甲醇合成催化剂失活及影响因素分析

甲醇合成催化剂失活及影响因素分析

项海蓉

山西金象煤化工山西晋城048102

摘要：如今，我国的化工生产进入到了快速发展的阶段，要想在后期的创造以及生产能力上有明显的提升，就需要不断深入研发催化剂方面的内容。从客观的角度来分析，甲醇合成催化剂的研究工作当中，失活问题的出现，对化工目标造成了很大的负面影响，必须采取科学、合理的手段来应对，这样才能在日后的工作中，不断取得更好的成绩。鉴于此，本文就甲醇合成催化剂失活及影响因素展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：甲醇；合成；催化剂；失活

1.甲醇合成催化剂失活的影响因素

新时代的化工产业发展过程中，甲醇合成催化剂是非常有代表性的内容，想要在未来工作的开展上取得更好的成绩，必须坚持在现有的问题解决上，做出较为卓越的贡献，这样才能对未来工作的部署，提供更多的支持与参考。结合以往的工作经验和当下的工作标准，认为甲醇合成催化剂失活的影响因素，主要是表现在以下几个方面：第一，甲醇合成催化剂的研发过程中，针对相关的原材料，并没有做出良好的过滤和筛选，以至于在杂质的含量方面过高，影响到了甲醇合成催化剂的生产效率和生产质量，最终获得的产品不尽如人意，难以得到预期工作效果。第二，甲醇合成催化剂的失活出现，还与技术人员的能力不足存在关系，在化学反应的综合把控过程中，难以得到预期效果，最终造成的不良影响较为显著。

2.如何判断催化剂活性好坏

催化活性是指催化剂对反应速度的影响程度，是判断催化剂性能高低的标准。工业应用中催化剂的活性评价可采用以下方法：热点温度，催化剂活性好则热点温度位置高，活性差则热点温度位置低；单程转化率，入口含量较高的反应物在出口的含量，越低则催化剂活性越好；床层温差，一定的入口温度条件下床层温差大则活性好。

2.1热点温度

在催化剂床层上层，工艺气中反应物的浓度最高，生成物的浓度最低，此时反应最剧烈，所以催化剂床层的温度沿轴线上升。到某一温度最高，此后，随着生成物浓度的增加，反应物浓度相对应降低，反应进行缓慢。反应产生的热量被插入催化剂床层的板换带走，床层温度又逐渐降低。在工业上把沿合成塔轴线上温度最高的一点叫做热点温度。热点温度是判断合成催化剂活性的重要依据，催化剂活性好则热点温度位置高，活性差则热点温度位置低。合成塔在使用过程中热点温度下移的原因：（1）合成塔床温控制高，催化剂长期处于高温状态下活性下降。（2）由于脱硫脱碳工段操作不当，总硫含量超标，催化剂上层中毒，活性下降。（3）在催化剂还原阶段，催化剂没有完全还原，上层催化剂活性差。（4）在日常工艺操作中空速过高，或者开停车太频繁，热点温度下移。因此，甲醇合成反应催化剂的活性可以根据热点温度来判断。

2.2单程转化率

单程转化率是指出合成塔CO或CO2浓度与进合成塔CO或CO2浓度之比。在工业生产中单程转化率更能反应出催化剂的活性，如果单程转化率高，循环比就更低，催化剂活性更好。

2.3催化剂床层温差

催化剂床层温差较大，局部床层温度没有达到催化剂活性温度，造成变换反应集中在局部活性温度够的地方，放出大量的反应热，反应越强烈，床层温差越大，催化剂的活性也越好。新装催化剂活性较好。催化剂的使用寿命末期，活性较差，单程转化率下降，床层温差小。因此，甲醇合成反应催化剂的活性可以根据催化剂床层温差来判断。

3.催化剂失活的主要因素

3.1催化剂失活的物理因素

催化剂失活的物理因素中较长见的是催化剂粉化

3.1.1催化剂自身强度低催化剂强度是选用催化剂的重要指标之一，一般单粒催化剂强度为220-290N，其它条件相同时单粒强度越大越好。

3.1.2催化剂受到激冷变脆造成粉化发生激冷的条件不易形成，一般事故状态下发生，原料气突然大量进入合成塔，床层入口温度快速下降，床层垮温，激冷现象形成。催化剂抗压能力严重下降，易造成粉化。使用中，向合成系统并气，本着“缓平慢”的操作原则，初期“触媒温度上涨速度，要大于气量增大速度”避免催化剂受到激冷变脆。

3.1.3催化剂受到冲击力合成系统升降压过快，形成巨大的冲击力，造成催化剂粉化，升降压控制在≤0.3MPa/h，减小升降压的冲击力。

3.2催化剂失活的化学因素

催化剂失活的化学因素是中毒净化气中含有的硫、氯是常见的毒物，引起催化剂中毒失活，与活性因子铜反应，使催化剂失去活性。氯比硫对催化剂的危害大，催化剂与氯反应后，活性大幅度下降。

3.2.1硫元素对合成催化剂的影响

硫是引起催化剂失活的主要因素之一，硫元素含量以H2S、COS、CS2、硫醚等形式存在。CS2、硫醚相对含量较少，但相比之下难以脱除。催化剂对硫元素很敏感，含量超标会造成催化剂中毒失活。净化气中硫化物以H2S、COS、CS2形式存在，其中CS2极易导致催化剂中毒，其次为COS，再者是H2S。H2S在活性Cu上的吸附比在ZnO上的吸附力更强。硫中毒的机理，H2S和活性铜反应生成硫化亚铜，覆盖催化剂表面，堵塞透气孔道，使催化剂丧失活性。因此要求净化气精脱硫，应严格控制总硫含量≤0.1PPm，硫中毒反应机理如下：

H2S+2Cu→Cu2S+H2

多元硫化物与氢反应生成硫化氢，硫化氢再进一步反应，从而致使催化剂中毒，机理如下：

COS+H2→H2S+CO

RSH+H2→RH+H2SH2S

继续和单质铜反应，进而使催化剂中毒，造成永久性失活。

3.2.2氯元素对合成催化剂的影响

氯元素是对合成催化剂毒性较强，其毒性比硫利害。氯中毒后毒性分子由催化剂外表向内层逐步渗透，它与催化剂中氧化锌反应生成氯化锌，使氧化锌在催化剂中的作用减弱，不再有“防中毒”作用，铜晶粒相比下迅速增大，破坏催化剂“Cu-Zn-Al”结构，铜与氯反应，导致催化剂活性快速下降。一般氯化物由生产原料带入合成系统造成催化剂中毒，原料中氯含量远远没有硫含量高，但其毒性更厉害。催化剂氯中毒失活现象与硫中毒失活不同，不常遇到，特定因素下才会发生，但是严重的氯中毒会使催化剂在十天内丧失活性，一旦出现氯中毒，催化剂活性会发生断崖式下降。所以日常生产中要坚决避免氯元素带入合成循环系统。

4.甲醇合成催化剂的注意事项

从失活的角度来分析，甲醇合成催化剂的应对工作是比较繁杂的，对于细节工作和全局内容都要得到良好的掌控，否则肯定无法取得良好的成绩。建议在今后的失活应对过程中，要充分考虑到甲醇合成催化剂的研发体系，与计算机技术充分融合应用，促使甲醇合成催化剂的研究能够更加的透明。对于不同的化学反应和化学反馈，都做出良好的把控和应对，这样才能在日后工作的开展上，不断地创造出更高的价值，针对未来工作的部署，提供更多的帮助和肯定。

结语

我国在现代化的发展中，对于化工产业的重视程度较高，尤其是甲醇合成催化剂的失活把控力度，正在大幅度的提升，整体上创造的价值是非常值得肯定的。日后，应继续在甲醇合成催化剂的失活应对上，按照科学、合理的模式来完成，从多个角度来出发，确保在各项工作的执行过程中，能够得到明确的依据。

参考文献：

[1]潘萌萌.合成气制甲醇催化剂失活因素分析与研究[D].贵州大学，2017.

[2]陈强.影响甲醇合成催化剂失活的原因和对策[J].化工管理，2016（35）：146.

[3]蒲晓艳.工艺条件对合成甲醇催化反应的影响研究[D].西北大学，2016.

[4]王凡，常雪.甲醇合成催化剂使用效果的影响和对策[J].黑龙江科技信息，2016（25）：30-31.