一段甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的應(yīng)用評(píng)價(jià)

【摘要】： 布朗深冷凈化合成氨工藝是90年代先進(jìn)的合成氨工藝，其特殊的轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)和低溫一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝條件，使得該工藝具有高熱利用效率和低的能耗。但是，新的一段轉(zhuǎn)化爐工藝設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)化催化劑的性能要求提供了特殊的要求，四川天華股份有限公司的300kt／a布朗流程裝置的運(yùn)行過(guò)程中，最初使用國(guó)內(nèi)普遍使用的西南化工研究院生產(chǎn)的Z111／CN-16甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行一年后出現(xiàn)床層阻力降逐步上升的趨勢(shì)，通過(guò)停車檢查發(fā)現(xiàn)催化劑在正常使用條件下催化劑出現(xiàn)了析碳破碎現(xiàn)象。本文工作，通過(guò)對(duì)布朗流程工藝過(guò)程參數(shù)及反應(yīng)狀況的分析，確定了適用于布朗流程甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化操作的催化劑，并對(duì)該催化劑在使用過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)和運(yùn)行情況進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)布朗流程操作條件下，四川化工廠生產(chǎn)的球形Z112-1Q／2Q催化劑可以滿足該特殊生產(chǎn)條件的需要。 對(duì)Z112-1Q(7孔大球)和Z112-2Q(3孔小球)催化劑的流體力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征等問(wèn)題進(jìn)行了討論，根據(jù)布朗流程轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了下層使用φ16-17大球催化劑Z112-1Q和上層使用φ12-13小球催化劑Z112-2Q雙層填裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)嚴(yán)格控制催化劑的填裝過(guò)程、各催化劑管的阻力均衡，有效地控制了催化劑床層的反應(yīng)活性和流體力學(xué)特性。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制催化劑的升溫還原、停車鈍化，選用的新催化劑及新的催化劑填充方案證明是一種較優(yōu)的改進(jìn)方案。 通過(guò)對(duì)催化劑2112一IQ/ZQ的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)新催化劑的內(nèi) 部開孔改善傳質(zhì)傳熱特性，同時(shí)在催化劑的化學(xué)組成中添加了稀土氧化物助劑， 使催化劑的抗析碳性能大幅度提高。新催化劑使用工藝條件為:水碳比左.5、 壓力0.7一4.0 Mpa、溫度450一850oC。通過(guò)近三年的工業(yè)運(yùn)行，2112一IQ/ZQ催化 劑具有良好的催化活性。球形催化劑的光滑表面和規(guī)則填充也使得新催化劑具 有良好的流體力學(xué)性能，該催化劑連續(xù)運(yùn)行三年后床層阻力仍然低于320 kPa， 而原使用的催化劑卻在運(yùn)行14個(gè)月床層阻力便突破320 kPa。結(jié)果證明，新催 化劑不僅具有良好的傳質(zhì)傳熱性能和反應(yīng)性能，同時(shí)還具有良好的抗析碳性能 和抗破碎能力，對(duì)于布朗流程中152x9一9.smm轉(zhuǎn)化管來(lái)說(shuō)，所選擇的催化劑和 催化劑填裝方案等改造工作是正確的。 【關(guān)鍵詞】：布朗合成氨工藝 一段轉(zhuǎn)化 床層壓力降 催化活性
【學(xué)位授予單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號(hào)】：TQ113.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 1 前言9-14
• 1.1 合成氨的意義9-10
• 1.1.1 氨的主要性質(zhì)9
• 1.1.2 氨的主要用途9
• 1.1.3 氨的主要生產(chǎn)工藝9-10
• 1.2 布朗深冷凈化合成氨工藝簡(jiǎn)介10-11
• 1.2.1 工藝流程10
• 1.2.2 工藝主要特點(diǎn)10-11
• 1.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化存在的問(wèn)題和課題研究方向11-14
• 1.3.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化運(yùn)行中存在的問(wèn)題11-13
• 1.3.2 課題研究方向13-14
• 2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑14-29
• 2.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的組成14-20
• 2.1.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑中主催化劑的選擇14
• 2.1.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑中載體及助催化劑的選擇14-16
• 2.1.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑中稀土氧化物的使用16-18
• 2.1.4 國(guó)內(nèi)大型合成氨裝置常用一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑18-20
• 2.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的物理結(jié)構(gòu)20-22
• 2.2.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的比表面和鎳的分散狀況21
• 2.2.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的孔率和孔徑分布21-22
• 2.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的外形和尺寸22-25
• 2.3.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的裝填性能22
• 2.3.2 催化劑活性的影響因素22-24
• 2.3.3 對(duì)一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐阻力的影響24
• 2.3.4 對(duì)工藝氣流分布和傳熱性能的影響24
• 2.3.5 對(duì)一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑機(jī)械強(qiáng)度的影響24-25
• 2.4 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的使用要求25-27
• 2.4.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑應(yīng)具備的機(jī)械耐壓強(qiáng)度25-27
• 2.4.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的粒度27
• 2.5 四川天華公司對(duì)一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的選擇:27-29
• 3 Z112-1Q／2Q催化劑的工業(yè)實(shí)施29-46
• 3.1 布朗深冷凈化合成氨工藝一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2 Z112-1Q／2Q催化劑簡(jiǎn)介30
• 3.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑活性分析30-33
• 3.3.1 小顆粒一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑活性測(cè)定31
• 3.3.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑表觀活性測(cè)定31-32
• 3.3.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的裝填幾何表面積32-33
• 3.4 Z112-1Q／2Q催化劑工業(yè)裝填33-36
• 3.4.1 填裝方案33
• 3.4.2 裝填過(guò)程33-36
• 3.4.3 裝填結(jié)果36
• 3.5 Z112-1Q／2Q催化劑的還原活化36-43
• 3.5.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的還原機(jī)理37-39
• 3.5.2 還原工藝條件的選擇39-40
• 3.5.3 Z112-1Q／Z112-2Q催化劑的升溫還原過(guò)程40-42
• 3.5.4 Z112-1Q／2Q催化劑還原終點(diǎn)的判斷42-43
• 3.6 Z112-1Q／2Q催化劑的鈍化43-46
• 3.6.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑鈍化介質(zhì)的選擇和鈍化原理43-44
• 3.6.2 鈍化工藝條件的選擇和確定44-45
• 3.6.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的鈍化過(guò)程45-46
• 4 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑運(yùn)行性能分析46-59
• 4.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的運(yùn)行情況46-51
• 4.1.1 低水碳比合成氨工藝對(duì)一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑阻力的要求46-47
• 4.1.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的運(yùn)行情況:47-51
• 4.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)和物料平衡51-54
• 4.2.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)51-52
• 4.2.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化的物料平衡52-54
• 4.3 一段蒸汽轉(zhuǎn)化阻力分析54-59
• 4.3.1 一段蒸汽轉(zhuǎn)化管阻力降測(cè)定54
• 4.3.2 一段蒸汽轉(zhuǎn)化的流體阻力和流速分布54-59
• 5 結(jié)束語(yǔ)59-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 碩士期間發(fā)表論文63-64
• 致謝64-65
• 附錄65-76
• 聲明76

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