合成氨催化剂的使用判断      □化工部科学技术研究总院  汤洪良    要能正确判断催化剂使用的结果，必须在催化剂到厂检查、预处理、装填、升温还原、使用记录、更换催化剂等各过程中把工作做细、做全面，否则催化剂使用判断很难进行。    在上几项工作做好后，判断催化剂的使用情况就比较容易。    一、反应温度变化是判断催化剂使用情况的重要依据    催化反应，尤其是合成氨的催化反应（气固相催化）都伴随着放热和吸热过程，最终都要反映为温度的变化。下面举例说明从反应温度变化来判断催化剂的使用情况。    １．有机硫加氢转化催化剂    一般使用ＣｏＭｏ／Ａｌ２Ｏ３催化剂，它是把原料气中的有机硫加氢转化成Ｈ２Ｓ。由于原料气中含有机硫的量不大，因此加氢反应时放热有限，反应床层温度基本平衡。当床层温度升高或出现飞温时，说明原料气中有烯烃、ＣＯ、ＣＯ２。飞温是由于烯烃加氢、ＣＯ与ＣＯ２甲烷化造成的，这时应分析原料气中杂质情况。    ２．氧化锌脱硫或铁锰脱硫    在合成氨装置上，这些脱硫过程一般不会发生升温或飞温。但如丁辛醇装置原料气需脱硫，原料丙烯气中含有ＣＯ，使用的脱硫剂中含有如Ｍｎ这样的组分，在一定温度下，它可催化ＣＯ的歧化反应，从而出现飞温。碳一化工原料气的净化也可能出现这种情况。    ３．天然气或烃类一段蒸汽转化催化剂    其转化过程是强吸热反应。一段转化反应器有间歇的蓄热式反应炉和连续性转化的列管式反应炉。蓄热式反应炉主要是小型合成氨装置使用。大型合成氨装置均用列管式反应器，按其烧嘴安置方式又分成顶烧式、侧烧式、梯台式和底烧式。各种炉型的炉管均垂直置于炉膛内，管内装催化剂，烃气体与水蒸气的混合物自上而下流动，在催化剂床层中进行转化反应。炉管一般长１０～１２米，其转化反应主要在炉管２～７米处发生，尤其是３米处更激烈。由于转化反应是强吸热反应，因此在正常操作下，３米处炉管是暗红色或不显红色，整个炉管由上而下颜色均匀，即管壁温度由上而下逐步增高，但当发现大部分管壁温度升高，而残余甲烷量增加，说明催化剂活性下降。具体判断可用平衡温度差△爴来判断。催化剂活性较好时△爴一般小于２０℃。    产生催化剂活性下降的原因有：    ①催化剂本身活性较差。但一般不会产生热斑，３米处会产生红色环。    ②催化剂机械强度差。在较高压力、较大空速下，催化剂无法承受高压、高线速气流冲刷而粉化，粉尘的积聚堵塞，造成管壁花斑或表现出催化剂活性下降。    ③催化剂抗结炭性能差。烃类蒸汽转化为Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２的反应为吸热反应，温度和水／碳比增高有利于反应，但压力增高不利于转化反应。当水／碳比降低到该催化剂抗结炭性能不能承受时，可逆反应增加，析炭反应也发生，这是强放热反应。大量反应热使管壁温度迅猛升高，造成列管烧坏，催化剂全部结炭、粉化。这现象在大型合成氨厂是经常容易发生的事故，也是工厂特别引起重视的。要避免发生这种事故很重要的问题是转化反应的水／碳比不能低于催化剂要求的值。当发生管壁出现热斑时，要么堵掉热斑的管子，要么用水蒸气吹扫烧碳，决不能随意操作。烧碳能恢复催化剂的部分活性，但将影响机械强度。    ④装填催化剂不均匀，气体分布不均匀。    ⑤从残余甲烷含量增高的趋势来判断。若一直较高但稳定，查一下色谱法分析的正确性，尤其是标准气含量，一般催化剂没有问题；若突然增高，提高反应温度后，残余甲烷下降，说明催化剂活性正常下降；若残余甲烷下降不显，△爴增大，说明催化剂活性下降较快；若残余甲烷量不下降，说明催化剂已不行，需更换。    ４．高温变换催化剂    高温变换催化反应过程中温度变化特别敏感。从催化剂的床层温度情况可以判断催化剂使用的大致状况。    ①正常操作状况。不同的催化剂需要有不同的进口温度，即起燃温度。一般大型合成氨装置的高变催化剂的进口温度决定废锅的出口温度约３５０～３８０℃，而中小型合成氨装置中变催化剂的进口温度约３００～３４０℃。催化剂起燃温度低，即进口温度允许低，则节能效果好。高温变换反应器一般分三段（若高变串低变，则分为二段），第一段变换反应应进行６０％～７０％，第二段为２０％～３０％，第三段主要是平衡，一般只进行５％～１０％。由此可以得到各段反应的绝热层温升和二、三段的进口温度情况。正常情况下，各段层的温度分布情