觸媒的裝填及裝填因素對(duì)其性能的影響

劉站華

摘要：寧波富德能源有限公司的甲醇制烯烴項(xiàng)目采用是我國(guó)自主研制的低碳制烯烴的新技術(shù)，其中烯烴分離及烯烴轉(zhuǎn)化裝置有多臺(tái)處理器、反應(yīng)器需要裝填觸媒，而裝填的質(zhì)量直接影響開(kāi)車后觸媒的吸附或反應(yīng)效果，同時(shí)對(duì)上下游常動(dòng)閥門的維護(hù)起到關(guān)鍵作用。本文主要是探討觸媒如何裝填、不同因素對(duì)觸媒性能產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：觸媒;裝填;裝填密度;性能影響

1、引言

在傳統(tǒng)乙烯裝置工藝中，習(xí)慣上將分子篩、吸附劑、催化劑等化工三劑稱之為觸媒。觸媒的裝填工作

是一項(xiàng)較為繁雜的工作，不僅需要做好裝填記錄，也要對(duì)裝填細(xì)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)確認(rèn)。其中觸媒的裝填密度，往往直接影響其物理或化學(xué)性能，甚至容器進(jìn)出管線前后調(diào)節(jié)閥、開(kāi)關(guān)閥的使用壽命。工業(yè)觸媒裝填方法采用人工倒袋裝填，實(shí)驗(yàn)室有采取震動(dòng)裝填的手段來(lái)消除觸媒裝填時(shí)產(chǎn)生的“架拱”現(xiàn)象，可以使顆粒重排、有利于降低顆粒間的孔粒，使得裝填密度更加均勻。但是裝置現(xiàn)場(chǎng)裝填很難達(dá)到這樣的條件，因此，如何減小觸媒的裝填密度差就成為決定裝填效果好壞的關(guān)鍵。

控制觸媒的裝填密度是觸媒裝填的一種重要手段。裝填密度差的大小取決于觸媒重量、裝填時(shí)間、裝填周期以及裝填高度。裝填時(shí)要求每一袋觸媒的重量、裝填的時(shí)間間隔盡可能相差不多，而通過(guò)布袋延伸至容器底部的方式盡量保證裝填高度的差異最小化。

2、觸媒的裝填

2.1裝填工具及人員準(zhǔn)備

準(zhǔn)備好裝填所需工具：消防水管、帶線電箱、變壓器、防護(hù)面罩、油布、繩梯、保險(xiǎn)帶、噸袋、卷尺、吊尺、叉車、吊車、空壓機(jī)、手套、頭燈、防護(hù)眼鏡、記號(hào)筆、連體服、腳踏板、木板等。

配備相關(guān)人員：記錄員1名、工藝員1名、協(xié)調(diào)員1名、叉車工1名、吊車工1名、開(kāi)蓋工1名、推桶工4名、牽袋工3名、接袋工3名、進(jìn)罐工1名，共17人。

2.2裝填前的確認(rèn)工作

在裝填觸媒之前，要確保底部支撐格柵焊牢、拼裝固定好，鋪好絲網(wǎng)后，設(shè)備專業(yè)人員進(jìn)入容器內(nèi)部檢查絲網(wǎng)的邊角折邊是否貼緊器壁，防止邊際空隙落下觸媒至容器底部。容器具備裝填條件后，將與容器相連的管線上下游閥門關(guān)閉，打開(kāi)人孔，分析容器內(nèi)氧含量高于20%，辦理受限空間作業(yè)許可證后方可進(jìn)入。底部排污口用油布包好堵住，待裝完之后清掃罐底灑落下來(lái)的觸媒粉末后再拿掉。而頂部如有出入接口管道延伸至罐內(nèi)并開(kāi)口朝向向上，需拿油布包裹開(kāi)口，以防裝填時(shí)從此口落入管道之中。檢查裝填所用工具是否齊全。檢查觸媒和瓷球是否符合要求，數(shù)量是否足夠，觸媒是否破碎，如發(fā)現(xiàn)粉碎嚴(yán)重應(yīng)進(jìn)行篩選。確認(rèn)觸媒設(shè)計(jì)裝填密度，確認(rèn)瓷球設(shè)計(jì)裝填密度。

2.3觸媒的裝填步驟

（1）拆除床層壓緊格柵，以便于進(jìn)罐人員活動(dòng)和填裝，拆除時(shí)記錄每塊格柵的位置以便于回裝，按照裝填進(jìn)度逐層回裝。按要求將底部的支撐柵板安裝固定好。

（2）用吊車將袋裝惰性瓷球運(yùn)送至裝填平臺(tái)，從人孔將瓷球送入容器內(nèi)。瓷球及剛開(kāi)始幾袋觸媒需進(jìn)罐工佩戴好密閉式呼吸器、連體服、防護(hù)面罩及眼鏡、板鞋等，順著繩梯進(jìn)入罐底。開(kāi)始裝填時(shí)，先將不同規(guī)格的瓷球按照裝填圖逐層裝填。瓷球和觸媒用底部固定有消防水帶的方形料斗一直順至底部，進(jìn)罐工需手拿消防水帶均勻地鋪好瓷球及觸媒，一定要注意絲網(wǎng)邊角，防止瓷球從器壁縫隙處掉下。

（3）記錄員記錄每一次觸媒裝填的時(shí)間，并盡量保證每次裝填時(shí)間相差不超過(guò)1分鐘。而每裝填完500mm觸媒為1個(gè)周期，進(jìn)罐工需重新下罐用木板將觸媒刮鋪整齊，記錄員將吊尺放下以記錄每一周期的裝填高度。

（4）裝填高度要以容器的實(shí)際尺寸為準(zhǔn)，一般容器都焊有限位圈，確保觸媒的裝填高度并留下上層瓷球的空間。一般情況下，瓷球裝填完后剛好與限位圈持平。

（5）當(dāng)所有觸媒及瓷球裝填完畢之后，進(jìn)罐工將頂部絲網(wǎng)鋪好，而壓緊格柵直接壓在頂部絲網(wǎng)上面并用螺栓拼接固定，注意絲網(wǎng)與容器壁的貼合，然后再安裝兩根橫梁將格柵、絲網(wǎng)固定。

（6）清掃掉罐底掉落粉塵后，拿掉頂部管口和底部管口遮蓋油布，回裝容器頂部和底部人孔，觸媒裝填完畢。

3、不同因素對(duì)觸媒裝填的影響

觸媒裝填過(guò)程中，一些因素直接影響觸媒的性能。其中裝填密度的大小、絲網(wǎng)規(guī)格的選擇、瓷球的選擇對(duì)其影響最為明顯。

3.1裝填密度

觸媒的裝填密度也就是容器單位體積下所裝催化劑的重量。裝填密度是觸媒的裝填作業(yè)最為重要的考察參數(shù)，一般列入裝填考核指標(biāo)之中。裝填密度的大小直接影響觸媒反應(yīng)的性能。裝填密度越大，單位體積內(nèi)所裝觸媒量越多，起催化作用、助催化作用或吸附作用的觸媒量就越多，收率越大。但并非裝填密度越大越好，隨著裝填密度的加大，觸媒之間的空隙也就隨之減小，物料通過(guò)容器所受阻力增大，反應(yīng)停留時(shí)間增長(zhǎng)，可能導(dǎo)致過(guò)度反應(yīng)發(fā)生，極端情況下反應(yīng)溫度無(wú)法控制會(huì)導(dǎo)致停車事故。此外，裝填密度過(guò)大也會(huì)對(duì)觸媒強(qiáng)度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致觸媒破損，從而降低了反應(yīng)的有效部位，堵塞下游管線閥門。因此合適的裝填密度尤為重要。

3.2裝填時(shí)間

噸袋觸媒裝填間隔盡量保持一致，因?yàn)橛|媒為顆粒狀固體，裝入容器中后相互之間會(huì)自行擠壓，受重力的作用使得開(kāi)始較松的狀態(tài)變成較緊的狀態(tài)。而裝填時(shí)間的一致性保證了重力作用的均衡性，盡可能使得袋與袋之間的裝填密度相同。而一個(gè)周期之后的裝填時(shí)間比上一周期適當(dāng)縮短，因?yàn)榈撞康挠|媒受上面觸媒重量的影響，壓緊度也會(huì)有所增加。

3.3裝填高度

裝填高度要以罐的實(shí)際高度為準(zhǔn)。每裝500mm左右均需將吊尺吊下進(jìn)行測(cè)量，確保裝填高度的一致性，高度一致則體積一致。如果裝填高度比平均值低，則可以在下一袋多倒入一些，反之如果裝填高度比平均值高，則可以在下一袋少倒入一些。而當(dāng)每一個(gè)周期的裝填質(zhì)量與裝填高度產(chǎn)生矛盾時(shí)，以裝填高度為準(zhǔn)。

3.4絲網(wǎng)規(guī)格

絲網(wǎng)一般情況下鋪于支撐格柵之上和壓緊格柵之下，主要是防止觸媒掉入容器底部，同時(shí)也可以起到支撐作用。有些情況下，按照設(shè)計(jì)單位要求，瓷球與觸媒之間，不同規(guī)格觸媒之間也需鋪設(shè)絲網(wǎng)。大部分的絲網(wǎng)采用304或316不銹鋼制成。而絲網(wǎng)規(guī)格一般以目數(shù)乘以絲徑來(lái)表示。比如20mesh×1.8，即該絲網(wǎng)目數(shù)為20目，絲徑為1.8mm。絲網(wǎng)目數(shù)也就是每英寸的網(wǎng)孔數(shù)。目數(shù)可以說(shuō)明絲網(wǎng)孔洞絲與絲之間的疏密程度，目數(shù)越高絲網(wǎng)越密，網(wǎng)孔越小。選擇合適的絲網(wǎng)規(guī)格是裝填觸媒好壞的關(guān)鍵。

3.5絲網(wǎng)強(qiáng)度

當(dāng)絲網(wǎng)目數(shù)高時(shí)，絲徑往往很小，但絲徑并非越細(xì)越好，絲徑越細(xì)，絲網(wǎng)強(qiáng)度越小，容器充壓、泄壓以及再生時(shí)的強(qiáng)大氣流有可能將絲網(wǎng)沖破，因此合適的絲徑也是確保絲網(wǎng)能否滿足工藝條件的重要條件。

3.6瓷球的選擇

在裝填觸媒之前鋪設(shè)瓷球時(shí)往往需要鋪設(shè)兩層甚至3到4層。一般鋪底層瓷球時(shí)從下到上瓷球的尺寸逐漸減小，而鋪?lái)攲拥拇汕驎r(shí)尺寸則是逐漸加大。由于尺寸較小的瓷球可能會(huì)漏入到間隙較大的瓷球里面，因此購(gòu)買瓷球時(shí)，要以體積量進(jìn)行采購(gòu)，而在實(shí)際裝填過(guò)程中也反映出不同規(guī)格的瓷球裝填密度不同，瓷球越小裝填密度越大。

4、結(jié)語(yǔ)

觸媒的裝填質(zhì)量的好壞直接影響觸媒的物理化學(xué)性能。通過(guò)對(duì)如何裝填觸媒、裝填觸媒時(shí)需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行了闡述，同時(shí)就各種因素對(duì)觸媒的影響，探討了合適的裝填密度、絲網(wǎng)規(guī)格以及瓷球選擇等裝填因素是保證觸媒性能的關(guān)鍵所在。

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