【正文】 氣中含硫量對二段爐操作的影響 空氣中含硫量（ ppm） 二段轉(zhuǎn)化氣中 CH4% ，并影響轉(zhuǎn)化的正常操作 防止在催化劑上積碳是操作能正常進行的重要條件。碳的沉積使催化劑失活，失活的程度及本質(zhì)取決于 反應(yīng)條件，而溫度和 H2O/C 比是更敏感的因素。一些學(xué)者認為在蒸汽轉(zhuǎn)化入口處，在較低的溫度范圍（ 350～ 600℃）主要生成無定形和細絲狀的碳，而在高溫下生成片狀石墨，石墨炭包裹著金屬的活性表面而使催化劑失活。炭還會引起催化劑孔口中毒明顯降低催化劑的活性。 大量細絲狀炭的形成使催化劑孔和反應(yīng)器空間堵塞，致使轉(zhuǎn)化過程惡化或出現(xiàn)局部過熱甚至產(chǎn)生熱管，不僅會縮短轉(zhuǎn)化管的使用壽命而且會導(dǎo)致催化劑破碎而增大床層阻力。所以，催化劑積碳是十分有害的。 積碳的反應(yīng)如下： 2CO = C+CO2 （ 1） CO+H2 =C+H2O （ 2） CH4=C+2H2 （ 3） 對任何催化劑在蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)管的任何區(qū)段反應(yīng)（ 1）、（ 2）的可能性幾乎不存在。碳按甲烷裂解反應(yīng)生成，但是否析碳，則與析碳反應(yīng)及消碳的速度有關(guān)。對于轉(zhuǎn)化管進口段雖然 CH4 濃度高，但是溫度低，析碳速度小于消碳速度，所以實際上不析碳，對反應(yīng)管 3～4 米區(qū)段，管內(nèi)處于 650～ 685℃范圍，系熱力學(xué)、動力學(xué)的析碳區(qū)，很容易析碳。活性高的催化劑，可以使管內(nèi)氣體組成達到動力學(xué)析碳溫度（ 650～ 685℃）以前進入甲烷裂解反應(yīng)的消碳區(qū)。 17 所以為了防止轉(zhuǎn)化催化劑析碳除選用 抗碳性能及低溫活性好的催化劑外，操作應(yīng)注意有關(guān)儀表、計量及連鎖工作狀況，保證足夠的水碳比，防止因進料負荷波動或脈沖導(dǎo)致H2O/C 比過低而析碳。同時應(yīng)盡力保證轉(zhuǎn)化管進口段催化劑處于滿意的還原狀態(tài)，以發(fā)揮其應(yīng)有的活性。 二、轉(zhuǎn)化催化劑強度損失的原因 催化劑的強度是影響工廠運轉(zhuǎn)效率的重要性能。由于轉(zhuǎn)化催化劑的強度差，產(chǎn)生粉化，破碎會導(dǎo)致催化劑層產(chǎn)生過大的壓力降，會迫使裝置停車。由于轉(zhuǎn)化催化劑的活性是很富裕的，在氨廠實際更換時幾乎沒有由于催化劑本身的活性差的原因。導(dǎo)致更換的主要原因是超溫、結(jié)碳、催化劑層壓力降上升 等。 不同制備方法的轉(zhuǎn)化催化劑在使用過程中強度下降是不相同的。顯然，催化劑在實際轉(zhuǎn)化條件的強度比新催化劑的強度更重要。一般催化劑產(chǎn)品的強度較高，投入使用后，強度變化的趨勢總是降低的，但正常的強度下降對轉(zhuǎn)化工段的操作無不良影響。 1. 正常運轉(zhuǎn)條件下強度下降的原因 轉(zhuǎn)化催化劑與其它多孔物質(zhì)一樣是由許多微粒聚集而成，其機械強度取決于構(gòu)成它的顆粒之間接觸點的數(shù)目和每個接觸點結(jié)合力的大小，而后者又與不同的載體性能、制備方法，以及不同的外形尺寸有關(guān)。轉(zhuǎn)化催化劑有下述不同的載體，其強度損失的原因亦不同。 硅鋁酸鹽載體，主要以 波特蘭水泥形式加入。水泥鍵使催化劑具有出色的強度，在運轉(zhuǎn)過程中由于脫水及相變，會使催化劑強度下降 50%以上，由于強度下降幅度較大，且所含 SiO2會變成硅酸揮發(fā)，會沉積在后工序設(shè)備及管道上。目前，使用這類載體的轉(zhuǎn)化催化劑較少。 鋁酸鈣載體是用含多種鋁酸鈣的鋁酸鈣水泥制成。這類載體有高溫?zé)Y(jié)再浸漬制成催化劑的；亦有用沉積法使活性組分與載體混合均勻制成的。其強度與載體在熱處理過程的燒結(jié)作用及制造時的成型壓力有關(guān)。載體在遠高于轉(zhuǎn)化溫度條件下焙燒，形成“陶瓷鍵”，因而制得的催化劑活性穩(wěn)定，耐熱性能好。由于載體實質(zhì)是惰 性的，不含鈣，避免了與碳氧化物反應(yīng)，在使用過程中，強度下降很少。 2. 轉(zhuǎn)化催化劑強度迅速被破壞得原因 （ 1） 轉(zhuǎn)化工段開停車時升降壓速度過快，使催化劑在突然的內(nèi)外壓差增大及熱應(yīng)力條件下迅速膨脹（或收縮）被擠壓而破碎。對于強度稍差的粘結(jié)型催化劑及靠水泥鍵結(jié)合的催化劑破碎的程度更劇烈。 18 （ 2） 積碳造成催化劑活性損失及催化劑載體實際上的物理崩潰能在幾十分鐘內(nèi)發(fā)生，其嚴重程度可能引起催化劑大部分或全部粉化，使轉(zhuǎn)化爐床層壓力突然增大而迫使裝置停產(chǎn)。 對于工業(yè)化裝置這種情況多半發(fā)生在水蒸汽完全切除；原料氣（天然氣、油田氣 、煉油氣、煤氣等）或油單獨進入轉(zhuǎn)化爐管時，有時是在轉(zhuǎn)化工段開車進入到蒸汽升溫階段前（烘爐或氮氣升溫時）原料氣或油通過管道或設(shè)備漏入。 原料氣入口 H2O/C 比瞬間失調(diào)，亦會造成催化劑積碳而使催化劑粉碎。這種情況造成的催化劑粉碎以管（爐）進口區(qū)段最嚴重。 造成 H2O/C 瞬間失調(diào)的可能原因有①儀表指示有誤。某日產(chǎn)千噸氨廠曾發(fā)生過因儀表給以假象；（實際的 H2O/C 比遠低于防止積碳的最小 H2O/C 比，而儀表指示 H2O/C 比為正常值）在催化劑進行活化后投入正常運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)化催化劑床層阻力突然增加，以至原料天然氣無法加入， 迫使裝置停車，由卸出的催化劑外觀看，粉碎率已接近 70%。 ② 原料氣組分大幅度變化，其中高烴含量增加，原料氣中的總碳增加。 ③ 原料氣帶油。 ④ 操作條件（負荷、溫度、壓力）的大幅度波動。 （ 3） 因催化劑裝填不當(dāng)，使轉(zhuǎn)化爐管的氣流分布不均，當(dāng)操作條件大幅度變化時，部分爐管的催化劑活性及強度均會發(fā)生變化，在催化劑活化后或開工后的短時間內(nèi)所出現(xiàn)的熱斑、甚至于熱管，一般來說不是催化劑的活性、強度問題，而是催化劑裝填不當(dāng)或操作因素所造成的。 轉(zhuǎn)化管所出現(xiàn)的熱管的主要原因 ①催化劑破碎，阻力增加；（結(jié)碳 H2O/C 比失調(diào)等）②進出口尾管或?qū)夂Y孔堵塞；管內(nèi)氣流分布不均，并使氣體流量受到限制，反應(yīng)吸熱量劇減，而后者系催化劑裝填原因。 轉(zhuǎn)化管出現(xiàn)熱斑、熱帶、熱管會影響轉(zhuǎn)化過程的正常運轉(zhuǎn)，因造成局部超溫，對爐管壽命帶來不利影響，且會由于額外溫差應(yīng)力的產(chǎn)生而縮短爐管壽命，所以注意裝填質(zhì)量，使轉(zhuǎn)化催化劑能充分發(fā)揮其催化活性是十分重要的。值得注意的是，裝填轉(zhuǎn)化催化劑應(yīng)保證轉(zhuǎn)化管在相同高度上有基本相同的空隙率和壓力降，不能只注意總的壓力降相同。因為如果轉(zhuǎn)化管的不同高度上所裝催化劑的松緊程度不同時，仍可保證用空氣檢查時總的阻力相 同，但是轉(zhuǎn)化過程氣體體積是不斷增加的。當(dāng)轉(zhuǎn)化管阻力大小分布不同時，盡管總阻力相同，實際運轉(zhuǎn)時的實際壓力降必然不同，從而影響氣流分布。 （ 4）催化劑被硫中毒，中毒后的催化劑活性差，并會發(fā)生積碳而使催化劑強度被破 19 壞。 （ 5）二段轉(zhuǎn)化催化劑強度被破壞的主要原因是由于空氣混合器損壞， 安裝位置不當(dāng)，沒有足夠的燃燒空間以及加空氣的速度過快，使氣流分布不均勻，導(dǎo)致催化劑床層局部超溫。 二段轉(zhuǎn)化爐操作溫度較高，正常運轉(zhuǎn)條件下催化劑床層進口處溫度即達 1200～1300℃。局部超溫，將使催化劑處于遠高于制 造時的溫度，可能使催化劑熔融，由此引起的偏流，將嚴重影響催化劑的活性與強度。 三、結(jié)論 由對于催化劑活性與強度損傷原因的分析可見，轉(zhuǎn)化催化劑的性能決定了氨廠的效率，保持氨廠高效率的重要手段是盡量保持轉(zhuǎn)化催化劑的高活性、高強度，確保不致因催化劑的性能差影響工廠的正常運轉(zhuǎn)。除催化劑制造廠家要保證滿足工廠運轉(zhuǎn)條件對催化劑要求的活性與強度外，重要的是使用廠家要使催化劑不處在惡劣的操作條件中，避免催化劑性能的大幅度損失，把握好每一關(guān)鍵操作技術(shù)，以使轉(zhuǎn)化催化劑的性能得以發(fā)揮。