甲烷化操作实操剖析.docx

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甲烷化操作实操剖析

1、甲烷合成反应器的反应机理？

在甲烷化反应器中主要进行的是甲烷的合成反应，即一氧化碳、二氧化碳与氢在催化剂的作用下转化成甲烷。

甲烷合成反应是个强放热反应，伴随甲烷合成反应同时还发生了一氧化碳的氧化还原。

总反应方程式如下：

CO + 3H2 = CH4 + H2O 

CO2 + 4H2= CH4 + 2H2O

CO + H2O=CO2 + H2 

2.在氨厂典型的甲烷化炉操作条件下，毎1%CO转化的绝热温升为72℃，每1%CO2转化的绝热温升60℃，反应炉的总温升可由下式计算：

ΔT=72╳[CO]入+60╳[CO2]入

式中：

ΔT----分别为进口气中CO、CO2的含量，%（体积分数）

3甲烷化设备主要有哪些？

甲烷化设备主要有硫吸收器、甲烷化反应器、高压废热锅炉、低压废热锅炉、甲烷化换热器、高压蒸汽过热器、开车加热器、循环压缩机、水冷器、水分离器等设备。

4、甲烷化催化剂的组成及主要组分的作用是什么？

甲烷化催化剂是以镍为活性组分在载体上，为获得催化剂的活性和热稳定性有添加了一些促进剂。

主要组分有Ni、Al2O3、MgO、Re2O3等

Al2O3是一种普遍使用的载体。

Al2O3具有多种结构形态，用于甲烷化的是具有大孔的Al2O3。

MgO是一种良好的的结构稳定剂。

Re2O3为稀土氧化物，具有良好的活性与稳定性。

5、为什么要对甲烷化催化剂进行还原？

还原过过程中有哪些化学反应？

①甲烷化催化剂使用前，是以镍（Ni）的氧化物形式纯在，所以使用时，必须还原活化。

在还原剂（H2、CO）被氧化的同时，多组分催化剂中的NiO被还原具有活性的金属镍（Ni），并在还原过程中形成了催化剂的孔道。

而Al2O3不会被还原，起着间接支持催化剂结构的助构作用，使镍处于均匀分散的微晶状态，使催化剂具有较大的比表面、较高的活性和稳定性。

②甲烷化催化剂还原时发生如下反应：

NiO+H2=Ni+H2O-2.55KJ/mol

NiO+CO=Ni+CO2-30.25KJ/mol

这些都不是强放热反应，还原过程本身不会引起催化剂床层大的温升。

6、温度、压力、空速、气体成分对甲烷化催化剂的还原有何影响？

①温度温度是影响还原过程的主要因素。

温度过低，还原速度很慢，还原过程拖得时间太长。

温度过高，由于热老化及还原过程中生成的水不能及时从催化剂空隙中排出，而引起镍的反复氧化还原会导致镍晶长大，同样也不能获得最大的镍表面而影响催化剂的活性。

根据实验，在还原温度300～400℃范围内，可获得镍表面积的最大值。

在400℃下还原，催化剂还原完全，活性也明显提高。

②压力压力对还原反应影响不大。

但还原阶段，若用工艺气还原介质时，适当提前至正常操作压力，将与利于甲烷化反应的进行，可提早供应合格的合成气，缩短非生产时间。

③空速加大空速有利于还原过程的水及时排出，使催化剂有较大的接触表面积，而且也可缩小催化剂床层轴向温差是催化剂充分还原，因此采用较高空速是有益的。

但考虑到加热器设备的能力及还原气体的来源，还原空速一把采用正常操作空速的25%～50%。

④气体成分合格的工艺气、N2-H2混合气以及纯氢，均可选做为还原剂。

工作人员希望气提中氢浓度比较高些，水蒸汽浓度尽可能低。

若气体中水蒸汽浓度高于3%，将使催化剂丧失部分活性，即使以后用干气操作也不能恢复。

7、甲烷化催化剂升温还原操作应注意哪些问题？

①升温还原操作，应根据催化剂生产厂家及甲烷化塔内件生产厂家提供的该型号催化剂升温还原方案和本企业具体情况制定切实可行的升温还原方案。

②、升温还原介质可采用纯N2、工艺气、N2-H2气，采用工艺气还原时，应严格控制气体中CO、CO2的总量小于0.7%；升温阶段可根据加热设备的能力，适当提高升温速度

④采用气体打循环的方法进行升温还原，当床层升温到300℃左右时，催化剂中残留的碱式碳酸钠会分解，放出CO2，此时应适当加大循环量的防空量，使入塔气中CO2含量应保持在1%一下。

⑤加热设备的能力及还原气体来源允许时，应尽可能选用高空速。

通常，还原空速为操作空速的25%～50%,约在1500～2500小时-1左右。

⑥还原期间要确保水冷器出口气体温度小于35℃，并要及时排出放水分离其中的水，降低气体中水汽的浓度。

⑦采用工艺气还原，当床层温度达到350℃并维持一段时间后，出口CO及CO2含量小于10mg/kg时，即可一边继续还原一边向甲烷化合成塔送气，从而缩短非生产时间。

⑧还原终点的判定。

当采用工艺气还原时，还原过程中伴随有甲烷化反应，在设计空速下，当出口CO和CO2总含量符合净化指标时，可认为还原完毕，降温投入正常操作。

部分中小型厂根据经验在400℃下维持4～8小时，即认为还原完全也是可行的。

8、脱硫的反应机理？

脱硫反应机理：

利用催化剂中的氧化锌与原料气中的硫化氢及硫化物反应生成硫化锌，从而将原料气中所含的硫除去。

其反应方程式如下：

ZnO + H2S = ZnS + H2O 

9、甲烷化反应设定水碳比的含义？

水碳比是指水蒸气与原料气中含碳组分的比值。

水碳比的设定是为了保护催化剂的活性，通过对水碳比的控制，防止因高温反应造成催化剂吸碳或粘结而使催化剂失去活性。

10、甲烷化装置出界区的天然气主要成分及含量是多少？

甲烷化装置出界区的天然气主要成分：

CH4浓度为（97.84%）、CO2浓度为（0.18%）、H2浓度为（1.44%）、CO浓度为（14ppm）、N2 + Ar浓度为0.52%。

11、甲烷化催化剂活性衰退的主要表现是怎样？

1、出口微量CO和CO2的总量增高；催化剂使用初期通常活性良好，出口微量甚至检测不出，随着时间的延长，出口微量逐步上涨，及催化剂活性逐步衰退。

2、床层热点温度向下部移动；使用初期，热点位置一般在床层的1/4～1/3处（上部）随着催化剂活性的衰退，热点位置由床层上部逐渐向下部推移。

12、甲烷化催化剂床层温度急剧下降的原因是什么？

应如何让处理？

造成甲烷化催化剂床层急剧下降的原因可能是：

脱碳塔带液，脱碳液大量涌入甲烷化塔引起温度急降

处理的办法：

联系相关工段，采取措施停止带液；关闭系统导入阀，停止系统补气，并排放清理系统积液：

待前系统工序正常后，重新升温加量，根据催化剂工况是否更换催化剂。

13、甲烷化催化剂床层温度突然升高的原因是什么？

如何处理？

引起甲烷化催化剂床层温度突然升高的原因主要是进塔的CO和CO2含量增高，具体的原因可能是：

①变换工段出现故障，CO含量增高；②甲醇洗工段出现故障CO和CO2增高。

处理方法：

①联系有关工段采取措施，降低CO/CO2含量；②关闭系统导入阀停止系统补气；③若催化剂床层已严重超温，可将甲烷化塔内压力卸至常压，并用纯N2\N2-H2或合格的工艺气降温。

14、甲烷化系统正常开车如何操作？

当系统处于保温保压状态，且催化剂床层温度仍在正常范围内时，接到开车通知后，分析醇洗气合格，可缓慢向塔内送气，并开启水冷器通入冷却水。

微量分析合格后，检查水分离器无水，方可联系相关工段向甲烷化装置送气。

若停车时间较长，催化剂床层温度已降至活性温度以下，应首先向系统导入合格气，视情况开启循环机，电炉通电升温，当炉温升至正常范围，按相关程序，向甲烷化反应器送气。

15、甲烷化系统正常停车如何操作？

①临时停车接到停车通知后，关闭系统进出口阀和甲烷化塔进出口阀，用N2-H2气保压、保温、

②停车时间较长接到停车通知后，先用工艺气将催化剂床层温度降至250℃，然后停止送工艺气，用N2-H2气或纯N2气置换。

关闭甲烷化塔进出口阀，维持塔内正压，然后让其自然降温。

根据需要确定塔外系统是否需要泄压，但塔内始终用纯N2或N2气维持正压。

16、甲烷化操作的要点是什么？

①催化剂床层热点的控制根据甲烷化塔进口气体成分及生产负荷的变化，及时调节冷副阀、循环机回路阀、电加热器电流等，稳定催化剂热点在适宜的范围。

当催化剂床层温度猛烈上升或下降时，应立即判明原因，采取相应措施，进行调节。

②确保微量合格随时掌握甲烷化塔进口气体中CO\CO2\H2S含量和出塔微量情况。

如含量超过指标，应及时与相关工段联系。

同时适当调整空速和催化剂床层温度，确保微量合格。

③水冷器温度控制及水分离器中水的排放要严格控制水冷器出口气体温度低于40℃，并及时排放水分离器中的水，确保去甲烷化合成塔的气体不含水，水蒸汽浓度不超标。

17、气体组分对甲烷化反应有何影响？

入塔气中CO\CO2含量增加，加重了催化剂的负荷，加快了催化剂活性的衰退，提高了氢耗与惰性气甲烷含量，特别是CO2甲烷化比较困难，当入口气中CO2浓度增大，有可能导致出塔CO2含量增加，应适当提高进口温度，保证出口CO2含量符合指标。

当入口气中CO和CO2浓度为0.1～0.2%或更低时，虽然甲烷化负荷轻了，但甲烷化反应速度由于反应物浓度的降低也减慢，为保证甲烷化塔出口微量能稳定地符合指标，应当提高入口气温度

18、操作空速对甲烷化反应有何影响？

操作空速应大于设计空速会引起塔出口微量指标以及催化剂活性衰退的加快，并不可取，降低空速一般是在前面工序出现事故引起甲烷化催化剂波动时采取的措施。

当出口气超过指标而又不便更换催化剂时，也可用降低空速的办法来维持生产。

空速的选择还和催化剂的性能有关，故应按催化剂生产厂提供的催化剂性能参数，合理确定操作空速。

19、压力对甲烷化有何影响？

甲烷化反应为体积收缩反应，提高压力有利于反应的进行；提高压力也相应增大反应物分压而加快反应的进行。

因而，随反应压力提高，有利于提高催化剂活性，使用空速也可加大反应压力。

20、温度对甲烷化反应有何影响？

在氨厂条件下，甲烷化催化剂在远离平衡状态下操作，平衡制约作用可以忽略；从动力学考虑，提高温度可加快反应的进行。

根据温度对J105催化剂的活性影响，实验结果表明：

200℃低温下即具有良好的活性，在225～350℃温度范围内催化剂活性随反应温度的提高而提高。

根据温度对J101催化剂活性影响，实验结果表明：

225～350℃温度范围内，CO2的转化率随反应温度的升高而明显增大。

350～450℃之间温度对催化剂活性影响不大，在450～550℃温度范围内，随温度的增加，CO2的转化率反而下降，热力学平衡制约作用以十分明显。

通常，使用初期催化剂性能较好，塔入口温度可调节在操作温度的底限，以后，随着使用时间的延长，可适当提高操作温度，保证塔出口微量CO和CO2总量符合指标。

具体操作温度指标应根据催化剂生产厂提供的催化剂性能指标确定。

21、某厂甲烷化催化剂系统催化剂升温还原操作简介。

某场Ф600甲烷化塔，催化剂装填容积1.6m3，共装填J105甲烷化催化剂201吨，用精炼煤气进行升温还原。

升温还原前用精炼气对系统置换、吹扫、试压、设备、电器、仪表调试合格，特别彻底清除甲烷化塔热电偶套管的水分，确保升温还原过程中催化剂床层温度指示正确。

升温开始循环机打气量为4.2m3/min，压力为1.0MPa,逐步升温至120℃恒温1小时，压力升至2.0MPa。

然后每小时20℃的速度将温度提升至250℃，再以每小时10℃的速度升温至350℃，恒温保持2小时，逐步将压力升至4.5MPa。

此时催化剂已有足够的活性，出口气体CO、CO2含量小于10mg/kg送气去甲烷化系统，同时以每小时每小时10℃的速度升温至420℃，恒温4小时，升温还原结束共耗时32小时。

以每小时30℃左右的速度降至250℃，投入正常生产。

整个还原过程升温及出水平稳，同平面和轴向温差均小于5℃。