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淺談脫氫催化劑的使用

文檔作者：林科兵黃軍蘇果陳興富文檔來源：四川美豐化工股份有限公司化肥分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月11日
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前言為確保尿素裝置的安全生產(chǎn)，防止尾氣中氫的含量進(jìn)入爆炸極限范圍內(nèi)，一般尿素裝置都要對原料 CO2 進(jìn)行脫氫處理，脫氫所使用的催化劑主要為 TH-2 或 TH-3 型脫氫催化劑。TH-3 型脫氫催化劑是在 TH-2 的基礎(chǔ)上研制而成，屬新型低溫耐高硫脫氫催化劑，該催化劑可降低催化劑入口溫度，節(jié)約加熱蒸汽，比 TH-2 型脫氫催化劑更具低溫活性；為了提高催化劑的抗硫性能，TH-3 型脫氫催化劑添加了特種活性劑，該特種活性劑比貴金屬更易與硫化物反應(yīng)，且分布于催化劑的表層，當(dāng) CO2 氣體中的 H2S 與催化劑接觸時，首先生成特種活性劑的硫化物，并將大分子擋在催化劑外表面，從而保護(hù)內(nèi)層的活性組分，強(qiáng)化催化劑的耐硫性能，從而達(dá)到較好的脫氫效果。1 脫氫反應(yīng)原理及脫氫催化劑主要理化性能1.1 脫氫反應(yīng)方程式2H2+O2=2H2O 吟H=-483 kJ/mol2CO+O2=2CO2 吟H=-568 kJ/molCH4+2O2=CO2+2H2O 吟H=-891 kJ/mol1.2 脫氫催化劑的主要理化性能（見表 1）2 使用及裝填方法2.1 催化劑的裝填由于催化劑載體吸濕性強(qiáng)，催化劑的裝填應(yīng)選擇在晴天，裝填時間應(yīng)盡量縮短。裝填時先在反應(yīng)器底部鋪兩層不銹鋼絲網(wǎng)，絲網(wǎng)上再鋪少量5~10mm 的耐火球，耐火球上裝 TH-3 型脫氫催化劑，裝填催化劑時要及時鋪平，注意床層裝填的均勻性，以防止氣體形成溝流或渦流，影響脫氫效果。待裝填好催化劑后，床層上再鋪一層γ- Al2O3 小球和不銹鋼絲網(wǎng)，在催化劑頂部堆放5﹪~10﹪催化劑容量的活性 Al2O3，用作除去金屬羰基化合物，因為金屬羰基化合物會導(dǎo)致脫氫催化劑失活。2.2 開車淺談脫氫催化劑的使用林科兵 黃 軍 蘇 果 陳興富（四川美豐化工股份有限公司化肥分公司 四川德陽 618000）摘 要 介紹了 TH-3 新型脫氫催化劑的裝填及使用方法，分析了影響脫氫催化劑活性的因素，總結(jié)了日常生產(chǎn)中脫氫催化劑使用的注意事項以及如何維護(hù)好脫氫催化劑，延長其使用壽命，使 CO2 原料氣達(dá)到良好的脫氫效果。關(guān)鍵詞 脫氫 催化劑 使用Brief talk using of dehydrogenation catalystLIN Ke-bing HUANG Jun SU Guo CHEN Xing-fu（Fertilizer Branch Sichuan Meifeng Chemical Industry Co., Ltd., Deyang 618000, Sichuan Province）Abstract The paper introduces loading and usage of TH-3 new dehydrogenation catalyst, analyzes factors effecting activity ofdehydrogenation catalyst, summarizes usage matters need attention of dehydrogenation catalyst in daily production and how tomaintain good dehydrogenation catalyst, which will prolongs service life of the catalyst, to achieve good effect of dehydrogenation forCO2feed gas.Keywords dehydrogenation; catalyst; using表 1 脫氫催化劑主要理化性能表外 觀 組 成比表面積（m2·g-1）孔體積（ml·g-1）堆密度（kg·L-1）粒度（mm）壓碎強(qiáng)度（N/ 粒）球形顆粒Pt、Pd，特種活性劑，Al2O3180~250 0.3~0.4 0.5~0.7 2~6 ≥202014 年第 35 卷第 4 期 氮 肥 技 術(shù) 37氮 肥 技 術(shù)（1）待脫氫系統(tǒng)催化劑裝填完畢，用經(jīng)干燥的空氣吹掃催化劑床層，除去其中粉塵后，蓋上封頭緊固。（2）預(yù)熱 CO2 加熱器，注意排冷凝液，待預(yù)熱結(jié)束后，微開 CO2 進(jìn)加熱器切斷閥緩慢對脫氫系統(tǒng)進(jìn)行升壓、升溫，控制升壓速度≤2MPa/h。（3）根據(jù)壓力變化，檢查確認(rèn)系統(tǒng)有無泄漏，如有泄漏，立即停止升壓，待檢修處理后再進(jìn)行試壓。（4）待脫氫反應(yīng)器出口溫度＞50℃時，CO2 冷卻器引循環(huán)水。（5）加強(qiáng)氧含量分析，控制 CO2 氣中 O2 的體積分?jǐn)?shù)在 0.8%~1.0﹪，嚴(yán)格控制反應(yīng)器出口溫升速度≤30℃/h，緩慢將 CO2 加熱器出口溫度提至200 ～220℃，嚴(yán)格控制 反應(yīng)器溫度在 220 ～240℃，對 TH-3 型脫氫催化劑進(jìn)行深層高溫活化。由于 CO2 原料氣中 H2 含量大，故反應(yīng)后出脫氫反應(yīng)器的氣體溫升也大，溫升約為 50℃/1﹪H2（體積分?jǐn)?shù)）。（6）待 CO2 加熱器和脫氫反應(yīng)器出口溫度穩(wěn)定后，系統(tǒng)穩(wěn)定 8h 以上，然后降低入口溫度至150℃轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。2.3 脫氫系統(tǒng)運(yùn)行注意事項（1）升溫及升壓過程要平穩(wěn)。（2） 脫氫反應(yīng)器入口氣中總硫的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)＜0.1×10-6。（3）CO2 原料氣中嚴(yán)禁帶油。（4）定時分析進(jìn)、出口氣中各成分的含量，特別是 H2S、COS、CH3OH 和 CO 的含量。一旦發(fā)現(xiàn)總硫超標(biāo)，需連續(xù)分析并采取措施降低總硫含量至合格，同時將脫氫切出系統(tǒng)。2.4 正常操作條件入口氣中總硫的體積分?jǐn)?shù)：≤0.1×10-6使用空速：≤（10 000~30 000）h-1溫 度：140～250℃壓 力：0～20MPa3 影響脫氫催化劑活性的因素3.1 TH-3 型脫氫催化劑抗硫性能脫氫催化劑抗硫性能是關(guān)鍵指標(biāo)，因為硫化物是脫氫催化劑的主要毒物，CO2 原料氣總硫含量較高時，催化劑表面被硫化物覆蓋，影響活性組分與 H2 的反應(yīng)；而當(dāng) CO2 原料氣總硫含量較低時，其表面活性組分與 H2 充分接觸反應(yīng)，脫氫效率提高。硫含量越高，脫氫催化劑使用壽命越短。當(dāng)前工段 CO2 原料氣總硫含量較高時，脫氫系統(tǒng)可改走副線運(yùn)行，待 CO2 中總硫恢復(fù)正常時再改走主線，以保持 TH-3 型脫氫催化劑的活性。3.2 空速對催化劑活性的影響裝置高負(fù)荷運(yùn)行時，催化劑空速較高，CO2 原料氣在反應(yīng)器中的停留時間減少不利于脫氫反應(yīng)的完全進(jìn)行。因此，脫氫反應(yīng)完成程度受裝置負(fù)荷影響較大，在催化劑允許空速范圍內(nèi)，空速每上升1 000 h-1，反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度需提高 1~2℃。3.3 脫氫催化劑的強(qiáng)度脫 氫 反 應(yīng) 器 床 層 阻 力 降 基 本 維 持 在0.02~0.03MPa，隨負(fù)荷小幅波動，說明該催化劑強(qiáng)度良好。如果床層阻力降升高，說明催化劑有可能部分粉化，催化劑強(qiáng)度降低。3.4 脫氫催化劑的壽命CO2 原料氣總硫指標(biāo)保持在≤1.0mg/Nm3，若裝置大修長期停車后開車，脫氫系統(tǒng)進(jìn)氣可先走副線運(yùn)行一段時間，使設(shè)備及管線腐蝕下來的氧化鐵粉末隨 CO2 氣體帶走后，再投運(yùn)脫氫系統(tǒng)，可防止并消除氧化鐵粉末污染脫氫催化劑，延長其使用壽命。3.5 脫氫催化劑失活原因分析脫氫催化劑失活主要是因為 CO2 原料氣中總硫超標(biāo)或催化劑使用年限較長，導(dǎo)致催化劑中累積硫含量較高。如我公司三期尿素脫氫催化劑出口氫含量超標(biāo)，失活催化劑卸下來經(jīng) X 射線熒光光譜分析，催化劑中累積硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)1.02％；一期尿素脫氫催化劑使用 6a 后，失活樣品經(jīng) XRF 分析，累積硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá) 10％。所以脫氫催化劑在使用過程中要嚴(yán)格控制 CO2 原料氣中總硫的含量。4 結(jié)語在日常生產(chǎn)中維護(hù)好脫氫催化劑的穩(wěn)定運(yùn)行對整個裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要，因此，要防止前工段 CO2 原料氣中總硫含量超標(biāo)，防止 CO2原料氣帶油，盡量避免負(fù)荷、溫度的大幅度波動，長停大修后開車，要做好脫氫催化劑的升溫還原，防止鐵銹等雜質(zhì)污染脫氫催化劑，以延長脫氫催化劑的使用壽命。（收稿日期：2014-04-20）38 2014 年第 35 卷

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