一段甲烷水蒸汽转化催化剂的应用评价

【摘要】： 布朗深冷净化合成氨工艺是90年代先进的合成氨工艺，其特殊的转化炉结构和低温一段转化反应工艺条件，使得该工艺具有高热利用效率和低的能耗。但是，新的一段转化炉工艺设计为转化催化剂的性能要求提供了特殊的要求，四川天华股份有限公司的300kt／a布朗流程装置的运行过程中，最初使用国内普遍使用的西南化工研究院生产的Z111／CN-16甲烷蒸汽转化催化剂，发现运行一年后出现床层阻力降逐步上升的趋势，通过停车检查发现催化剂在正常使用条件下催化剂出现了析碳破碎现象。本文工作，通过对布朗流程工艺过程参数及反应状况的分析，确定了适用于布朗流程甲烷蒸汽转化操作的催化剂，并对该催化剂在使用过程中的有关参数和运行情况进行了讨论，发现布朗流程操作条件下，四川化工厂生产的球形Z112-1Q／2Q催化剂可以满足该特殊生产条件的需要。 对Z112-1Q(7孔大球)和Z112-2Q(3孔小球)催化剂的流体力学和反应动力学特征等问题进行了讨论，根据布朗流程转化炉的结构特点，确定了下层使用φ16-17大球催化剂Z112-1Q和上层使用φ12-13小球催化剂Z112-2Q双层填装结构，通过严格控制催化剂的填装过程、各催化剂管的阻力均衡，有效地控制了催化剂床层的反应活性和流体力学特性。经过严格控制催化剂的升温还原、停车钝化，选用的新催化剂及新的催化剂填充方案证明是一种较优的改进方案。 通过对催化剂2112一IQ/ZQ的化学性质和物理性质分析，发现新催化剂的内 部开孔改善传质传热特性，同时在催化剂的化学组成中添加了稀土氧化物助剂， 使催化剂的抗析碳性能大幅度提高。新催化剂使用工艺条件为:水碳比左.5、 压力0.7一4.0 Mpa、温度450一850oC。通过近三年的工业运行，2112一IQ/ZQ催化 剂具有良好的催化活性。球形催化剂的光滑表面和规则填充也使得新催化剂具 有良好的流体力学性能，该催化剂连续运行三年后床层阻力仍然低于320 kPa， 而原使用的催化剂却在运行14个月床层阻力便突破320 kPa。结果证明，新催 化剂不仅具有良好的传质传热性能和反应性能，同时还具有良好的抗析碳性能 和抗破碎能力，对于布朗流程中152x9一9.smm转化管来说，所选择的催化剂和 催化剂填装方案等改造工作是正确的。 【关键词】：布朗合成氨工艺 一段转化 床层压力降 催化活性
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TQ113.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 1 前言9-14
• 1.1 合成氨的意义9-10
• 1.1.1 氨的主要性质9
• 1.1.2 氨的主要用途9
• 1.1.3 氨的主要生产工艺9-10
• 1.2 布朗深冷净化合成氨工艺简介10-11
• 1.2.1 工艺流程10
• 1.2.2 工艺主要特点10-11
• 1.3 一段蒸汽转化存在的问题和课题研究方向11-14
• 1.3.1 一段蒸汽转化运行中存在的问题11-13
• 1.3.2 课题研究方向13-14
• 2 一段蒸汽转化催化剂14-29
• 2.1 一段蒸汽转化催化剂的组成14-20
• 2.1.1 一段蒸汽转化催化剂中主催化剂的选择14
• 2.1.2 一段蒸汽转化催化剂中载体及助催化剂的选择14-16
• 2.1.3 一段蒸汽转化催化剂中稀土氧化物的使用16-18
• 2.1.4 国内大型合成氨装置常用一段蒸汽转化催化剂18-20
• 2.2 一段蒸汽转化催化剂的物理结构20-22
• 2.2.1 一段蒸汽转化催化剂的比表面和镍的分散状况21
• 2.2.2 一段蒸汽转化催化剂的孔率和孔径分布21-22
• 2.3 一段蒸汽转化催化剂的外形和尺寸22-25
• 2.3.1 一段蒸汽转化催化剂的装填性能22
• 2.3.2 催化剂活性的影响因素22-24
• 2.3.3 对一段蒸汽转化炉阻力的影响24
• 2.3.4 对工艺气流分布和传热性能的影响24
• 2.3.5 对一段蒸汽转化催化剂机械强度的影响24-25
• 2.4 一段蒸汽转化催化剂的使用要求25-27
• 2.4.1 一段蒸汽转化催化剂应具备的机械耐压强度25-27
• 2.4.2 一段蒸汽转化催化剂的粒度27
• 2.5 四川天华公司对一段蒸汽转化催化剂的选择:27-29
• 3 Z112-1Q／2Q催化剂的工业实施29-46
• 3.1 布朗深冷净化合成氨工艺一段蒸汽转化炉结构29-30
• 3.2 Z112-1Q／2Q催化剂简介30
• 3.3 一段蒸汽转化催化剂活性分析30-33
• 3.3.1 小颗粒一段蒸汽转化催化剂活性测定31
• 3.3.2 一段蒸汽转化催化剂表观活性测定31-32
• 3.3.3 一段蒸汽转化催化剂的装填几何表面积32-33
• 3.4 Z112-1Q／2Q催化剂工业装填33-36
• 3.4.1 填装方案33
• 3.4.2 装填过程33-36
• 3.4.3 装填结果36
• 3.5 Z112-1Q／2Q催化剂的还原活化36-43
• 3.5.1 一段蒸汽转化催化剂的还原机理37-39
• 3.5.2 还原工艺条件的选择39-40
• 3.5.3 Z112-1Q／Z112-2Q催化剂的升温还原过程40-42
• 3.5.4 Z112-1Q／2Q催化剂还原终点的判断42-43
• 3.6 Z112-1Q／2Q催化剂的钝化43-46
• 3.6.1 一段蒸汽转化催化剂钝化介质的选择和钝化原理43-44
• 3.6.2 钝化工艺条件的选择和确定44-45
• 3.6.3 一段蒸汽转化催化剂的钝化过程45-46
• 4 一段蒸汽转化催化剂运行性能分析46-59
• 4.1 一段蒸汽转化催化剂的运行情况46-51
• 4.1.1 低水碳比合成氨工艺对一段蒸汽转化催化剂阻力的要求46-47
• 4.1.2 一段蒸汽转化催化剂的运行情况:47-51
• 4.2 一段蒸汽转化的化学反应和物料平衡51-54
• 4.2.1 一段蒸汽转化的化学反应51-52
• 4.2.2 一段蒸汽转化的物料平衡52-54
• 4.3 一段蒸汽转化阻力分析54-59
• 4.3.1 一段蒸汽转化管阻力降测定54
• 4.3.2 一段蒸汽转化的流体阻力和流速分布54-59
• 5 结束语59-61
• 参考文献61-63
• 硕士期间发表论文63-64
• 致谢64-65
• 附录65-76
• 声明76

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