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制氢转化催化剂的使用与维护
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摘要：本文对于制氢催化剂的日常使用以及维护进行了介绍，包括制氢催化剂的性质、制氢催化剂的装填、制氢催化剂的投用等。还详述了制氢催化剂在使用的过程中所存在的问题，催化剂的破碎、积碳、中毒以及催化剂有毒物质的产生等问题，并针对这些问题提出了相应的预防手段，为制氢催化剂的使用和维护提供了现实的技术基础。
关键词：制氢催化剂 问题 措施 装填 投用
一、转化催化剂
制氢转化炉内的催化剂一般为Z111-4YA、Z111-6YQ、Z111、Z111B。催化剂的物理特性以及化学组成如表1和表2所示，转化催化剂一般优化为圆柱状，并在原来的的基础上在内部进行开孔处理，催化剂在使用的过程具有较大的接触的面积，其活性能够成倍的增加。制氢催化剂在使用的过程中要添加一种抗结碳的物质，使得催化剂在低温状态下还能够保持较好的活性，并且使得催化剂抗积碳的性能增加。下端的催化剂虽然具有很高的活性但是其抗积碳的能力较弱，所以一般来讲转化的反应大部分都是在上端完成的，上端对于活性催化剂的量要求较大。由于转化催化剂的作用主要是位于催化剂的外表面，所以催化剂的外表面越大那么越有利于转化。较小的颗粒由于气动扰动较大所以较利于反应。
表1常用催化剂及其物理性质
表2常用催化剂的化学组成
二、转化催化剂的使用
在制氢催化剂的使用过程中，制氢催化剂的装填需要考虑到转化炉的结构，在工艺流程气密检查合格之后，就将氮气冲入炉内进行循环和升温，在对制氢催化剂使用的过程中要控制加热速度，尽量将加热速度控制在50摄氏度每小时以内。在升温的出口的温度达到350摄氏度，转化管的温度大于350摄氏度，高变床的温度大于200摄氏度的时候，在配气点引入一定压力的蒸汽来对制氢转化过程进行加热，加热的速度要控制在30摄氏度每小时以内，然后采取相应的措施进行脱硫的操作。对天然气的进气以及配氢的流程进行改善，防止温度出现较大程度的扰动，在各参数调节正常之后连入PSA，对氢气进行提纯的操作，如果显示提纯的纯度达到100%的时候，设备正常运转，在这个时候催化剂的作用开始发挥。
三、转化催化剂使用过程中存在的问题
1、催化剂的破碎
本文所研究的对象是已经投入使用多年的转化炉，但是该转化炉在投入生产之后使用的过程中出现了多次的问题。使用的过程中设备运行不稳定，短短几年的时间已经进行过多次的维修处理，制氢的装置已经累计使用了多次。在使用的过程中出现过多次的停车，有时候甚至是较为紧急的停车，在这种情况下转化炉受到了一定程度的损坏。从转化炉的进出口的压差逐渐逼近其设计的初始值上可以看出，装置运行的负荷最高已经达到了95%以上。并且发生了多次的紧急停车事故，导致炉管内的温度产生剧烈的变化，由于热胀冷缩的效应使得大量的催化剂破碎了。在对转化炉进行维修的过程中，对于催化剂进行了重新的装填，将破损的催化剂清除掉，选择较为完整的催化剂继续使用，并且和新的催化剂混合进行使用。通过实践证明，混合后的催化剂仍然能够达到相应的标准，这说明催化剂还处于较好的工作状态下。
2、催化剂的积碳
在转化的过程中积碳的产生是不可避免的，但是如果碳产生的速度远大于碳消耗的速度的话，那么在催化剂上就会产生积碳的现象。在设备正常运作的条件下，积碳消除的速度要比积碳产生的速度快，但是在出现设备故障导致没有工艺蒸汽的情况下会产生大量的积碳累积，甚至迫使转化炉内压强迅速减小。积碳在转化的过程中属于较为严重的事故，其表现形式有床层之间的压差不断增大、炉管出现一定数量的花斑、红管的现象、以及出口处的芳烃以及甲烷等物质的含量进一步增加。水碳比出现失调、运转负荷的增加、原料质量的增加、催化剂出现中毒以及钝化、局部的温度过高以及压力过大等因素都会造成催化剂的积碳，由此产生安全问题。所以在正常生产的过程中一定要保证水和碳的比例，要保证消碳的速度大于积碳的速度，使得催化剂上避免出现碳的堆积。对于催化剂的床层也有类似的要求，如果在出口的地方有检测到烃类物质的存在，就不允许断开蒸汽，如果在这个时候蒸汽断流，那么就会对催化剂造成积碳现象，使得企业蒙受较大的损失。
3、催化剂中毒
如果在蒸汽转化的过程中出现催化剂的中毒事件，那么就会在转化炉管壁上有亮的斑点显示出来，亮的斑点会逐渐的增多。在这个期间，催化剂的活性足够低的话，转化炉的某个部分就会发生烃类的分裂反应。不断沉积的积碳会使得炉管内部的温度进一步升高。出现较为严重的催化剂中毒的时候，转化炉出口的甲烷气体的浓度就会进一步提升。一般情况下硫是存在于烃类的物质中，会使得催化剂产生中毒。硫中毒的整个过程是可以逆转的，如果在转化之初就将物质中的硫脱去，那么就会使得催化剂重新恢复活性。如果发生较为严重的催化剂中毒的事件，那么就需要再次采取措施来将催化剂中的硫脱除，使得催化剂能够保持正常的活性。这个过程中，由于硫的脱除也会使得催化剂上的积碳逐渐的消除。
4、有毒物质产生
在催化剂处于低温或者转化炉处于停车的时候，一氧化碳和镍二者通过化学反应会产生剧毒的物质。这种物质无色无味，并且这种气体在低温情况下较为稳定，不仅会通过呼吸、饮食进入体内，还会通过皮肤进入体内，对呼吸道有较为严重的刺激作用，会对全身的各个器官造成严重的伤害。如果处理不及时，那么就会造成伤亡。
5、预防手段
5、1要加强巡视和检查，要在使用的过程中尽量减少由于各种原因所造成的停车事故，而停车基本都是由设备的故障造成的，所以不断的加强对于设备的维护，不断的对设备进行巡查，对经常出问题的设备进行定期的更换，对设备进行安检，尽量减少由于设备故障所造成的停车的问题。
5、2调整设备中水和碳的比例，在积碳产生的时候，通过提高水的比例可以在一定程度上降低结碳，降低出口的烃类物质含量，这对于减少催化剂的积碳具有重要的作用; 但是提高水和碳的比重会在一定程度上增加能耗，也会使得催化剂表面存在较多的烃类以及水蒸气的吸附。所以较高的水碳比例并不利于反应速度的提升。那么在生产的过程中必须保证水和碳保持较为合理的比例。一般将水和碳的比例设置为5到7之间。
5、3在进料的过程中利用净化装置可以将催化剂中的硫脱去，因而就会使得转化剂中的硫对于反应有着非常有限的影响。进料的变化以及净化系统的不正当的操作都会在很大程度上导致催化剂的中毒。催化剂汽提可以帮助脱去大部分的硫。如果出现催化剂中毒可以适当的提高温度，加大水碳比，并实时的监测转化炉出口烃类物质的含量。
5、4根据剧毒物质产生的化学反应的温度条件，利用反应条件就可以在很大程度上控制剧毒物质的产生，然而，在停车的期间，催化剂的使用往往在高于此温度下进行。在装置停车的过程中，要利用氮气来吹扫，将一氧化碳消除干净。严格来遵守相应的预防措施，防止对人员造成伤害。
四、结语
针对制氢催化剂在使用过程中所常见的催化剂的破碎问题、催化剂的积碳问题、催化剂的中毒以及催化剂有毒物质的产生等问题，本文提出了加强设备的巡检，在操作的过程中调整水和碳的比例以及脱硫和其他防护措施等来避免有毒物质的产生和对人体造成伤害。通过这些措施能够在很大程度上降低催化剂使用过程中对人所造成的危害，为催化的使用和维护提供了一定的借鉴。
参考文献：
[1]田喜磊.制氢转化催化剂的影响因素分析及对策[J].炼油技术与工程.2011(03)
[2]孙英慧.天然气制氢装置职业病危害因素分析及防治[J].内蒙古石油化工.2010(21)
[3]王德瑞.国内外制氢转化炉出口管系技术[J].炼油技术与工程.2009(03)
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