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制氫轉化催化劑的使用與維護
摘要：本文對于制氫催化劑的日常使用以及維護進(jìn)行了介紹，包括制氫催化劑的性質(zhì)、制氫催化劑的裝填、制氫催化劑的投用等。還詳述了制氫催化劑在使用的過(guò)程中所存在的問(wèn)題，催化劑的破碎、積碳、中毒以及催化劑有毒物質(zhì)的產(chǎn)生等問(wèn)題，并針對這些問(wèn)題提出了相應的預防手段，為制氫催化劑的使用和維護提供了現實(shí)的技術(shù)基礎。
關(guān)鍵詞：制氫催化劑 問(wèn)題 措施 裝填 投用
一、轉化催化劑
制氫轉化爐內的催化劑一般為Z111-4YA、Z111-6YQ、Z111、Z111B。催化劑的物理特性以及化學(xué)組成如表1和表2所示，轉化催化劑一般優(yōu)化為圓柱狀，并在原來(lái)的的基礎上在內部進(jìn)行開(kāi)孔處理，催化劑在使用的過(guò)程具有較大的接觸的面積，其活性能夠成倍的增加。制氫催化劑在使用的過(guò)程中要添加一種抗結碳的物質(zhì)，使得催化劑在低溫狀態(tài)下還能夠保持較好的活性，并且使得催化劑抗積碳的性能增加。下端的催化劑雖然具有很高的活性但是其抗積碳的能力較弱，所以一般來(lái)講轉化的反應大部分都是在上端完成的，上端對于活性催化劑的量要求較大。由于轉化催化劑的作用主要是位于催化劑的外表面，所以催化劑的外表面越大那么越有利于轉化。較小的顆粒由于氣動(dòng)擾動(dòng)較大所以較利于反應。
表1常用催化劑及其物理性質(zhì)
表2常用催化劑的化學(xué)組成
二、轉化催化劑的使用
在制氫催化劑的使用過(guò)程中，制氫催化劑的裝填需要考慮到轉化爐的結構，在工藝流程氣密檢查合格之后，就將氮氣沖入爐內進(jìn)行循環(huán)和升溫，在對制氫催化劑使用的過(guò)程中要控制加熱速度，盡量將加熱速度控制在50攝氏度每小時(shí)以?xún)�。在升溫的出口的溫度達到350攝氏度，轉化管的溫度大于350攝氏度，高變床的溫度大于200攝氏度的時(shí)候，在配氣點(diǎn)引入一定壓力的蒸汽來(lái)對制氫轉化過(guò)程進(jìn)行加熱，加熱的速度要控制在30攝氏度每小時(shí)以?xún)�，然后采取相應的措施進(jìn)行脫硫的操作。對天然氣的進(jìn)氣以及配氫的流程進(jìn)行改善，防止溫度出現較大程度的擾動(dòng)，在各參數調節正常之后連入PSA，對氫氣進(jìn)行提純的操作，如果顯示提純的純度達到100%的時(shí)候，設備正常運轉，在這個(gè)時(shí)候催化劑的作用開(kāi)始發(fā)揮。
三、轉化催化劑使用過(guò)程中存在的問(wèn)題
1、催化劑的破碎
本文所研究的對象是已經(jīng)投入使用多年的轉化爐，但是該轉化爐在投入生產(chǎn)之后使用的過(guò)程中出現了多次的問(wèn)題。使用的過(guò)程中設備運行不穩定，短短幾年的時(shí)間已經(jīng)進(jìn)行過(guò)多次的維修處理，制氫的裝置已經(jīng)累計使用了多次。在使用的過(guò)程中出現過(guò)多次的停車(chē)，有時(shí)候甚至是較為緊急的停車(chē)，在這種情況下轉化爐受到了一定程度的損壞。從轉化爐的進(jìn)出口的壓差逐漸逼近其設計的初始值上可以看出，裝置運行的負荷最高已經(jīng)達到了95%以上。并且發(fā)生了多次的緊急停車(chē)事故，導致?tīng)t管內的溫度產(chǎn)生劇烈的變化，由于熱脹冷縮的效應使得大量的催化劑破碎了。在對轉化爐進(jìn)行維修的過(guò)程中，對于催化劑進(jìn)行了重新的裝填，將破損的催化劑清除掉，選擇較為完整的催化劑繼續使用，并且和新的催化劑混合進(jìn)行使用。通過(guò)實(shí)踐證明，混合后的催化劑仍然能夠達到相應的標準，這說(shuō)明催化劑還處于較好的工作狀態(tài)下。
2、催化劑的積碳
在轉化的過(guò)程中積碳的產(chǎn)生是不可避免的，但是如果碳產(chǎn)生的速度遠大于碳消耗的速度的話(huà)，那么在催化劑上就會(huì )產(chǎn)生積碳的現象。在設備正常運作的條件下，積碳消除的速度要比積碳產(chǎn)生的速度快，但是在出現設備故障導致沒(méi)有工藝蒸汽的情況下會(huì )產(chǎn)生大量的積碳累積，甚至迫使轉化爐內壓強迅速減小。積碳在轉化的過(guò)程中屬于較為嚴重的事故，其表現形式有床層之間的壓差不斷增大、爐管出現一定數量的花斑、紅管的現象、以及出口處的芳烴以及甲烷等物質(zhì)的含量進(jìn)一步增加。水碳比出現失調、運轉負荷的增加、原料質(zhì)量的增加、催化劑出現中毒以及鈍化、局部的溫度過(guò)高以及壓力過(guò)大等因素都會(huì )造成催化劑的積碳，由此產(chǎn)生安全問(wèn)題。所以在正常生產(chǎn)的過(guò)程中一定要保證水和碳的比例，要保證消碳的速度大于積碳的速度，使得催化劑上避免出現碳的堆積。對于催化劑的床層也有類(lèi)似的要求，如果在出口的地方有檢測到烴類(lèi)物質(zhì)的存在，就不允許斷開(kāi)蒸汽，如果在這個(gè)時(shí)候蒸汽斷流，那么就會(huì )對催化劑造成積碳現象，使得企業(yè)蒙受較大的損失。
3、催化劑中毒
如果在蒸汽轉化的過(guò)程中出現催化劑的中毒事件，那么就會(huì )在轉化爐管壁上有亮的斑點(diǎn)顯示出來(lái)，亮的斑點(diǎn)會(huì )逐漸的增多。在這個(gè)期間，催化劑的活性足夠低的話(huà)，轉化爐的某個(gè)部分就會(huì )發(fā)生烴類(lèi)的分裂反應。不斷沉積的積碳會(huì )使得爐管內部的溫度進(jìn)一步升高。出現較為嚴重的催化劑中毒的時(shí)候，轉化爐出口的甲烷氣體的濃度就會(huì )進(jìn)一步提升。一般情況下硫是存在于烴類(lèi)的物質(zhì)中，會(huì )使得催化劑產(chǎn)生中毒。硫中毒的整個(gè)過(guò)程是可以逆轉的，如果在轉化之初就將物質(zhì)中的硫脫去，那么就會(huì )使得催化劑重新恢復活性。如果發(fā)生較為嚴重的催化劑中毒的事件，那么就需要再次采取措施來(lái)將催化劑中的硫脫除，使得催化劑能夠保持正常的活性。這個(gè)過(guò)程中，由于硫的脫除也會(huì )使得催化劑上的積碳逐漸的消除。
4、有毒物質(zhì)產(chǎn)生
在催化劑處于低溫或者轉化爐處于停車(chē)的時(shí)候，一氧化碳和鎳二者通過(guò)化學(xué)反應會(huì )產(chǎn)生劇毒的物質(zhì)。這種物質(zhì)無(wú)色無(wú)味，并且這種氣體在低溫情況下較為穩定，不僅會(huì )通過(guò)呼吸、飲食進(jìn)入體內，還會(huì )通過(guò)皮膚進(jìn)入體內，對呼吸道有較為嚴重的刺激作用，會(huì )對全身的各個(gè)器官造成嚴重的傷害。如果處理不及時(shí)，那么就會(huì )造成傷亡。
5、預防手段
5、1要加強巡視和檢查，要在使用的過(guò)程中盡量減少由于各種原因所造成的停車(chē)事故，而停車(chē)基本都是由設備的故障造成的，所以不斷的加強對于設備的維護，不斷的對設備進(jìn)行巡查，對經(jīng)常出問(wèn)題的設備進(jìn)行定期的更換，對設備進(jìn)行安檢，盡量減少由于設備故障所造成的停車(chē)的問(wèn)題。
5、2調整設備中水和碳的比例，在積碳產(chǎn)生的時(shí)候，通過(guò)提高水的比例可以在一定程度上降低結碳，降低出口的烴類(lèi)物質(zhì)含量，這對于減少催化劑的積碳具有重要的作用; 但是提高水和碳的比重會(huì )在一定程度上增加能耗，也會(huì )使得催化劑表面存在較多的烴類(lèi)以及水蒸氣的吸附。所以較高的水碳比例并不利于反應速度的提升。那么在生產(chǎn)的過(guò)程中必須保證水和碳保持較為合理的比例。一般將水和碳的比例設置為5到7之間。
5、3在進(jìn)料的過(guò)程中利用凈化裝置可以將催化劑中的硫脫去，因而就會(huì )使得轉化劑中的硫對于反應有著(zhù)非常有限的影響。進(jìn)料的變化以及凈化系統的不正當的操作都會(huì )在很大程度上導致催化劑的中毒。催化劑汽提可以幫助脫去大部分的硫。如果出現催化劑中毒可以適當的提高溫度，加大水碳比，并實(shí)時(shí)的監測轉化爐出口烴類(lèi)物質(zhì)的含量。
5、4根據劇毒物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)反應的溫度條件，利用反應條件就可以在很大程度上控制劇毒物質(zhì)的產(chǎn)生，然而，在停車(chē)的期間，催化劑的使用往往在高于此溫度下進(jìn)行。在裝置停車(chē)的過(guò)程中，要利用氮氣來(lái)吹掃，將一氧化碳消除干凈。嚴格來(lái)遵守相應的預防措施，防止對人員造成傷害。
四、結語(yǔ)
針對制氫催化劑在使用過(guò)程中所常見(jiàn)的催化劑的破碎問(wèn)題、催化劑的積碳問(wèn)題、催化劑的中毒以及催化劑有毒物質(zhì)的產(chǎn)生等問(wèn)題，本文提出了加強設備的巡檢，在操作的過(guò)程中調整水和碳的比例以及脫硫和其他防護措施等來(lái)避免有毒物質(zhì)的產(chǎn)生和對人體造成傷害。通過(guò)這些措施能夠在很大程度上降低催化劑使用過(guò)程中對人所造成的危害，為催化的使用和維護提供了一定的借鑒。
參考文獻：
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