徐爱军，高毅
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］煤制乙二醇装置羰基化合成催化剂在实际生产中往往存在质量不稳定、性能衰减快而使用寿命短等问题。为此，河南能源化工集团研究院自行研制了新型羰基化合成催化剂，并依托安阳永金化工有限公司200 kt/a煤制乙二醇装置建设了3 000 t/a羰基化合成催化剂中试装置（于2019年2月建成）；2019年3月的中试结果表明，该新型羰基化合成催化剂在转化率、低温活性、床层阻力等方面均表现良好。在总结该新型催化剂运行情况及工业化应用需注意的问题的基础上，经分析与论证，在仅对安阳永金煤制乙二醇装置低低压蒸汽管网改造的情况下于2019年12月开始在其乙二醇装置上全部装填该新型催化剂，运行数据表明，新型催化剂各项性能指标均优于原外购催化剂。目前，该新型羰基化合成催化剂已在河南能源化工集团下属各乙二醇装置和外部市场得到大面积推广应用，其使用寿命可达4 a左右，能长期保持高负荷运行，吨催化剂产乙二醇5 000 t左右，产品性能得到用户一致好评。
［关键词］煤制乙二醇装置；新型羰基化合成催化剂；中试装置；性能测试；问题与对策；运行总结；工业化应用情况
［中图分类号］TQ223.16+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）06-0071-05
0 引 言
羰基化合成催化剂（DMO合成催化剂）是煤（或合成气）制乙二醇生产工艺的核心，其性能直接关系到整个煤制乙二醇装置能否实现长周期、安全、稳定、高负荷运行。羰基化合成催化剂为钯系催化剂，价格昂贵，应用于工业化装置时间较短，质量不稳定，在国内煤制乙二醇产业发展初期，往往因其催化性能的衰退而致装置维持较高负荷运行的时间只有1 a左右，成为制约煤制乙二醇装置稳定、经济运行的主要瓶颈问题。
不同专利商对羰基化合成催化剂使用寿命有不同的承诺，一般均承诺超过2 a，但实际生产过程中受催化剂自身质量、工艺技术成熟度不一和操作水平与运行稳定性不同等因素的影响，有的羰基化合成催化剂使用短短几个月就要更换。从河南能源化工集团生产工艺相同的5套200 kt/a煤制乙二醇装置（包括安阳永金、新乡永金、濮阳永金、洛阳永金、永城永金5套200 kt/a煤制乙二醇装置，均采用羰化、加氢两步法）羰基化合成催化剂的实际运行情况看，部分乙二醇装置往往运行1 a后就无法维持较高负荷运行，部分装置甚至不足1 a就需进行催化剂更换，导致催化剂成本摊销过多，给企业带来沉重的负担。
为解决该瓶颈问题，消除或减少外部因素对煤制乙二醇装置运行成本与效能的影响，针对外购（羰基化合成）催化剂质量不稳定的情况，安阳化学工业集团有限责任公司（简称安化公司）决定尝试采用河南能源化工集团研究院自行研制的新型羰基化合成催化剂（简称新型催化剂），并于2016年7月立项；2017年6月新型催化剂顺利完成小试后，考虑到其研发并未经过实际工业化示范，在当前较为成熟的煤制乙二醇生产工艺与催化剂市场中缺乏竞争力，且由小试装置直接放大到工业装置大概率会存在较多的不确定因素，安化公司决定依托安阳永金化工有限公司的200 kt/a煤制乙二醇装置（于2012年底建成投产）建设3 000 t/a新型催化剂中试装置，中试装置于2019年2月建成，并于2019年3月进行了为期7 d的中试，以验证该新型催化剂性能能否满足工业装置的生产所需。中试结果表明，该新型催化剂在转化率、低温活性、床层阻力等方面均表现良好，具备替代外购（羰基化合成）催化剂的基础条件（尚需优化改进）。以下对有关情况作一介绍。
1 羰基化合成催化剂的催化机理
CO与CH3ONO（亚硝酸甲酯，简称MN）羰基化偶联合成草酸二甲酯（DMO）的反应机理：第一步，CH3ONO在Pd/α-Al2O3催化剂上解离吸附生成CH3O-Pd-NO（CH3ONO+Pd→CH3O-Pd-NO），CH3O-Pd-NO是参与CO偶联反应的第一个过渡态中间体；第二步，吸附态的CO与CH3O-Pd-NO反应生成第二个过渡态中间体CH3OOC-Pd-NO（CH3O-Pd-NO+Pd-CO-Pd→CH3OOC-Pd-NO+2Pd）；第三步，CH3OOC-Pd-NO在催化剂表面的浓度逐渐增大，当其达到一定浓度后，CH3OOC-Pd-NO相互之间发生偶联反应，生成CH3OOC-Pd-COOCH3和NO（2CH3OOC-Pd-NO→CH3OOC-Pd-COOCH3+2NO+Pd）；第四步，CH3OOC-Pd-COOCH3转化成(COOCH3)2[CH3OOC-Pd-COOCH3→(COOCH3)2+Pd]。羰基化合成总反应为2CH3ONO+2CO→(COOCH3)2+2NO，这是一个放热和体积缩小的反应。
2 新型催化剂中试装置简况
新型催化剂中试装置主要设备包括中试反应器、入口加热器、反应器附属汽包（据不同生产工况要求，汽包设定不同压力、温度以调节反应器床层温度，间接控制催化剂活性）、管道泵，以及与主生产装置相关联的工艺管线与公用工程系统管线等；其中，中试反应器列管规格为Φ32 mm×2 mm×3 500 mm、共350根，与安阳永金煤制乙二醇工业装置完全相同。中试装置流程较为简单，工业装置前系列羰基化合成反应器入口合成气或后系列羰基化合成反应器入口合成气与界外来CO原料气按一定比例混合稀释（可以获得不同浓度的合成气），之后经入口加热器加热，加热后的混合气进入中试反应器进行羰基化合成反应，反应产物与工业装置反应气汇合后直接送往工业装置热水换热系统。
3 新型催化剂性能参数与运行要求及还原条件
更多内容详见《中氮肥》2025年第6期