cxhwhc 发表于 2014-4-29 13:30
专家好：我想请问下干气制氢装置转化炉的反应机理及装置运行中可能出现的问题和预防措施，以及催化干气与焦 ...
1、
烃类的蒸汽转化是以烃类为原料，在一定温度和催化剂作用下使烃类和水蒸汽经过一系列的分解、裂化、脱氢、结炭、消炭、氧化、变换、甲烷化等反应，最终转化为H2、CO、CO2、和少量残余的CH4,其中H2是本装置的目的产物。 烃类的蒸汽转化反应如下： ＣnHm+nH2O=nCO+(n+m/2)H2——Q CH4+H2O=CO+3H2——206000KJ/Kmol CO+H2O=CO2+H2—— 41200KJ/Kmol 转化炉内进行的烃类蒸汽转化反应是很复杂的,这些反应构成了一个极复杂的平行、顺序反应体系。结炭是转化过程中的必然反应，当结炭反应速度大于消炭反应速度时，转化催化剂就会积炭，使催化剂活性下降甚至丧失。为保证催化剂活性，就要有一定量的水蒸气来消炭。因此，正常生产时，要求转化进料始终保持一定的水碳比，使消炭速度大于结炭速度，避免催化剂上炭的沉积，同时也要求在催化剂床层中，只要有烃类存在就不允许中断蒸汽，一旦转化配汽中断，瞬间就会使催化剂造成不可挽回的热力学积炭。另外，从平衡角度看，提高水碳比可以促进转化反应，但在催化剂表面存在着烃类和水蒸汽的竞争吸附，因此，过高的水碳比对转化反应速度反而不利。 为了充分发挥转化催化剂的活性，并获得较高的氢收率，转化床层一般装填有两种不同性能的催化剂。上段催化剂使用含有一定碱金属的抗结炭助剂，具有较好的低温活性及抗积炭性能，下段床层催化剂具有较高的转化活性，但抗结炭性能差。整个催化剂床层是480～ 850°Ｃ的等温床层，在生产中一旦烃类在上层不能裂解转化为小分子类烃，进入下段床层就会造成下段催化剂的结炭，这种高温结炭在不具有消炭功能的下段催化剂中发生，会使催化剂快速失活影响生产。所以在生产中严禁在炉入口温度不具备进料的情况下，使烃类进入床层，危害催化剂。 转化催化剂主要活性组分为单质Ni，由于新鲜催化剂提供的是氧化态组分，在使用前必须进行还原，使NiO还原成具有活性的单质Ni。在正常生产中也应尽量保证催化剂在一定的还原气氛中，以免催化剂被钝化失去活性。在事故状态下催化剂一旦被氧化，就必须对催化剂进行还原才能组织进料，还原介质一般用H2。 2、
转化操作原则: 系统进烃时，任何条件下要保证转化不停汽,以保护催化剂，防止结炭。 提量时，应先提温度，再提蒸汽和配氢量,稳定后再提进料量。 降量时，先减进料量，再减蒸汽量和配氢量,最后降温至适当值。 转化催化剂轻微结炭的处理：| 原因 | | | 1)实际水碳比太小，产生热力学结炭 2)催化剂装填不均匀，或粉碎 3)新催化剂未以充分还原即进料，催化剂活性低 4)转化催化剂抗结炭性能差，钾流失严重 5)催化剂已被严重钝化或硫中毒 6)配氢量过小或波动 7)操作温度或压力大幅度波动或超标 | 1)炉管出入口压差增大 2)炉管表面温度升高，出现热管或花斑 3)转化出口甲烷含量升高 4)炉膛温度正常，转化管出口温度偏高 | 1)降低负荷、适当增大配氢量和水碳比，使转化催化剂在还原条件下运转数小时 2)找出催化剂结炭的根源，针对性地采取措施 3)PSA岗位同样降负荷，必要时停止供氢 |
| 原因 | | | | 1)脱硫出口原料气分析含硫超标 2)转化炉管上部发红 3)炉管出入口压差增大 4)炉出口甲烷含量超标 | 1)更换新鲜原料或更换净化部分催化剂 2)轻微中毒可以适当降低处理量，在高水碳比和高配氢状态下运行使催化剂恢复活性 3)当中毒时间过长，压差已明显增大，应切除原料，全部改氢循环，加大蒸汽量，逐渐将水氢比降到3左右，维持2—4小时再生 4)上述措施无效，说明催化剂已中毒严重，而且已大量积碳，需停工更换催化剂 |
| 原因 | | 1）出现热斑的原因主要是催化剂装填不均、架桥、局部结碳 2）炉管上段热带可能是催化剂还原不充分或硫中毒失活，进料量或水碳比大幅度波动、烧咀不均匀或偏烧等原因造成局部过热积碳引起的现象 3）下段炉管出现热带，可能是下段催化剂活性衰减、进料不均、重质烃穿透到下段催化剂积碳、催化剂粉碎造成 4）当催化剂严重积碳或破碎时，造成管子堵塞、进口尾管或导气筛板堵塞，造成热管 | 1）低负荷大水碳比进料 2）停工烧碳 3）两种方法若都无效，则需更换催化剂 |
焦化干气：烯烃含量低（一般＜7%），加氢反应器温升小，只有绝热加氢反应器，产氢收率高；
催化干气：烯烃含量高（一般＞7%），加氢反应温升大，需要增加等温或变温反应器，是利用导热油或其他介质把反应热及时带走。氢收率低。
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