甲烷转化催化剂使用技术讲座

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1、转化催化剂使用技术讲座西南化工研究设计院四川天一科技股份有限公司19目录前言Ⅰ转化催化剂的装填及蒸汽钝化Ⅱ转化催化剂还原技术要求Ⅲ转化催化剂运转中活性与强度损伤原因分析19前言自七十年代后我国相继引进和建设了一大批大、中型合成氨装置，这批装置与国内其它中、小型厂相比，具有技术先进、能耗低、经济效益高的特点，如80年代初引进的以AMV工艺为主体的河南中原化肥厂总能耗可减少到29.7GJ/T氨，采用美国S·F布朗公司的深冷净化法的涪陵816厂、锦西化肥厂、合江化肥厂、新疆乌石化厂等总能耗为29.9GJ/T氨。但与先进国家相比差距仍比较大。占我国合成氨总产量的60%

2、的中、小型厂基本上仍使用60年代的技术。七十年代初引进的十二套大型合成氨厂能耗仍徘徊在40GJ/T氨，这些厂设备需要更新，还需要及正在引进部分先进技术进行节能改造。转化炉是合成氨厂、制氢厂的关键设备，其投资高，能量损失大，转化工段能量损失占总能耗的50%以上，因而节能措施很大部分集中在一段转化炉，如降低一段炉H2O/C，回收烟气余热，将一段炉由外供热式改造为换热式，与节能工艺想适应的新型节能转化催化剂的研制等。采用先进节能工艺对企业进行改造的同时，应充分发挥现有企业的生产能力，挖潜革新，使装置作到稳定、长周期运行，实现降低能耗及生产成本，提高氨生产能力的目标。

3、转化催化剂的使用性能直接影响氨厂的运转率，而且会影响转化炉管及设备的寿命，使催化剂处于最佳性能状态，是保证氨厂、制氢厂长周期稳定运转，提高经济效益的重要手段。本讲义拟从催化剂的装填及催化剂的氧化还原等两个关键操作步骤探讨如何使催化剂处于最佳性能状态。本讲义的各章节是独立的，并无相互关连，敬请参考阅读。19Ⅰ转化催化剂的装填与蒸汽转化一、转化催化剂的装填目前一些氨厂（包括大型氨厂）因转化催化剂装填质量差而影响转化工段的工艺指标，转化炉管出现热斑、热管，甚至被迫全系统停车的事例时有发生。例如：某厂装填完一段转化催化剂后，提供的压力降测试结果偏差在-20%～+20

4、%之间的炉管数占炉管总数的1/4（要求不超过5%）。开车后，一段出口组份中CH4含量超标，被迫将出口温度提高10～15℃操作。运转半年左右接近十分之一的炉管出现花斑，停车将这部分炉管的催化剂更换后，整炉催化剂的活性比该厂开工以来任何一炉催化剂（包括同型号催化剂）活性好。表明催化剂本身的活性好，且在重新还原后催化剂的活性得以发挥。运转初期出现的问题是由于催化剂装填质量差造成。1.因装填质量差影响转化工段运转的原因分析（1）转化催化剂的装填应以实际的气流分布均匀为准一段转化催化剂装填在数百根垂直悬挂的转化管中，装填以保证气体能够均匀地分配到各转化管为目的。尽管在每

5、根炉管内装入了相同体积、相同重量的催化剂，若各炉管相同高度催化剂装填均匀度相差较大，同样不能保证运转中气流分布均匀。工业装置在催化剂装填完毕后，一般用逐个向管内通入固定压力空气的方法来测定各炉管的压力降，以全部炉管之间压力降的偏差在±3％～5%以内作为考核装填质量的标准，所测得的压力降并不是各转化管的实际压力降数值，且工厂尚未开工，空气的压力与实际操作压力偏离较大，此压力降仅代表各炉管之间压力降的相对值。所以保证实际的气流分布均匀是十分重要的。工厂在进行转化催化剂装填时常常忽略了一段转化炉管实际直径小，长度长（约10～12米），使得不同炉管相同高度催化剂装填很

6、难作到一致的特点。有时测得压力降的偏差均在指标范围内，运转后气流分布仍然不均匀，其原因是转化管不同高度上所装催化剂的松紧程度不同仍可保证空气检查时总的压力降相同。当投入正常运转，气体体积及空速增加时，由于相同高度上催化剂的松紧程度不同，实际的压力降是不同的，从而影响气流分布。为保证实际的气流分布均匀，采取分层装填、分层检查，以确保转化管在相同高度上有基本相同的空隙率和压力降。同时应注意压力降测试时，孔板前压缩空气的压力（一次压力）维持恒定并尽量采用较高的压力。在相同基准条件下，测得的压力降相对值才能比较真实的反映催化剂装填的均匀程度。19（2）催化剂装填不均匀

7、会影响转化工段的运转催化剂装填不均匀，在装填运转初期就会对转化工段的运转有影响。在催化剂进行活化（还原）时，装填不均匀的炉管颜色与正常炉管颜色有差别，同一根炉管可能颜色深浅不同，反应量、反应速度均不同。局部地区反应量少，吸热量少，在外部供热相同情况下，炉管颜色发红出现热斑，若装填不慎，堵塞了尾管或催化剂支承板上的孔以及装填时催化剂下落高度高而引起催化剂破碎，炉管内气体流量受到限制，反应不能正常进行，整根反应管管壁温度升高，出现热管。热斑、热管不但会影响正常的转化过程，而且会造成局部超温，使催化剂的活性、强度受到损伤。对炉管寿命带来不利影响，额外的温差应力会缩短

8、炉管的寿命。对于活性、强度已受到损伤的