Aplicação de catalisadores de transformação resistentes ao enxofre, pré-sulfurizados, na produção de químicos a partir do carvão

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Resumo da aplicação de catalisadores de conversão resistentes ao enxofre, pré-sulfurizados, na produção de produtos derivados do carvão: Após o desenvolvimento bem-sucedido dos catalisadores de conversão resistentes ao enxofre, pré-sulfurizados, sua aplicação na produção de produtos derivados do carvão passou a ser possível. Palavras-chave: Pré-sulfuração; Catalisadores de conversão resistentes ao enxofre; Atividade catalítica. Introdução: Os catalisadores de conversão de baixa temperatura, resistentes ao enxofre, à base de cobalto e molybdeno, são amplamente utilizados em fábricas de fertilizantes de pequeno e médio porte. Antes de serem utilizados, esses catalisadores precisam ser sulfurados em altas temperaturas. O método mais comum de sulfuração é o uso de CS2 ou H2S como agente sulfurante, diretamente no local de uso. Mas, durante a vulcanização no local, é comum que o excesso de temperatura do catalisador ocorra devido a operações inadequadas, o que danifica sua atividade. Em casos graves, todo o catalisador pode se tornar inflamável. Além disso, o CS2 e o H2S são prejudiciais aos seres vivos; especialmente o CS2, que representa um grande risco para os operadores ； Além disso, a vulcanização no local não só consome tempo, gás, eletricidade e agentes de vulcanização, como também leva, em geral, de 2 a 3 dias para que a produção volte ao normal. Portanto, é muito necessário desenvolver um novo tipo de catalisador resistente ao enxofre e com baixa variação de propriedades. Nossa fábrica utiliza carvão como matéria-prima para produzir 400 mil toneladas por ano de amônia sintética e 700 mil toneladas por ano de ureia. Este projeto utiliza carvão como matéria-prima e aplica a tecnologia de gaseificação sob pressão com slurry de carvão para produzir gás sintético bruto. O gás sintético bruto proveniente do sistema de gasificação entra no dispositivo de conversão, onde é submetido a uma conversão completa para se obter o gás de conversão para a produção de amônia sintética. O gás sintético bruto, após ser completamente transformado, passa por processo de purificação com metanol a baixa temperatura e por refinamento com nitrogênio líquido, para se tornar um gás sintético adequado para a síntese de amônia. Em seguida, através de equipamentos de síntese de amônia, obtém-se o amônia líquida. Por fim, esse produto é processado em equipamentos especializados para se obter o ureia, que é o produto final. O gás sintético bruto utilizado na produção de amônia sintética, obtido a partir de matérias-primas como carvão e óleo residual, contém grandes quantidades de CO (12–49%). O monóxido de carbono não é apenas uma matéria-prima necessária para a síntese de amônia, mas também é tóxico para os catalisadores utilizados nesse processo. Portanto, é necessário remover o monóxido de carbono antes de enviar o gás sintético bruto para o dispositivo de síntese de amônia. O sistema de gaseificação da nossa empresa utiliza o processo de resfriamento por lodo de carvão e água GEGP. Para se compatibilizar com isso, o sistema de conversão emprega um processo de conversão resistente ao enxofre. Anteriormente, no final de março de 2014, nossa fábrica substituiu o catalisador do primeiro conversor. O catalisador substituído continuou a ser um catalisador resistente à sulfuração. Para realizar a sulfuração, foi utilizado gás de matéria-prima gasificada. A fim de reduzir o tempo de sulfuração, enxofre foi adicionado ao tanque de lodo de carvão gasificado. O tempo necessário para a sulfuração foi de 43 horas ； Consumo de enxofre: 15 T (estimado em 10 toneladas) ； No início do processo de vulcanização, a temperatura da camada de material é de 250°C. Durante a vulcanização, a temperatura permanece, na maior parte do tempo, entre 250 e 300°C. A temperatura máxima durante a vulcanização a 0,4 MPa é de 320°C℃ ； Na fase de sulfuração, não foi possível controlar simultaneamente a temperatura de entrada do R1502 entre 130 e 150°C, o que impediu uma proteção adequada do catalisador do R1502. II. Introdução ao catalisador de conversão resistente ao enxofre, pré-sulfurizado: A tecnologia de pré-sulfuração externa consiste no tratamento prévio do catalisador de cobre e molibdênio em estado oxidado, antes de seu uso em instalações industriais. Trata-se de um processo industrial especial, no qual um agente sulfurante é combinado com os componentes ativos, cobre e molibdênio, na forma de um sulfeto, transformando assim o catalisador de estado oxidado em um catalisador de estado sulfurado. O catalisador de pré-sulfuração é um tipo de catalisador que utiliza espécies de magnésio-alumínio como suporte. É adequado para processos de conversão de gases sulfurosos, utilizando como matérias-primas óleo pesado, resíduos oleosos, asfalto, cinzas de carvão e carvão em si. Trata-se de um catalisador resistente ao enxofre, do tipo cobalto-molíbdeno, capaz de funcionar em uma ampla faixa de temperaturas, níveis de enxofre e proporções de vapor d’água. Esse catalisador possui alta estabilidade de atividade e de resistência. Graças à tecnologia de pré-sulfuração, os componentes ativos do catalisador, como o cobre e o molybdeno, existem na forma de sulfeto de cobre e sulfeto de molybdeno. Para utilizá-lo, basta aquecê-lo com nitrogênio; assim que se atinge a temperatura adequada, é possível fazer com que o gás flua através do catalisador. O catalisador de conversão resistente ao enxofre, pré-sulfurizado, não contém metais alcalinos, nem substâncias que possam causar danos aos equipamentos ou à saúde humana. Durante o processo de aquecimento, é produzida apenas uma pequena quantidade de água, que é eliminada junto com o gás do processo, sem causar nenhum dano aos equipamentos. Suas características técnicas são: 1. Alta resistência mecânica e estabilidade da resistência. 2. Alta atividade e forte capacidade de resistência à hidratação.
3. Boa seletividade e estabilidade da atividade.
4. Grande capacidade de adaptação a altas velocidades e amplas relações entre vapor d’água e ar; grande flexibilidade operacional.

III. Aplicação do catalisador de conversão resistente ao enxofre em pré-sulfuração na produção real
Em janeiro de 2015, nossa fábrica substituiu o catalisador do segundo forno de conversão. O catalisador utilizado foi um catalisador de conversão resistente ao enxofre em pré-sulfuração. (1) Aquecimento: Para aquecer o segundo forno de transformação até 90°C, foram necessários 12 horas; em seguida, a temperatura foi mantida constante por 3 horas. Leva 9 horas para chegar a 120°C, com manutenção da temperatura por 3 horas. Por fim, foi necessário aquecer até 220°C, o que levou 14 horas. Temperatura constante por 10 horas. (II) Direcionamento do gás: Em 21 de janeiro, às 19:20, começou o processo de aquecimento dos tubos. Às 3:48, houve a troca do fluxo de gás, concluindo assim esta segunda etapa do processo. Neste caso, foi utilizado um catalisador resistente ao enxofre, portanto não foi necessário realizar nenhum processo de sulfuração. Nesta operação de introdução de gás, foi utilizado gás de processo misturado com N3. A quantidade inicial de nitrogênio utilizada como gás de controle foi de 17.000 Nm3/h. Durante a introdução do gás, a pressão no sistema foi mantida em 0,25 Mpa. Após a conclusão desse processo, a temperatura máxima no leito do reator atingiu 310°C. O tempo total gasto com essa ventilação foi de 8 horas e 28 minutos. Em comparação com as 43 horas necessárias para a sulfuração e introdução de gás no primeiro forno de transformação, foram economizadas 35 horas e 30 minutos. Durante a introdução de gás, coloque o modo de alívio em modo manual. À medida que a quantidade de gás aumenta, abra lentamente a válvula de alívio do sistema, mantendo a pressão do sistema em torno de 0,25 MPa. Se a temperatura da camada de leito aumentar demais, é possível manter essa temperatura aumentando a quantidade de N3 e o volume de gás descartado, assim como aumentando a velocidade de fluxo do gás, para que o calor seja transferido para outro local. Ao mesmo tempo, o fluxo de gás deve ser controlado adequadamente de acordo com a temperatura da camada do leito, aumentando lentamente a quantidade de gás utilizado no processo, até que a ventilação para vaporização seja desligada. Após a conclusão da conversão do gás, durante o funcionamento normal, o aumento de temperatura na camada do segundo reator de conversão ocorre principalmente na parte superior. O aumento total de temperatura no reator de conversão é de 20°C. A concentração de CO na saída é de aproximadamente 0,7%. O teor de CO no gás resultante do processo de conversão está dentro dos limites estabelecidos, o que confirma que a atividade do catalisador é boa. Dados antes da substituição do catalisador no segundo conversor:
Data: 12.22, 12.23, 12.24, 12.25, 12.26, 12.27, 12.28
Teor de CO: 1,41, 1,46, 1,48, 1,34, 1,22, 1,34

Dados após a substituição do catalisador no segundo conversor:
Data: 1,25, 1,26, 1,27, 1,28, 1,29, 1,30, 1,31
Teor de CO: 0,77, 0,76, 0,71, 0,79, 0,76, 0,78, 0,79

Dados após algum tempo de operação com o novo catalisador:
Data: 3,28, 3,29, 3,30, 3,31, 4,1, 4,2, 4,3
Teor de CO: 0,86, 0,88, 0,88, 0,89, 0,85, 0,84, 0,78

Como pode ser visto na tabela acima, antes da substituição do catalisador, o teor de CO nos gases de saída do segundo conversor era de aproximadamente 1,4%. Após a substituição, esse valor caiu para 0,7–0,8%. Depois de dois meses de operação, o teor de CO continuou em torno de 0,85%. Devido às flutuações na relação entre gás de processo e vapor d’água geradas pelo processo de gasificação, o teor de CO no gás de processo na saída da unidade de conversão sofre alterações ocasionais. Desta vez, nossa fábrica substituiu o catalisador do segundo conversor por um catalisador resistente ao enxofre e pré-sulfurizado, com o objetivo de reduzir o tempo necessário para a sulfuração durante o início das operações. A vantagem de não ser necessário realizar a sulfuração é que o processo de introdução do gás no conversor se torna mais simples, o que resulta em uma economia de quase 35 horas. Além disso, há menos poluição, a operação fica mais fácil e os riscos de segurança diminuem. De acordo com as condições de funcionamento posteriores, a atividade catalítica desse novo catalisador atende perfeitamente às necessidades da produção. IV. Conclusões
1. É viável utilizar catalisadores pré-sulfurados na produção química a partir do carvão.
2. Os catalisadores pré-sulfurados para conversão resistente ao enxofre são fáceis de serem utilizados, reduzindo o tempo de operação em 2/3 (o que economiza custos relacionados à sulfuração).
3. Eles ajudam a reduzir a poluição, facilitam a operação e diminuem os riscos de segurança, tornando todo o processo mais seguro e confiável