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制氫轉(zhuǎn)化催化劑的使用與維護(hù)
摘要：本文對于制氫催化劑的日常使用以及維護(hù)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程中所存在的問題，催化劑的破碎、積碳、中毒以及催化劑有毒物質(zhì)的產(chǎn)生等問題，并針對這些問題提出了相應(yīng)的預(yù)防手段，為制氫催化劑的使用和維護(hù)提供了現(xiàn)實的技術(shù)基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：制氫催化劑 問題 措施 裝填 投用
一、轉(zhuǎn)化催化劑
制氫轉(zhuǎn)化爐內(nèi)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(zhuǎn)化催化劑一般優(yōu)化為圓柱狀，并在原來的的基礎(chǔ)上在內(nèi)部進(jìn)行開孔處理，催化劑在使用的過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程中要添加一種抗結(jié)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，所以一般來講轉(zhuǎn)化的反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化。較小的顆粒由于氣動擾動較大所以較利于反應(yīng)。
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(zhuǎn)化催化劑的使用
在制氫催化劑的使用過程中，制氫催化劑的裝填需要考慮到轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)，在工藝流程氣密檢查合格之后，就將氮氣沖入爐內(nèi)進(jìn)行循環(huán)和升溫，在對制氫催化劑使用的過程中要控制加熱速度，盡量將加熱速度控制在50攝氏度每小時以內(nèi)。在升溫的出口的溫度達(dá)到350攝氏度，轉(zhuǎn)化管的溫度大于350攝氏度，高變床的溫度大于200攝氏度的時候，在配氣點引入一定壓力的蒸汽來對制氫轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行加熱，加熱的速度要控制在30攝氏度每小時以內(nèi)，然后采取相應(yīng)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(xiàn)較大程度的擾動，在各參數(shù)調(diào)節(jié)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(dá)到100%的時候，設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，在這個時候催化劑的作用開始發(fā)揮。
三、轉(zhuǎn)化催化劑使用過程中存在的問題
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(zhuǎn)化爐，但是該轉(zhuǎn)化爐在投入生產(chǎn)之后使用的過程中出現(xiàn)了多次的問題。使用的過程中設(shè)備運行不穩(wěn)定，短短幾年的時間已經(jīng)進(jìn)行過多次的維修處理，制氫的裝置已經(jīng)累計使用了多次。在使用的過程中出現(xiàn)過多次的停車，有時候甚至是較為緊急的停車，在這種情況下轉(zhuǎn)化爐受到了一定程度的損壞。從轉(zhuǎn)化爐的進(jìn)出口的壓差逐漸逼近其設(shè)計的初始值上可以看出，裝置運行的負(fù)荷最高已經(jīng)達(dá)到了95%以上。并且發(fā)生了多次的緊急停車事故，導(dǎo)致爐管內(nèi)的溫度產(chǎn)生劇烈的變化，由于熱脹冷縮的效應(yīng)使得大量的催化劑破碎了。在對轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行維修的過程中，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(xù)使用，并且和新的催化劑混合進(jìn)行使用。通過實踐證明，混合后的催化劑仍然能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這說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(zhuǎn)化的過程中積碳的產(chǎn)生是不可避免的，但是如果碳產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)大于碳消耗的速度的話，那么在催化劑上就會產(chǎn)生積碳的現(xiàn)象。在設(shè)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(xiàn)設(shè)備故障導(dǎo)致沒有工藝蒸汽的情況下會產(chǎn)生大量的積碳累積，甚至迫使轉(zhuǎn)化爐內(nèi)壓強迅速減小。積碳在轉(zhuǎn)化的過程中屬于較為嚴(yán)重的事故，其表現(xiàn)形式有床層之間的壓差不斷增大、爐管出現(xiàn)一定數(shù)量的花斑、紅管的現(xiàn)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(xiàn)失調(diào)、運轉(zhuǎn)負(fù)荷的增加、原料質(zhì)量的增加、催化劑出現(xiàn)中毒以及鈍化、局部的溫度過高以及壓力過大等因素都會造成催化劑的積碳，由此產(chǎn)生安全問題。所以在正常生產(chǎn)的過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(xiàn)碳的堆積。對于催化劑的床層也有類似的要求，如果在出口的地方有檢測到烴類物質(zhì)的存在，就不允許斷開蒸汽，如果在這個時候蒸汽斷流，那么就會對催化劑造成積碳現(xiàn)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(zhuǎn)化的過程中出現(xiàn)催化劑的中毒事件，那么就會在轉(zhuǎn)化爐管壁上有亮的斑點顯示出來，亮的斑點會逐漸的增多。在這個期間，催化劑的活性足夠低的話，轉(zhuǎn)化爐的某個部分就會發(fā)生烴類的分裂反應(yīng)。不斷沉積的積碳會使得爐管內(nèi)部的溫度進(jìn)一步升高。出現(xiàn)較為嚴(yán)重的催化劑中毒的時候，轉(zhuǎn)化爐出口的甲烷氣體的濃度就會進(jìn)一步提升。一般情況下硫是存在于烴類的物質(zhì)中，會使得催化劑產(chǎn)生中毒。硫中毒的整個過程是可以逆轉(zhuǎn)的，如果在轉(zhuǎn)化之初就將物質(zhì)中的硫脫去，那么就會使得催化劑重新恢復(fù)活性。如果發(fā)生較為嚴(yán)重的催化劑中毒的事件，那么就需要再次采取措施來將催化劑中的硫脫除，使得催化劑能夠保持正常的活性。這個過程中，由于硫的脫除也會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(zhuǎn)化爐處于停車的時候，一氧化碳和鎳二者通過化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生劇毒的物質(zhì)。這種物質(zhì)無色無味，并且這種氣體在低溫情況下較為穩(wěn)定，不僅會通過呼吸、飲食進(jìn)入體內(nèi)，還會通過皮膚進(jìn)入體內(nèi)，對呼吸道有較為嚴(yán)重的刺激作用，會對全身的各個器官造成嚴(yán)重的傷害。如果處理不及時，那么就會造成傷亡。
5、預(yù)防手段
5、1要加強巡視和檢查，要在使用的過程中盡量減少由于各種原因所造成的停車事故，而停車基本都是由設(shè)備的故障造成的，所以不斷的加強對于設(shè)備的維護(hù)，不斷的對設(shè)備進(jìn)行巡查，對經(jīng)常出問題的設(shè)備進(jìn)行定期的更換，對設(shè)備進(jìn)行安檢，盡量減少由于設(shè)備故障所造成的停車的問題。
5、2調(diào)整設(shè)備中水和碳的比例，在積碳產(chǎn)生的時候，通過提高水的比例可以在一定程度上降低結(jié)碳，降低出口的烴類物質(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在一定程度上增加能耗，也會使得催化劑表面存在較多的烴類以及水蒸氣的吸附。所以較高的水碳比例并不利于反應(yīng)速度的提升。那么在生產(chǎn)的過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(shè)置為5到7之間。
5、3在進(jìn)料的過程中利用凈化裝置可以將催化劑中的硫脫去，因而就會使得轉(zhuǎn)化劑中的硫?qū)τ诜磻?yīng)有著非常有限的影響。進(jìn)料的變化以及凈化系統(tǒng)的不正當(dāng)?shù)牟僮鞫紩诤艽蟪潭壬蠈?dǎo)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(xiàn)催化劑中毒可以適當(dāng)?shù)奶岣邷囟龋哟笏急�，并實時的監(jiān)測轉(zhuǎn)化爐出口烴類物質(zhì)的含量。
5、4根據(jù)劇毒物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)的溫度條件，利用反應(yīng)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。在裝置停車的過程中，要利用氮氣來吹掃，將一氧化碳消除干凈。嚴(yán)格來遵守相應(yīng)的預(yù)防措施，防止對人員造成傷害。
四、結(jié)語
針對制氫催化劑在使用過程中所常見的催化劑的破碎問題、催化劑的積碳問題、催化劑的中毒以及催化劑有毒物質(zhì)的產(chǎn)生等問題，本文提出了加強設(shè)備的巡檢，在操作的過程中調(diào)整水和碳的比例以及脫硫和其他防護(hù)措施等來避免有毒物質(zhì)的產(chǎn)生和對人體造成傷害。通過這些措施能夠在很大程度上降低催化劑使用過程中對人所造成的危害，為催化的使用和維護(hù)提供了一定的借鑒。
參考文獻(xiàn)：
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