调节温度，防止超温保护催化剂活性，也能防止催化剂结碳，延长使用寿命，但是CO较多时，粗甲醇中含水量增加，甲醇浓度降低，蒸汽消耗增加。所以及时调节氢碳比，可保护催化剂。
根据国宏公司甲醇生产装置实际运行情况，氢碳比的控制由重点控制入塔气改到重点控制新鲜气，将气体成份自动分析由入塔气改造至新鲜气。
由于入塔气的氢碳比数值是系统运行积累的结果，新鲜气的气体成份调整后到入塔气有明显的变化，时间周期大约2小时，一个调节周期大约4小时，造成调节滞后。而调节新鲜气氢碳比，从变换调节开始到入塔气成份变化大约半小时时间。目前情况如下：
新鲜气中：CO 29-30%， CO2 2-3，H/C约2.02
入塔气中：CO 6.6-9.5%，H2 68-74%，CO2 1.5-3.0%
出塔气：CO 2.5-4.5%，H2 63-72%，CO2 1.15-1.7%
结论
通过对甲醇生产情况和CO、CO2转化率及粗甲醇中副产物的讨论，JM51催化剂具有较好的活性和选择性，但是在催化剂使用过程中，就要需要通过保证合成系统稳定操作，气体成分发生变化时及时调节，保证催化剂活性，延长催化剂使用寿命。
参考文献
[1] 裴学国，亓栋，唐海涛， 影响甲醇合成气体单程转化率的因素， 中氮肥，2007（1）：29-30
[2] 王岩军，粗甲醇产品中杂质的控制， 化学工程与装备，2010（7）：54-55
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