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制氫轉(zhuǎn)化催化劑的使用與維護(hù)
摘要：本文對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(dòng)擾動(dòng)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?dú)鉀_入爐內(nèi)進(jìn)行循環(huán)和升溫，在對(duì)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(shí)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(shí)候，在配氣點(diǎn)引入一定壓力的蒸汽來對(duì)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(shí)以內(nèi)，然后采取相應(yīng)的措施進(jìn)行脫硫的操作。對(duì)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(dòng)，在各參數(shù)調(diào)節(jié)正常之后連入PSA，對(duì)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(shí)候，設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在這個(gè)時(shí)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(duì)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(yùn)行不穩(wěn)定，短短幾年的時(shí)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(jì)使用了多次。在使用的過程中出現(xiàn)過多次的停車，有時(shí)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(jì)的初始值上可以看出，裝置運(yùn)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(duì)轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行維修的過程中，對(duì)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(shí)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(huì)產(chǎn)生積碳的現(xiàn)象。在設(shè)備正常運(yùn)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(huì)產(chǎn)生大量的積碳累積，甚至迫使轉(zhuǎn)化爐內(nèi)壓強(qiáng)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(yùn)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(huì)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(duì)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(cè)到烴類物質(zhì)的存在，就不允許斷開蒸汽，如果在這個(gè)時(shí)候蒸汽斷流，那么就會(huì)對(duì)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(huì)在轉(zhuǎn)化爐管壁上有亮的斑點(diǎn)顯示出來，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，轉(zhuǎn)化爐的某個(gè)部分就會(huì)發(fā)生烴類的分裂反應(yīng)。不斷沉積的積碳會(huì)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(shí)候，轉(zhuǎn)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(huì)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(gè)過程中，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(zhuǎn)化爐處于停車的時(shí)候，一氧化碳和鎳二者通過化學(xué)反應(yīng)會(huì)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(huì)通過呼吸、飲食進(jìn)入體內(nèi)，還會(huì)通過皮膚進(jìn)入體內(nèi)，對(duì)呼吸道有較為嚴(yán)重的刺激作用，會(huì)對(duì)全身的各個(gè)器官造成嚴(yán)重的傷害。如果處理不及時(shí)，那么就會(huì)造成傷亡。
5、預(yù)防手段
5、1要加強(qiáng)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(qiáng)對(duì)于設(shè)備的維護(hù)，不斷的對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡查，對(duì)經(jīng)常出問題的設(shè)備進(jìn)行定期的更換，對(duì)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(shí)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(duì)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(huì)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?huì)在很大程度上導(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�，加大水碳比，并�?shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)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?dú)鈦泶祾撸瑢⒁谎趸枷蓛�。�?yán)格來遵守相應(yīng)的預(yù)防措施，防止對(duì)人員造成傷害。
四、結(jié)語
針對(duì)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(qiáng)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(duì)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(duì)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。
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