氨合成催化劑升溫還原水汽濃度測定的探析

張香桃（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 031600）

氨合成催化劑升溫還原水汽濃度測定的探析

張香桃
（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 031600）

摘要：長期以來，測定合成氨分離成催化劑時(shí)的水汽濃度時(shí)都會(huì)受到堿石棉稱量測定的制約，這也增加了化肥生產(chǎn)停車檢修的難度。本文主要分析了測定合成氨分離成催化劑中的水汽濃度時(shí)所遇到的問題，并制訂了解決方案。

關(guān)鍵詞：氨合成催化劑；升溫還原；水汽濃度測定

現(xiàn)今我國在測定合成氨分廠形成催化劑時(shí)的水汽濃度往往會(huì)受到許多不良因素的影響，所以，必須熟練掌握水汽濃度的測定方法，這樣才能為催化劑的升溫還原提供可信的數(shù)據(jù)依據(jù)，增加催化劑的活性，延長催化劑的使用壽命?？萍嫉娘w速發(fā)展進(jìn)步，使人們研究出了一種新的測定氨催化時(shí)的水汽水汽濃度的方法，即借助化肥系統(tǒng)停車檢修的短暫時(shí)間，對(duì)催化劑升溫還原水汽濃度開展綜合性較強(qiáng)的分析測定工作，這種方法能夠較好的滿足人們的工作需求。

分析各種工藝指標(biāo)也不難發(fā)現(xiàn)，這種方式的實(shí)用性和準(zhǔn)確性是很強(qiáng)的，并發(fā)現(xiàn)了影響合成塔催化劑活性及使用期限的具體原因，深入分析后取得了突破性的進(jìn)展，增強(qiáng)了催化劑的活性并大大延長了其使用年限，這也為化肥系統(tǒng)穩(wěn)定性、連續(xù)性的增強(qiáng)奠定了基礎(chǔ)，使其產(chǎn)量更高、工作周期更長?；试谶M(jìn)行停車檢修工作之前，專業(yè)的攻關(guān)小組人員要開展靜態(tài)帶水實(shí)驗(yàn)，常溫帶水試驗(yàn),熱態(tài)模擬生產(chǎn)試驗(yàn)。進(jìn)行足夠多的實(shí)驗(yàn)來提供所需數(shù)據(jù)，然后將電石吸收色譜法測定法作為主要方法，電石吸收稱量法提供輔助作用，并探明堿石棉稱量法測定準(zhǔn)確性差的根源。

1　電石吸收色譜法測定

利用電石吸收色譜法進(jìn)行測定工作的主要原理是把合成塔的循環(huán)氣體裝進(jìn)電石的U型管之中，這便會(huì)使里面的水汽和電石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生乙炔，將最終排出的氣體統(tǒng)一收集，并通過色譜儀進(jìn)行測定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣體和樣品氣體所形成的峰面積間的比例來算出乙炔的濃度，并最終確定水汽的濃度。

在后面的測定工作中所用色譜法常常會(huì)受到HC4的不良影響，所以要將電石吸收稱量法所獲得的數(shù)據(jù)作為主要依據(jù)。合成塔觸媒升溫還原數(shù)日后，會(huì)獲得大約500多個(gè)分析數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都屬于所測得出的瞬時(shí)濃度。還要注意在收集U形管中最終生成的乙炔氣體時(shí)，一般要使用向下排空氣法。

2　電石吸收稱量法測定

利用電石吸收稱量法進(jìn)行測定的工作原理是把合成塔中的循環(huán)氣體通過含有電石的U形管，這便會(huì)使水汽與電石間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生乙炔，最后排出后，電石本身就會(huì)轉(zhuǎn)化成氫氧化鈣并留在U形管中。測定重量的差值并根據(jù)所通過的氣體總量來確定水汽的難度，這種測定方法是工作人員在進(jìn)行實(shí)測轉(zhuǎn)化率工作時(shí)所總結(jié)得出的，是我國獨(dú)一無二的測定方法，外界的許多測定機(jī)構(gòu)甚至都不知道。

3　堿石棉稱量法測定不準(zhǔn)的原因

堿石棉稱量法的實(shí)質(zhì)是利用物理吸附的原理，使用該種方法所測定出來的結(jié)果通常要偏小，但到達(dá)出水的高峰期時(shí)，卻又常常會(huì)產(chǎn)生負(fù)值。各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都遭遇過雷同的現(xiàn)象，比如邯鄲化肥廠、原平化肥廠、江西二化，所以大家也都因此在研究新型的測量方法，現(xiàn)今已出現(xiàn)的有電石轉(zhuǎn)化比色分析法、色譜測定法等。使用堿石棉稱量測定法時(shí)要在石棉的表面涂上堿液，借助強(qiáng)堿比如氫氧化鈉所具有的強(qiáng)吸水性以及石棉所具有的松散性及透氣性來保證通氣的順利性。實(shí)驗(yàn)中有關(guān)人員認(rèn)為石棉的堿度太低而該為NaOH來進(jìn)行吸收，可是結(jié)果依然較小，并且還是會(huì)產(chǎn)生負(fù)值。下文論述中，我們深入探究了其原因，堿石棉吸收水分屬于物理吸附,還原氣的水分通過吸收管存在

兩個(gè)平衡：一是堿石棉吸附平衡,二是與氣樣的化學(xué)平衡。

NH3+H2O=NH3·H2O

NH3·H2O樣氣通過減壓后溫度很低,幾乎降為室溫,化學(xué)吸附遠(yuǎn)甚于物理吸附。很明顯，還原反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，使氮含量逐漸升高，這便可以解釋為什么檢測結(jié)果較小甚至產(chǎn)生負(fù)值了。因此攻關(guān)組覺得，堿石棉法在測定氨合成升溫還原形成水濃度時(shí)還是不夠科學(xué)的，以后不應(yīng)繼續(xù)使用。但電石吸收法就不會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，所以在化肥廠的合成塔催化劑升溫還原水汽濃度的測定工作中最好使用這一方法。

4　結(jié)果驗(yàn)證

這次升溫還原一共使用了14.6t催化劑,共14萬元人民幣。理論出水量4307kg,實(shí)際累計(jì)排水4086kg。依據(jù)這些數(shù)據(jù)測定出出水量為4004kg,誤差為2%。這更增加了該方法的可信度。兩種方法結(jié)合起來使用，不僅有瞬時(shí)濃度，還有平均結(jié)果，實(shí)時(shí)了解出水狀況。這除了能夠反映溫度的改變，還能減緩溫度的改變。在水汽濃度測試值不大于1-2g/m3的原則下進(jìn)行升溫還原,有效保證了催化劑活性和使用壽命,所以具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

5　注意事項(xiàng)

使用電石法來開展測定工作，能很好的滿足實(shí)驗(yàn)的需求，并且在長期的合成催化劑升溫還原工作中也體現(xiàn)了其自身的顯著優(yōu)勢(shì)，使得開展公藝的控制工作時(shí)能有可信度較高的依據(jù)。電石吸收色譜法有著其他方法所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但我們一定不能忽略下列工作，即該方法在使用后期會(huì)受到CH4的不良影響，因此要使用電石吸收稱量法來提供輔助作用。尤其是電石吸收稱量法與電石吸收色譜法的結(jié)合使用，能夠協(xié)調(diào)工作，互相彌補(bǔ)不足，因此有著廣泛的應(yīng)用。主要原因是，首先，在進(jìn)行測量工作時(shí)，不會(huì)受到氣象組分的不良影響，有著很高的準(zhǔn)確度，開展工作時(shí)也不會(huì)相互影響。其次，所使用的設(shè)備很簡單且經(jīng)濟(jì)性很強(qiáng)，可以大面積的使用和推廣。

結(jié)語

綜合本文論述，為了促進(jìn)我國氨合成催化劑升溫還原水汽濃度測定工作水平的提高，我們不應(yīng)該再繼續(xù)使用堿石棉吸收重量法，而要采取科學(xué)性較高的電石吸收轉(zhuǎn)換法。在測定合成塔觸媒升溫還原水汽濃度時(shí)，也應(yīng)使用電石吸收色譜法和電石吸收重量法相結(jié)合的方式，這樣才能獲得最佳的工作效果。電石吸收色譜法具有操作簡單、靈敏性強(qiáng)、效率高、數(shù)據(jù)可靠性強(qiáng)的顯著優(yōu)點(diǎn)，與電石吸收重量法協(xié)調(diào)使用，可以很好的彌補(bǔ)彼此的不足。還要注意，在使用電石吸收轉(zhuǎn)化法來測定還原水汽的濃度時(shí)，一定要挑選粒度直徑不大于2.5mm的電石，這樣獲取的樣品氣體才具有代表性，才能提高最終結(jié)果的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。

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中圖分類號(hào)：TQ11

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