由于受石油資源日趨緊張的影響，目前我國煤化工產(chǎn)業(yè)已轉入一個(gè)快速發(fā)展階段，出現多種煤氣化工藝并存的局面。在眾多新工藝中，荷蘭殼牌公司開(kāi)發(fā)的SCGP粉煤氣化工藝在不到10年的時(shí)間里，就先后在國內17套大型煤化工裝置中獲得應用，但問(wèn)題也隨之而來(lái)。
        殼牌粉煤氣化工藝制得的原料氣中的一氧化碳（CO）含量高達60%以上，這不僅加重了耐硫變換系統的CO變換負荷，而且還有可能引起高放熱的甲烷化副反應的發(fā)生，使催化劑床層超溫。因此，如何控制和抑制第一變換爐甲烷化副反應等問(wèn)題，就成為殼牌粉煤氣化工藝能否成功用于合成氨或甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵。
        由青島聯(lián)信化學(xué)有限公司、廣西柳州化學(xué)工業(yè)公司、中國石化集團公司寧波工程有限公司共同開(kāi)發(fā)的粉煤氣化低水/氣耐硫變換新工藝，成功破解了這一難題，為采用粉煤氣化生產(chǎn)合成氣開(kāi)辟了一條生產(chǎn)運行平穩、節能和環(huán)保效果顯著(zhù)的變換新工藝途徑。該技術(shù)于本月通過(guò)了中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì )組織的鑒定考核。
        引進(jìn)裝置遭遇“甲烷化”梗阻
        此前，為了避免殼牌粉煤氣化工藝變換工段發(fā)生甲烷化副反應，設計部門(mén)多推薦采用高水/氣變換工藝。因此，在我國已經(jīng)簽訂的17套殼牌粉煤氣化裝置中，就有15裝置選用了高水/氣的耐硫變換流程。高水/氣雖然可以抑制甲烷化副反應，但由于CO濃度和水/氣都高，反應的推動(dòng)力大，一段催化劑的裝量只要有少量變化，就會(huì )明顯影響反應的深度進(jìn)而影響床層的熱點(diǎn)溫度，造成床層溫度不好控制的結果。
        實(shí)踐證明，有些裝置在開(kāi)車(chē)初期，由于負荷較低或者催化劑裝填余量較大，第一反應器出現了超溫現象。為了降低反應器的溫度，第一反應器的水/氣都提高到1.3以上。這不僅造成能耗的極大浪費，而且由于一段催化劑在高水/氣和高溫的苛刻條件下運行，催化劑出現反硫化現象，影響了裝置的正常生產(chǎn)。
        低水/氣變換新工藝開(kāi)發(fā)成功
        青島聯(lián)信化學(xué)有限公司一直致力于耐硫變換新工藝的開(kāi)發(fā)工作，早在2002年初，該公司就開(kāi)始關(guān)注我國殼牌粉煤氣化新工藝的引進(jìn)，并開(kāi)展配套耐硫變換新工藝的開(kāi)發(fā)研究工作，重點(diǎn)圍繞人們最關(guān)心的“甲烷化”副反應進(jìn)行研究。研究人員通過(guò)對水/氣、床層熱點(diǎn)溫度和空速及催化劑性能等多方面的研究，找出了在鈷鉬基催化劑上影響甲烷化副反應發(fā)生程度的規律，以及在低水/氣條件下甲烷化副反應起活的溫度。
        此后，他們針對變換反應如何分段和一段爐反應的深度如何控制等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，通過(guò)動(dòng)力學(xué)計算和對QDB-04催化劑進(jìn)行驗證試驗，找出了控制反應深度的兩種辦法。在此基礎上，聯(lián)信化學(xué)開(kāi)發(fā)出殼牌粉煤氣化低水/氣耐硫變換新工藝。該工藝充分利用殼牌廢鍋流程原料氣水含量低的特點(diǎn)，通過(guò)控制工藝氣中的水/氣來(lái)控制第一反應器變換反應的深度，進(jìn)而控制床層的熱點(diǎn)溫度，達到在熱點(diǎn)溫度較低的條件下，即在不會(huì )發(fā)生甲烷化副反應的條件下，將高濃度CO部分變換，使高CO濃度的殼牌粉煤氣化新工藝能在低水/氣平穩溫和工藝條件下實(shí)施。
        首次工業(yè)應用全面告捷
        新工藝開(kāi)發(fā)成功后,由于無(wú)工業(yè)應用業(yè)績(jì)和人們對甲烷化副反應超溫的過(guò)度擔心,并沒(méi)有立即引起設計部門(mén)和廠(chǎng)家的重視。選用殼牌粉煤氣化工藝的大多數廠(chǎng)家仍采用高水/氣變換流程。
        后來(lái)中國石化集團公司寧波工程有限公司針對廣西柳州化工股份有限公司蒸汽短缺的情況，給該公司設計推薦了低水/氣流程。廣西柳州化工股份有限公司通過(guò)對粉煤氣化-低水/氣耐硫變換工藝的深入研究，并與聯(lián)信化學(xué)的技術(shù)人員針對第一反應器發(fā)生甲烷化問(wèn)題進(jìn)行了多次深入細致的交流和討論，決定在合成氨改造工程的變換裝置中，率先選用低水/氣變換工藝，并全部使用青島聯(lián)信化學(xué)公司生產(chǎn)的QDB型耐硫變換催化劑。至此，殼牌粉煤氣化低水/氣耐硫變換新工藝才在國內有了第一個(gè)工業(yè)用戶(hù)，這也是世界范圍內的第一個(gè)工業(yè)用戶(hù)。
        到目前為止,該新工藝已經(jīng)在廣西柳州化工股份有限公司第二合成氨廠(chǎng)的變換裝置成功運行14個(gè)月。工業(yè)應用結果表明：選用青島聯(lián)信化學(xué)公司生產(chǎn)的QDB-04催化劑，通過(guò)控制反應的水/氣和床層入口溫度，可以較理想地控制一段爐的反應深度和床層的熱點(diǎn)溫度。第一段和第二段反應的水/氣最高值不超過(guò)0.28，入口溫度不超過(guò)250℃,床層的熱點(diǎn)溫度為360℃～380℃，各段出口CO指標分配合理,最終CO出口小于0.60%，無(wú)甲烷化副反應的發(fā)生。該裝置運行一年多，不僅裝置操作平穩而且節能效果顯著(zhù)，是一種非常理想的用高濃度CO工藝氣生產(chǎn)甲醇或合成氨的工藝流程。