氨合成催化劑升溫還原水汽濃度測(cè)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(cè)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(zhǎng)期以來，測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定

現(xiàn)今我國(guó)在測(cè)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(cè)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(zhǎng)催化劑的使用壽命。科技的飛速發(fā)展進(jìn)步，使人們研究出了一種新的測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)?；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(cè)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(cè)定準(zhǔn)確性差的根源。

1　電石吸收色譜法測(cè)定

利用電石吸收色譜法進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定

利用電石吸收稱量法進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)定方法是工作人員在進(jìn)行實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)化率工作時(shí)所總結(jié)得出的，是我國(guó)獨(dú)一無二的測(cè)定方法，外界的許多測(cè)定機(jī)構(gòu)甚至都不知道。

3　堿石棉稱量法測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定法等。使用堿石棉稱量測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定工作，能很好的滿足實(shí)驗(yàn)的需求，并且在長(zhǎng)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(cè)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(jiǎn)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(guó)氨合成催化劑升溫還原水汽濃度測(cè)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(cè)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(jiǎn)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(cè)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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