大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司
編制：審核：審定：
批准：2009-08-22
甲醇催化劑還原用氫方案
1甲醇還原用氫**
原定甲醇合成催化劑還原採用psa提純低溫甲醇洗來淨化氣的自產氫氣進行還原的方案，該方案要求氣化裝置、變換、低溫甲醇洗、甲醇psa裝置、輔助分廠的裝置等均需正常穩定執行以**甲醇催化劑還原時所需的氣體，但考慮甲醇催化劑還原時所需淨化送來的水煤氣量較小，如還原時啟動前工序裝置來**催化劑還原所需的氣體，則原始開車費用大的驚人。
從有效降低原始開車費用考慮出發，同時借鑑兗礦、永煤集團使用外購氫氣進行還原的做法和相關成功經驗，甲醇合成催化劑還原決定採用外購氫氣進行還原的方案。
2甲醇催化劑還原引數
2.1 催化劑型號規格： c 79-7gl (süd-chemie), 料片尺寸 6 x 4 mm
2.2 催化劑量：（1）反應器 r-52001 a/b 2 x 41.13 m3 (兩個反應器)
（2）反應器r-5200297.8 m3
2.3 催化劑總重： 205噸其中包含3%的餘量
2.4 催化劑還原引數：
（1）空速 ＞1000 nm3（氣體）/ [m3 （催化劑）.h]
（2）迴圈圈中需維持的h2濃度
還原主期：0.5～1 mol%
還原強化期：2 mol
（3）h2需用總量 40040 ――45500 nm3
（4）所需h2規格純度＞99.9％；總硫＜0.05ppm ； o2＜0.1％
nh3＜10×10-6 ；不飽和烴痕量,並且不含有氯及重金屬等使催化劑中毒的物質。
（5）其他
壓力：0.5～1.0mpa 溫度最高:230℃
還原氣：含1×10-2 h2（或co+h2）的n2
時間：整個公升溫還原過程耗時約為192～288小時。
2.5 甲醇催化劑還原氫氣消耗表
該錶計算引數如下：
（1）甲醇催化劑還原時空速1000－1500 nm3（氣體）/ [m3 （催化劑）.h]
（2）甲醇催化劑量：水冷塔總量：82.3 m3 氣冷塔：97.8 m3
（3）合成迴圈圈1500空速下的最小迴圈量：146700 nm3/h
（4）單反應器進出口氫濃度差值：？
（5）氫氣瓶：20mpa，47l 有效**氫氣量9.1nm3/瓶
13mpa，40l 有效**氫氣量5.0nm3/瓶
長管拖車：20mpa，22500 l 有效**氫氣量4300nm3/車
（6）其餘資料見2.4項。
如採用20mpa，47l規格的氫氣瓶，則根據以上計算基本引數核算還原中的基本資料見下表：
甲醇合成催化劑公升溫還原氫氣消耗核算表
備註：該錶僅作為參考，實際公升溫還原程序和控制資料以廠家提供的公升溫還原資料為準。
2.6 其他應說明的問題
（1）甲醇催化劑**填量：180.1 m3
單位催化劑還原理論出水量：180kg/ m3
還原中理論總出水量：180.1×180kg ＝32418kg
催化劑還原理論耗氫總量：40342 nm3 實際需準備氫總量：60000 nm3
所用的總氫氣瓶數量：5495個
備註：以上資料為純氫參加還原情況下的資料。
3外購氫氣還原方案分析
3.1工藝操作方面
考慮還原操作中的洩漏及還原後合成系統中的殘留，甲醇催化劑還原需用總氫氣量約為60000nm3，餘量約為15－20％。還原主期h2需用量為440nm3/h；還原強化期h2需用量為662nm3/h；補氫峰值大約為1000 nm3/h，但峰值所需總時間很短，一般不超過1個小時。
根據氫氣瓶充裝的一般情況和安全角度考慮，建議採用設計壓力為20mpa或13mpa 的鋼製無縫氫氣瓶，規格分別為47l 和40l（常用），則每瓶最大可以充裝氫氣量分別約為9.4nm3，5.2 nm3，根據催化劑還原中系統的操控壓力情況（0.
5mpa），則每瓶不同規格的氫氣瓶大約可以提供9.1nm3，5.0nm3的有效氫氣。
如按照20mpa，47l的氫氣瓶規格核算，則催化劑還原總氫氣瓶的數量為5495個，還原主期最多消耗氫氣瓶約為49個/h，還原強化期最多消耗氫氣瓶約為73個/h，峰值階段為110個/h。同時根據氫氣運輸資訊每輛車估計**載量為1800 －2000nm3，則每兩車約能夠**氫氣4個小時左右，強化期約為2.5個小時，峰值期約為1.
5個小時，根據現場條件車輛的更換頻次可以滿足。整個還原過程中約需11－15天，可能涉及到30輛氫氣裝載車輛。
還原時充裝氫氣需要製造臨時用氫氣匯流排、充裝排，可以選用（20mpa、1000m3/ h、匯集瓶數90個）規格的匯流排、充裝排三套，以實現互相更換使用及備用。可以委託有資質的公司承包氫氣匯流排、充裝排和氫氣瓶的製造或**並承包其安裝、充放和運輸作業。
甲醇合成東側有一塊至少為80公尺×50公尺的空地，而且離交信道路較近，足夠安裝三套匯流排和充裝排，同時也能夠滿足氫氣瓶裝載車輛的交替通行。氫氣充裝的操作和匯流排、充裝排的設計布置方案具體由氫氣提供公司設計。
從以上資料可以看出，採用外購氫氣進行還原方案從運輸條件、現場條件、補氫能力等情況綜合分析是可行的。
3.2安全方面的可行性
現場補氫場所採用以下安全措施：
（1）現場車輛須帶阻火器。
（2）氫氣充裝人員穿防靜電服，戴安全帽、防護鏡，閒雜人員在加氫開始前撤離現場。
（3）現場拉安全警戒線，設嚴禁煙火標誌。
（4）現場工作人員不准帶手機，可用對講機保持通訊聯絡。
（5）現場備消防器材，35公斤滅火器2具，8公斤滅火器4只，石棉被2張，石棉手套10付，可攜式可燃氣體報警儀、消防栓帶等。
（6）工具用銅製防爆專用工具。車輛採用防護遮蓋措施，避免陽光直射。
（7）其他安全防範措施。
（8）具體氫氣使用安全規定詳見《甲醇分廠催化劑還原用氫氣安全規定》。
以上措施可以確保在整個補氫還原操作期間能夠安全進行。實際中我們還可以將安全工作做的更加完善。
3.3廠家供氫能力的調查
根據與多家廠家溝通，了解到廠家提供的供氫能力資料如下：
（1）可一次供氫，60000余方。其中長管拖車6輛×4500方＝27000方，該車為氫氣專用長管拖車，每車10根管，水容積為22.5方，充裝壓力20mpa；
16瓶位氣瓶集裝格120組×16瓶×9.4方＝18048方，該集裝格為立式集裝格，每個集裝格裝16隻瓶，每瓶水容積47公升，充裝壓力20mpa；20瓶集裝格200個×20瓶×5.4方＝21600方，該集裝格為臥式機裝格，每個集裝格20隻瓶，每瓶水容積40公升，充裝壓力13.
5mpa。根據甲醇催化劑裝填量計算，該**已可完全滿足，且有富裕量。
（2）系統充氣採用匯流排供氣，廠家可提供專用的氫氣匯流排，每小時可充氣4000—6000方，廠家在可以提前提供30000 nm3的氫氣到現場，然後再啟動催化劑還原，在還原中繼續用車輛**氫氣。這些措施能夠保證還原中氫氣的不間斷**。
3.4類似方案的實際應用
（1）2023年3月永煤集團龍宇煤化工50萬噸甲醇變換催化劑的硫化、合成催化劑的還原工作中都是採用的外購氫氣的方案。在該項工作中採用高壓氫氣瓶及充裝排、匯流排進行補氫，選用氫氣瓶規格為：設計壓力為20mpa、60l，概算3500瓶左右，按還原方案每天需要近5000 nm3到6000nm3的氫氣，共消耗純氫30000nm3到35000nm3。
甲醇催化劑還原總時間為5天稍多，整個期間還原順利，還原後催化劑效能良好，達到了設計的效能指標。永煤集團通過採用這一方案，為該專案節約成本5000餘萬元，並將原始開車工期縮短5天時間，效果顯著。而且還原中沒有出現安全問題。
（2）2023年12月兗州煤業榆林能化****60萬噸甲醇廠變換、合成催化劑硫化、還原也採用了外購氫氣進行還原的方案，為該專案節約成本6000餘萬元，開工工期大大縮短，還原後催化劑效能達到了設計目標，還原安全順利，效果十分顯著。
3.5外購氫氣還原方案的優點
原甲醇合成催化劑還原方案採用psa裝置對淨化甲醇洗來的含氫氣體進行提氫處理，所產氫氣補入甲醇合成迴圈系統對甲醇合成催化劑進行還原。該方案的缺點如下：
1）需要煤氣化裝置執行，變換裝置執行，低溫甲醇洗裝置執行，甲醇psa裝置等執行，其他如空分、公用工程等輔助分廠等裝置也同時執行。
2）甲醇催化劑還原所需的h2量正常情況下＜1000 nm3/h，按正常工藝情況下折算所需的煤氣量最大約為2400 nm3/h（乾基），在強化期需用氫氣峰值＜2000 nm3/h，折算所需的煤氣量最大約為4800 nm3/h（乾基）。而根據低溫甲醇洗裝置的執行設計其最小負荷為設計工況的60％左右，其他化工類似裝置介紹說有過40％的最小負荷執行經歷，這裡我們的裝置姑且先按照40％來考慮，則供入低溫甲醇洗的煤氣量至少應為320000 nm3/h才能滿足甲醇洗單元產出合格淨化氣以及保證該裝置正常執行的條件，如此則絕大部分的氣體需要放空浪費掉，造成開車成本極高。
3）在過低負荷下低溫甲醇洗裝置所產生的淨化氣中硫含量易超標，且生產不穩定，從而不利於甲醇催化劑還原對淨化氣量穩定的要求。
而採用外購氫氣**甲醇催化劑還原時，則不需煤氣化、變換、低溫甲醇洗以及甲醇psa裝置執行，因此原始開車費用可以大幅降低。
此外採用外購氫氣對甲醇催化劑還原，可以在煤氣化、淨化分廠開車之前進行對甲醇催化劑的預還原，這樣當淨化低溫甲醇洗裝置生產出合格的淨化氣後，甲醇合成系統就可以直接引氣進入合成塔而生產甲醇，沒有了甲醇原始開車中甲醇合成催化劑長達10天以上的還原時間消耗，有效減少了原始開車時間，加快了開車進度。
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