運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)化催化劑性能的判斷

     由于轉(zhuǎn)化過(guò)程較復(fù)雜，除了轉(zhuǎn)化催化劑的性能之外許多工藝條件，設(shè)備狀況及傳熱等各方面的改變都會(huì)影響最終的轉(zhuǎn)化效果。因此，要判斷轉(zhuǎn)化裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)效果、判斷轉(zhuǎn)化催化劑性能好壞及其變化就較復(fù)雜了。

      人們常常從觀察轉(zhuǎn)化爐出口殘余甲烷含量及變化來(lái)判斷轉(zhuǎn)化催化劑的運(yùn)行效果——?dú)堄嗉淄楹可邉t認(rèn)為轉(zhuǎn)化催化劑活性下降。但是，隨著原料氣組成、水碳比、溫度、壓力和空速(負(fù)荷)等運(yùn)轉(zhuǎn)條件的改變，用同樣“活性”的催化劑其出口殘余甲烷含量也會(huì)改變，因?yàn)檗D(zhuǎn)化反應(yīng)由反應(yīng)平衡和反應(yīng)速度決定的。所以，機(jī)械地用殘余甲烷含量來(lái)判斷催化劑的活性是很不準(zhǔn)確的，甚至可能得到錯(cuò)誤的結(jié)論。

      通?？捎孟率龇椒ㄅ袛噢D(zhuǎn)化催化劑的性能和運(yùn)轉(zhuǎn)效果。

（1）與反應(yīng)平衡狀態(tài)比較——“距平衡溫差法”

      經(jīng)過(guò)對(duì)大量工業(yè)轉(zhuǎn)化爐的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的觀察，知道在轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化反應(yīng)并沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)溫度的平衡。為了描述實(shí)際進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)離反應(yīng)平衡的遠(yuǎn)或近而提出了“距平衡溫差”的概念?！嗥胶鉁夭睢狈从沉伺c轉(zhuǎn)化爐出口氣體組成相應(yīng)的平衡溫度與實(shí)際反應(yīng)溫度之差值。催化劑的活性越好則距平衡溫差越小。即，

ΔT=T_{實(shí)測(cè)}—T_計(jì)算    (5-26)

      式中   ΔT——距平衡溫差，℃，

                 T_{實(shí)測(cè)}——轉(zhuǎn)化爐出口實(shí)際溫度，℃，

                 T_計(jì)算——用轉(zhuǎn)化爐出口氣體組成計(jì)算的與其相適應(yīng)的平衡溫度，℃

    由于轉(zhuǎn)化爐出口處轉(zhuǎn)化過(guò)程中的變換反應(yīng)是基本上達(dá)平衡的，所以式5-26可變?yōu)椋?/span>

ΔT=T_變換—T_計(jì)算    (5-27)

       式中：T_變換——用轉(zhuǎn)化爐出口氣體組成計(jì)算的與其相適應(yīng)的變換反應(yīng)的平衡溫度，℃

      T_變換與T_計(jì)算的計(jì)算方法如下：

               假設(shè)：干轉(zhuǎn)化原料氣以1克分子碳為基準(zhǔn)，

            ni、xi—干原料氣和轉(zhuǎn)化氣中某組份的含量，％；

             V₀——原料烴中1克分子碳所需的原料氣克分子數(shù)，

             Vi——I克分子碳生成的干氣量，

      物料組份狀況如表4.

表5-4  一段轉(zhuǎn)化物料組成

      由進(jìn)出口碳平衡得：                                  

      式中  x——反應(yīng)了的甲烷的克分子分?jǐn)?shù)，

                  y——反應(yīng)了的一氧化碳克分子分?jǐn)?shù)。

      由上式計(jì)算得的x、y值代入相應(yīng)方程(5-16)和(5-17)可計(jì)算出相應(yīng)的K_pl和K_P2，從有關(guān)圖表可算出或查出與其相應(yīng)的溫度T_計(jì)算及T_變換。

      設(shè)計(jì)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的距平衡溫差ΔT一般為10～30℃(對(duì)一段爐)和10～40℃(對(duì)二段爐)。

      距平衡溫差ΔT通常應(yīng)為正值，但是由于實(shí)際測(cè)得的溫度，組成、水碳比等均有一定偏差，ΔT有時(shí)可能為負(fù)值。如果按式(5-26)和(5-27)計(jì)算結(jié)果均為負(fù)值則對(duì)原料氣和轉(zhuǎn)化氣分析應(yīng)進(jìn)行核查，當(dāng)按式(5-26)計(jì)算 T為負(fù)值而按式（5-27)計(jì)算ΔT為正值時(shí)則轉(zhuǎn)化化爐出口溫度測(cè)定可能偏低。

      盡管溫度和分析數(shù)據(jù)常常出現(xiàn)偏差，但對(duì)同一系統(tǒng)上述偏差是基本相同的，雖然此時(shí)計(jì)算的距平衡溫差值不一定很準(zhǔn)確，但是在比較中仍可觀察催化劑活性的變化。

（2）轉(zhuǎn)化管管壁溫度的比較

      從轉(zhuǎn)化管進(jìn)口、出口的氣體溫度、轉(zhuǎn)化管管壁溫度的高低和變化往往能較好地判斷一段轉(zhuǎn)化爐的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及催化劑活性。例如，當(dāng)其他條件不變時(shí)，如管出口溫度和管壁溫度升高而出口殘余甲烷含量并未下降，這說(shuō)明催化劑活性已明顯下降。

       不過(guò)，各種運(yùn)轉(zhuǎn)的工藝條件均會(huì)影響轉(zhuǎn)化管管壁溫度，前面已討論過(guò)這方面的定量的關(guān)系。為了便于比較通常都用式(5-25)換算成統(tǒng)一的基準(zhǔn)。即

ΔTWT=C/1%(-13.9℃)+R/1%（1.1℃）+S/0.5(-13.9℃)+T/27.8℃(-4.4℃)

       注：本式中均采用攝氏溫度。

      在進(jìn)行管壁溫度的比較時(shí)一般都采用與設(shè)計(jì)條件或與該裝置新裝入轉(zhuǎn)化催化劑開(kāi)車(chē)后的原始狀況相比較。管壁溫度的變化ΔTWT值越小則運(yùn)轉(zhuǎn)越好，催化劑的活性越高。當(dāng)管壁溫度接近設(shè)計(jì)允許的最高溫度時(shí)(如930℃)則催化劑活性已到末期。

（3）用電子計(jì)算機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算

      轉(zhuǎn)化過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的，運(yùn)用計(jì)算機(jī)我們可以對(duì)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)催化劑上的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及動(dòng)量傳遞過(guò)程的數(shù)學(xué)方程式綜合解算，來(lái)模擬甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程。通過(guò)把實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)后便可獲得一整套運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況的數(shù)據(jù)，因此可以對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)有一個(gè)全面的了解。當(dāng)然，也可對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑的性能及壽命等有個(gè)正確的判斷。

      在用上述各種方法判斷轉(zhuǎn)化過(guò)程和轉(zhuǎn)化催化劑的狀況時(shí)所選用的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是十分重要的。對(duì)采用的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行核查，否則難以獲得符合實(shí)際的判斷。應(yīng)當(dāng)特別注意下述幾方面：

(1)原料氣和轉(zhuǎn)化氣分析數(shù)據(jù) 

       除校正分析方法及檢查儀器之外，可進(jìn)行轉(zhuǎn)化過(guò)程的物料平衡計(jì)算，然后分析比較計(jì)算結(jié)果。對(duì)于含量很低的(例如二段爐出口殘余甲烷含量)組份的分析數(shù)據(jù)更應(yīng)格外注意。    

 (2)水碳比

      水碳比的誤差往往是計(jì)算結(jié)果偏差的主要來(lái)源。首先應(yīng)當(dāng)反復(fù)實(shí)際地測(cè)定水碳比。但是，由于工廠中這一測(cè)定往往不易獲得滿意的效果，所以還應(yīng)當(dāng)通過(guò)各種計(jì)算來(lái)修正實(shí)測(cè)值：

      用出口溫度及氣體組成來(lái)核算——即轉(zhuǎn)化爐出口溫度已知，而轉(zhuǎn)化爐出口是達(dá)到相應(yīng)溫度的變換反應(yīng)的平衡的，則由此可計(jì)算出氣體中的剩余水，然后計(jì)算過(guò)程中的反應(yīng)水，進(jìn)而獲得轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口水碳比。計(jì)算過(guò)程為，

基準(zhǔn)  以進(jìn)口碳為1克分子為準(zhǔn)    

則未反應(yīng)的的剩余水X_H2O=R-x-y

 所以R= X_H2O+x+y

   當(dāng)然，用轉(zhuǎn)化爐進(jìn)出口的物料衡算也可以校核實(shí)際水碳比。

(3)轉(zhuǎn)化爐出口溫度  

      在進(jìn)行上述計(jì)算時(shí)均應(yīng)采用氣體離開(kāi)催化劑層的溫度。在凱洛格型豎琴式一段轉(zhuǎn)化爐中則應(yīng)當(dāng)用爐內(nèi)下集氣管各點(diǎn)溫度的平均值，而不應(yīng)用經(jīng)上升管后的總管溫度。

      由于一般轉(zhuǎn)化過(guò)程在出口處均達(dá)到出口溫度的變換反應(yīng)平衡，所以可由此核算實(shí)際反應(yīng)溫度。

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