甲烷化操作實(shí)操(共10頁(yè))

1、1、甲烷(ji wn)合成反應(yīng)器的反應(yīng)機(jī)理？在甲烷化反應(yīng)器中主要進(jìn)行的是甲烷的合成反應(yīng)，即一氧化碳、二氧化碳與氫在催化劑的作用(zuyng)下轉(zhuǎn)化成甲烷。甲烷合成反應(yīng)是個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，伴隨甲烷合成反應(yīng)同時(shí)還發(fā)生了一氧化碳的氧化還原?？偡磻?yīng)方程式如下：CO+3H2=CH4+H2OCO2+4H2 =CH4+2H2OCO+ H2O = CO2+H22.在氨廠(chǎng)典型的甲烷化爐操作條件(tiojin)下，毎1%CO轉(zhuǎn)化的絕熱溫升為72，每1%CO2轉(zhuǎn)化的絕熱溫升60，反應(yīng)爐的總溫升可由下式計(jì)算：T=72CO入+60CO2入 式中：T-分別為進(jìn)口氣中CO、CO2的含量，%（體積分?jǐn)?shù)）3甲烷化設(shè)備主要有哪些？甲

2、烷化設(shè)備主要有硫吸收器、甲烷化反應(yīng)器、高壓廢熱鍋爐、低壓廢熱鍋爐、甲烷化換熱器、高壓蒸汽過(guò)熱器、開(kāi)車(chē)加熱器、循環(huán)壓縮機(jī)、水冷器、水分離器等設(shè)備。4、甲烷化催化劑的組成及主要組分的作用是什么？甲烷化催化劑是以鎳為活性組分在載體上，為獲得催化劑的活性和熱穩(wěn)定性有添加了一些促進(jìn)劑。主要組分有Ni、Al2O3、MgO、Re2O3等Al2O3是一種普遍使用(shyng)的載體。Al2O3具有多種結(jié)構(gòu)(jigu)形態(tài)，用于甲烷化的是具有大孔的Al2O3。MgO是一種(y zhn)良好的的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑。Re2O3為稀土氧化物，具有良好的活性與穩(wěn)定性。5、為什么要對(duì)甲烷化催化劑進(jìn)行還原？還原過(guò)過(guò)程中有哪些化學(xué)反

3、應(yīng)？甲烷化催化劑使用前，是以鎳（Ni）的氧化物形式純?cè)?，所以使用時(shí)，必須還原活化。在還原劑（H2、CO）被氧化的同時(shí)，多組分催化劑中的NiO被還原具有活性的金屬鎳（Ni），并在還原過(guò)程中形成了催化劑的孔道。而Al2O3不會(huì)被還原，起著間接支持催化劑結(jié)構(gòu)的助構(gòu)作用，使鎳處于均勻分散的微晶狀態(tài)，使催化劑具有較大的比表面、較高的活性和穩(wěn)定性。甲烷化催化劑還原時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：NiO + H2 = Ni + H2O - 2.55KJ/molNiO + CO = Ni + CO2 - 30.25 KJ/mol這些都不是強(qiáng)放熱反應(yīng)，還原過(guò)程本身不會(huì)引起催化劑床層大的溫升。6、溫度、壓力、空速、氣體成分對(duì)甲烷

4、化催化劑的還原有何影響？溫度 溫度是影響還原過(guò)程的主要因素。溫度過(guò)低，還原速度很慢，還原過(guò)程拖得時(shí)間太長(zhǎng)。溫度過(guò)高，由于熱老化及還原過(guò)程中生成的水不能及時(shí)從催化劑空隙中排出，而引起鎳的反復(fù)氧化還原會(huì)導(dǎo)致鎳晶長(zhǎng)大，同樣也不能獲得最大的鎳表面而影響催化劑的活性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在還原溫度300400范圍內(nèi)，可獲得鎳表面積的最大值。在400下還原，催化劑還原完全，活性也明顯提高。壓力(yl) 壓力對(duì)還原反應(yīng)影響不大。但還原階段，若用工藝氣還原介質(zhì)時(shí)，適當(dāng)提前至正常操作壓力，將與利于甲烷化反應(yīng)的進(jìn)行，可提早供應(yīng)合格的合成氣，縮短非生產(chǎn)時(shí)間。空速(kn s) 加大空速有利于還原過(guò)程的水及時(shí)排出，使催化劑有較大

5、的接觸表面積，而且(r qi)也可縮小催化劑床層軸向溫差是催化劑充分還原，因此采用較高空速是有益的。但考慮到加熱器設(shè)備的能力及還原氣體的來(lái)源，還原空速一把采用正常操作空速的25%50%。氣體成分 合格的工藝氣、N2-H2混合氣以及純氫，均可選做為還原劑。工作人員希望氣提中氫濃度比較高些，水蒸汽濃度盡可能低。若氣體中水蒸汽濃度高于3%，將使催化劑喪失部分活性，即使以后用干氣操作也不能恢復(fù)。7、甲烷化催化劑升溫還原操作應(yīng)注意哪些問(wèn)題？升溫還原操作，應(yīng)根據(jù)(gnj)催化劑生產(chǎn)廠(chǎng)家及甲烷化塔內(nèi)件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的該型號(hào)催化劑升溫還原方案和本企業(yè)具體情況制定切實(shí)可行的升溫還原方案。、升溫還原(hun yun

6、)介質(zhì)可采用純N2、工藝(gngy)氣、N2-H2氣，采用工藝氣還原時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制氣體中CO、CO2的總量小于0.7%；升溫階段可根據(jù)加熱設(shè)備的能力，適當(dāng)提高升溫速度 采用氣體打循環(huán)的方法進(jìn)行升溫還原，當(dāng)床層升溫到300左右時(shí)，催化劑中殘留的堿式碳酸鈉會(huì)分解，放出CO2，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大循環(huán)量的防空量，使入塔氣中CO2含量應(yīng)保持在1%一下。加熱設(shè)備的能力及還原氣體來(lái)源允許時(shí)，應(yīng)盡可能選用高空速。通常，還原空速為操作空速的25%50%,約在15002500小時(shí)-1左右。還原期間要確保水冷器出口氣體溫度小于35，并要及時(shí)排出放水分離其中的水，降低氣體中水汽的濃度。采用工藝氣還原，當(dāng)床層溫度達(dá)到350

7、并維持一段時(shí)間后，出口CO及CO2含量小于10mg/kg時(shí)，即可一邊繼續(xù)還原一邊向甲烷化合成塔送氣，從而縮短非生產(chǎn)時(shí)間。還原終點(diǎn)的判定。當(dāng)采用工藝氣還原時(shí)，還原過(guò)程中伴隨有甲烷化反應(yīng)，在設(shè)計(jì)空速下，當(dāng)出口CO和CO2總含量符合凈化指標(biāo)時(shí)，可認(rèn)為還原完畢，降溫投入正常操作。部分中小型廠(chǎng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在400下維持48小時(shí)，即認(rèn)為還原完全也是可行的。8、脫硫的反應(yīng)(fnyng)機(jī)理？脫硫反應(yīng)機(jī)理：利用(lyng)催化劑中的氧化鋅與原料氣中的硫化氫及硫化物反應(yīng)(fnyng)生成硫化鋅，從而將原料氣中所含的硫除去。其反應(yīng)方程式如下：ZnO+H2S=ZnS+H2O 9、甲烷化反應(yīng)設(shè)定水碳比的含義？水碳比是指水

8、蒸氣與原料氣中含碳組分的比值。水碳比的設(shè)定是為了保護(hù)催化劑的活性，通過(guò)對(duì)水碳比的控制，防止因高溫反應(yīng)造成催化劑吸碳或粘結(jié)而使催化劑失去活性。10、甲烷化裝置出界區(qū)的天然氣主要成分及含量是多少？甲烷化裝置出界區(qū)的天然氣主要成分：CH4濃度為（97.84%）、CO2濃度為（0.18%）、H2濃度為（1.44%）、CO濃度為（14ppm）、N2+Ar濃度為0.52%。11、甲烷化催化劑活性衰退的主要表現(xiàn)是怎樣？1、出口微量CO和CO2的總量增高；催化劑使用初期通?；钚粤己?，出口微量甚至檢測(cè)不出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，出口微量逐步上漲，及催化劑活性逐步衰退。2、床層熱點(diǎn)溫度向下部(xi b)移動(dòng)；使用初期，

9、熱點(diǎn)位置一般在床層的1/41/3處（上部）隨著(su zhe)催化劑活性的衰退，熱點(diǎn)位置由床層上部逐漸向下部推移。12、甲烷(ji wn)化催化劑床層溫度急劇下降的原因是什么？應(yīng)如何讓處理？造成甲烷化催化劑床層急劇下降的原因可能是：脫碳塔帶液，脫碳液大量涌入甲烷化塔引起溫度急降處理的辦法：聯(lián)系相關(guān)工段，采取措施停止帶液；關(guān)閉系統(tǒng)導(dǎo)入閥，停止系統(tǒng)補(bǔ)氣，并排放清理系統(tǒng)積液：待前系統(tǒng)工序正常后，重新升溫加量，根據(jù)催化劑工況是否更換催化劑。13、甲烷化催化劑床層溫度突然升高 的原因是什么？如何處理？引起甲烷化催化劑床層溫度突然升高的原因主要是進(jìn)塔的CO和CO2含量增高，具體的原因可能是：變換工段出現(xiàn)故

10、障，CO含量增高；甲醇洗工段出現(xiàn)故障CO和CO2增高。處理方法：聯(lián)系有關(guān)工段采取措施，降低CO/CO2含量；關(guān)閉系統(tǒng)導(dǎo)入閥停止系統(tǒng)補(bǔ)氣；若催化劑床層已嚴(yán)重超溫，可將甲烷化塔內(nèi)壓力卸至常壓，并用純N2N2-H2或合格的工藝氣降溫。14、甲烷化系統(tǒng)正常開(kāi)車(chē)如何操作？ 當(dāng)系統(tǒng)處于保溫保壓狀態(tài)，且催化劑床層溫度仍在正常范圍內(nèi)時(shí)，接到開(kāi)車(chē)通知后，分析醇洗氣合格，可緩慢向塔內(nèi)送氣，并開(kāi)啟水冷器通入冷卻水。微量分析合格后，檢查水分離器無(wú)水，方可聯(lián)系相關(guān)(xinggun)工段向甲烷化裝置送氣。若停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)，催化劑床層溫度已降至活性溫度以下，應(yīng)首先向系統(tǒng)導(dǎo)入合格氣，視情況開(kāi)啟(kiq)循環(huán)機(jī)，電爐通電升溫，當(dāng)

11、爐溫升至正常范圍，按相關(guān)程序，向甲烷化反應(yīng)器送氣。15、甲烷化系統(tǒng)(xtng)正常停車(chē)如何操作？臨時(shí)停車(chē) 接到停車(chē)通知后，關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)出口閥和甲烷化塔進(jìn)出口閥，用N2-H2氣保壓、保溫、停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng) 接到停車(chē)通知后，先用工藝氣將催化劑床層溫度降至250，然后停止送工藝氣，用N2-H2氣或純N2氣置換。關(guān)閉甲烷化塔進(jìn)出口閥，維持塔內(nèi)正壓，然后讓其自然降溫。根據(jù)需要確定塔外系統(tǒng)是否需要泄壓，但塔內(nèi)始終用純N2或N2氣維持正壓。16、甲烷化操作的要點(diǎn)是什么？催化劑床層熱點(diǎn)的控制 根據(jù)甲烷化塔進(jìn)口氣體成分及生產(chǎn)負(fù)荷的變化，及時(shí)調(diào)節(jié)冷副閥、循環(huán)機(jī)回路閥、電加熱器電流等，穩(wěn)定催化劑熱點(diǎn)在適宜的范圍。當(dāng)催化劑

12、床層溫度猛烈上升或下降時(shí)，應(yīng)立即判明原因，采取相應(yīng)措施，進(jìn)行調(diào)節(jié)。確保微量合格 隨時(shí)掌握甲烷化塔進(jìn)口氣體中COCO2H2S含量和出塔微量情況。如含量超過(guò)指標(biāo)(zhbio)，應(yīng)及時(shí)與相關(guān)工段聯(lián)系。同時(shí)適當(dāng)調(diào)整空速和催化劑床層溫度，確保微量合格。水冷器溫度控制及水分離器中水的排放(pi fn) 要嚴(yán)格控制水冷器出口氣體溫度低于40，并及時(shí)排放水分離器中的水，確保去甲烷化合成塔的氣體不含水，水蒸汽濃度不超標(biāo)。17、氣體組分(zfn)對(duì)甲烷化反應(yīng)有何影響？入塔氣中COCO2含量增加，加重了催化劑的負(fù)荷，加快了催化劑活性的衰退，提高了氫耗與惰性氣甲烷含量，特別是CO2甲烷化比較困難，當(dāng)入口氣中CO2濃度

13、增大，有可能導(dǎo)致出塔CO2含量增加，應(yīng)適當(dāng)提高進(jìn)口溫度，保證出口CO2含量符合指標(biāo)。當(dāng)入口氣中CO和CO2濃度為0.10.2%或更低時(shí)，雖然甲烷化負(fù)荷輕了，但甲烷化反應(yīng)速度由于反應(yīng)物濃度的降低也減慢，為保證甲烷化塔出口微量能穩(wěn)定地符合指標(biāo)，應(yīng)當(dāng)提高入口氣溫度18、操作空速對(duì)甲烷化反應(yīng)有何影響？操作空速應(yīng)大于設(shè)計(jì)空速會(huì)引起塔出口微量指標(biāo)以及催化劑活性衰退的加快，并不可取，降低空速一般是在前面工序出現(xiàn)事故引起甲烷化催化劑波動(dòng)時(shí)采取的措施。當(dāng)出口氣超過(guò)指標(biāo)而又不便更換催化劑時(shí)，也可用降低空速的辦法來(lái)維持(wich)生產(chǎn)?？账俚倪x擇還和催化劑的性能有關(guān)，故應(yīng)按催化劑生產(chǎn)廠(chǎng)提供的催化劑性能參數(shù)，合理確定

14、操作空速。19、壓力(yl)對(duì)甲烷化有何影響？甲烷化反應(yīng)為體積收縮反應(yīng)，提高壓力有利于反應(yīng)的進(jìn)行；提高壓力也相應(yīng)(xingyng)增大反應(yīng)物分壓而加快反應(yīng)的進(jìn)行。因而，隨反應(yīng)壓力提高，有利于提高催化劑活性，使用空速也可加大反應(yīng)壓力。20、溫度對(duì)甲烷化反應(yīng)有何影響？在氨廠(chǎng)條件下，甲烷化催化劑在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)下操作，平衡制約作用可以忽略；從動(dòng)力學(xué)考慮，提高溫度可加快反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)溫度對(duì)J105催化劑的活性影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：200低溫下即具有良好的活性，在225350溫度范圍內(nèi)催化劑活性隨反應(yīng)溫度的提高而提高。根據(jù)溫度對(duì)J101催化劑活性影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：225350溫度范圍內(nèi)，CO2的轉(zhuǎn)化率隨

15、反應(yīng)溫度的升高而明顯增大。350450之間溫度對(duì)催化劑活性影響不大，在450550溫度范圍內(nèi)，隨溫度的增加，CO2的轉(zhuǎn)化率反而下降，熱力學(xué)平衡制約作用以十分明顯。通常，使用初期催化劑性能較好，塔入口溫度可調(diào)節(jié)在操作溫度的底限，以后，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，可適當(dāng)提高操作溫度，保證塔出口微量CO和CO2總量符合指標(biāo)。具體操作溫度指標(biāo)應(yīng)根據(jù)催化劑生產(chǎn)廠(chǎng)提供的催化劑性能指標(biāo)確定。21、某廠(chǎng)甲烷化催化劑系統(tǒng)催化劑升溫還原操作(cozu)簡(jiǎn)介。某場(chǎng)600甲烷化塔，催化劑裝填容積(rngj)1.6m3，共裝填J105甲烷化催化劑201噸，用精煉煤氣進(jìn)行升溫還原。升溫還原前用精煉氣對(duì)系統(tǒng)置換、吹掃、試壓、設(shè)備、電器、儀表調(diào)試合格，特別徹底清除甲烷化塔熱電偶套管的水分，確保升溫還原過(guò)程中催化劑床層溫度指示正確。升溫開(kāi)始(kish)循環(huán)機(jī)打氣量為4.2m3/min，壓力為1.0MPa,逐步升溫至120恒溫1小時(shí)，壓力升至2.0 MPa。然后每小時(shí)20的速度將溫度提升至250，再以每小時(shí)10的速度升溫至350，恒溫保持2小時(shí)，逐步將壓力升至4.5MPa。此時(shí)催化劑已有足夠的活性，出口氣體CO、CO2含量小于10mg/kg送氣去甲烷化