烃类原料蒸汽转化制氢系列化催化剂及应用技术
中石化齐鲁分公司研究院  尹长学  程玉春  郝树仁
液态烃蒸汽转化催化剂
　　液态烃加压蒸汽转化过程是一个包含多种平行反应和串联反应的复杂反应体系。包括高级烃的热裂解、催化裂
解、脱氢、加氢、积炭、氧化、变换等反应。由于床层温度变化大，大量裂解产物经进一步的聚合、芳构化和氢转
移等反应都会导致结炭，这就要求液态烃转化催化剂必须具有良好的抗积炭性能。又由于不同部位的反应变化很大，
因此催化剂又必须具有适应这种复杂反应体系的综合性能。即催化剂不仅要有良好的活性，还必须具备很强的抗积
炭性能、良好的使用强度、合适的孔分布及孔道结构、活性组分的易还原性和较好的再生性能，在同一催化剂上达
到多种性能的兼容。
　　Z402/Z405、Z409/Z405G催化剂是两组上、下段组合的液态烃蒸汽转化催化剂。Z402和Z409催化剂置于反应管
上半部，其作用是将高级烃蒸汽转化成低分子烃、碳氧化物和氢气。在设计上段催化剂时，以镍为主要活性组分，
以钾及碱土金属为主要抗积炭组分，加入多种助剂，采用特制耐热水泥粘结制成多元复相催化剂。钾以稳定后的复
盐形式加入，以控制钾的流失速率。活性组分采用分步沉淀方式，既保证催化剂良好的还原性又保证催化剂较高的
活性稳定性。
　　Z405和Z405G催化剂置于反应管下半部，具有良好的甲烷蒸汽转化活性。由于下半部处于高温区，要求催化剂
具有好的耐热性。下段催化剂载体经高温烧制而成，之后浸渍活性组分和助剂，使活性组分分散于多孔载体上，具
有良好的转化活性和热稳定性。
气态烃蒸汽转化催化剂及
二段转化催化剂
　　Z412W/Z413W是专门用于转化天然气的一组异型化催化剂，具有较高的几何外表面和使用强度。采用专有的高
温烧结的氧化铝载体及表面改性技术，使催化剂具有高而稳定的转化活性。该催化剂使用过程中床层阻力小，减小
了甲烷扩散的阻力。
　　采用类似的载体表面改性技术可明显提高催化剂高温下的活性稳定性，齐鲁分公司研究院还研制成功了用于合
成氨生产的二段转化催化剂QZ201/QZ202。
液态烃蒸汽转化异型化催化剂
　　为了满足烃类蒸汽转化制氢、制合成气工艺过程节能降耗的要求，齐鲁分公司研究院又开发成功了Z417/Z418
和Z419/Z418两组四孔高几何比表面、高活性、低阻力降、高传热性能的异型化液态烃蒸汽转化催化剂。与传统拉
西环状催化剂相比，催化剂表观活性提高15%以上，几何外表面积提高20%，堆比重下降10%左右，应用过程中床层
阻力降低30%～40%。催化剂采用钾霞石、碱土、稀土为助剂，进行配方优化，提高了催化剂的抗炭性及活性稳定性，
不仅适用于液态烃原料的转化，也适用于炼厂气、液化气和油田气原料的转化；催化剂综合性能优良，很好地满足
了制氢装置扩产和节能的需求，并得到广泛应用。
烃类蒸汽预转化催化剂
　　为提高转化炉入口温度至600℃以上，充分利用转化炉对流段余热，提高转化炉热效率。由于高级烃原料在这
样高的入口温度条件下，会发生热裂解积炭，需经过预转化将其全部转化为富甲烷气。为适应新工艺的要求，齐鲁
院开发了液态烃绝热转化（也称预转化）催化剂Z501。采用预转化工艺及催化剂后，可利用转化炉对流段余热，将
液态烃原料加热至400～450℃，控制较低的水碳比，经过预转化催化剂床层，在绝热反应条件下，将所有高级烃全
部转化为CH4和少量的H2、CO、CO2。通过实验室和工业应用的实践，总结出了预转化催化剂的最佳使用工艺条件。
经过预转化后，可提高转化炉入口温度和空速，达到节能和扩产的目的。该技术对于新建烃类蒸汽转化装置和老装
置扩能改造，具有十分显著的效果。
　　对于以天然气或油田气为原料的装置，项目组开发了Z502预转化催化剂。该催化剂可将进入转化炉的原料一部
分由低温绝热预转化反应器来完成转化，回收利用转化炉烟道气中的余热，达到减小转化炉的热负荷、降低转化炉
燃料消耗和提高装置产能的目的。一般气态烃与一定量的蒸汽混合后，经烟道气预热到500℃左右，经过预转化反
应器，预转化出口气体温度降低50～70℃，然后经烟道气预热到更高的温度进入转化炉，充分利用烟道气余热，提
高装置热效率。
催化剂使用技术及
羰基合成气工艺技术
　　利用齐鲁分公司研究院开发成功的系列烃类蒸汽转化催化剂，可针对各用户生产装置不同原料品种和不同转化
炉的设计条件及工艺，推荐不同的蒸汽转化催化剂组合和最佳的使用工艺条件，并提供现场技术服务。
　　项目组针对各用户生产甲醇合成气和羰基合成气的要求，研究了转化入口配入不同含量的CO2的方法。并相应
调整水碳比，在保证催化剂不结炭的条件下，生产CO含量高的合成气。当原料分别采用天然气、液化气、石脑油时，
可根据原料的碳氢比调整水碳比和入口配入的CO2浓度，可控地生产出H2/CO比例合适的羰基合成气。
产品优越性及市场推广应用情况
　　目前，国内采用液态烃为原料的蒸汽转化制氢和制合成气的工业装置大约有50套，现全部使用齐鲁院的液态烃
蒸汽转化催化剂。与丹麦托普索、英国ICI公司产品相比，齐鲁院开发的系列产品具有更好的综合性能，如抗积炭
性、可再生性、易还原性。
　　系列烃类蒸汽转化催化剂作为一种高技术产品，其本身产值利润并不大，但广泛用于石油、石化、化工、冶金
等行业的制氢、制合成气及还原气工艺，每年产生数亿元的效益。特别是该技术的全面国产化，不仅为国内各应用
厂家带来了直接的效益，而且还节省了大量外汇。同时，系列烃类蒸汽转化催化剂在国内大范围推广应用，替代了
所有品牌的进口产品，有力地推动了我国制氢及制合成气技术的进步。该系列产品优良的性能保证了我国装置的安
稳运行，为我国石油炼制产品的升级，生产清洁燃料创造了条件。由于催化剂活性提高、原料适应性增强、床层阻
力下降、使用寿命延长，使生产装置的能耗降低，生产成本下降，生产效率明显提高，取得了显著的经济和社会效
益。