摘要: 通过对3100型色谱甲烷转化器失效分析,提出一套对甲烷转化器再生的电路、气路有效改造方案,解决甲烷转化器现场再生问题。
1 甲烷转化器的作用
乙烯化工生产中,对半成品原料、成品中的CO、CO 2含量有着严格的控制,超标的CO、CO 2微含量会影响产品质量或导致催化剂中毒,因此工艺生产中需在线监控其指标含量。
如乙烯厂就采用3台ABB公司的3100型在线色谱,用FID型检测器检测裂解乙炔加氢段、聚乙烯、氢气精制段等装置的CO、CO 2ppm级含量。FID不能直接检测无机物CO、CO 2,需将其转化为有机物CH 4,这个转化器称为甲烷转化器。
转化原理化学方程式:
甲烷转化器在色谱分析过程中结构如图1。
2 甲烷转化器的失效问题
甲烷转化器能完全转化CO、CO 2为CH 4的外界条件为:①在专用触媒作用下;②一定高的转化温度。在色谱长期使用中,甲烷转化器的触媒会逐渐失活,以致完全失效,尤其是色谱用的载气(H2)含有CO、CO 2超标未能有效脱除时,会加快触媒的失效。触媒失效,则甲烷转化器不能正常转化出CH 4,FID检测不到CH 4含量,色谱就不能正常发挥在线监测作用。
3 甲烷转化器的再生
ABB色谱资料未提供任何甲烷转化器再生内容,通过多方资料查找,我们知道了再生这种触媒的基本方法,将触媒加热至500℃,通入4小时净化空气,冷却至常温,再通入高纯H2,加热至500℃,4小时,即可再生触媒,但无具体操作方法。再生基本方法中所提到的再生温度、气路两个方面是再生的关键点。通过对3100型色谱甲烷转化器的气路结构和通过对加热电路结构的深入分析研究及实验,我们找到了解决问题的具体办法。
3.1 甲烷转化器再生气路通入的解决方案
由色谱甲烷转化器气路结构图2可知,甲烷转化器与FID用空气净化器为一体双气路结构。这种结构为我们通入再生净化空气的气路改造带来了方便,仅需做如图3气路改动,即可完成再生通入第一种气———净化空气的实现。
第二种再生气———H 2,通入结构是将图3气路改为原图2即可,不过要满足通入的H 2为CO、CO 2达标的高纯H 2,最好在载气(H 2)中加装脱水、脱CO、CO 2过滤装置,保证H2的纯度,这样满足了两种再生气的接入要求。需要说明的是:① 高温下第一种再生气———空气通入完毕后,一定要断电降温后,再完成第二种再生气———H 2的接入,在常温下通入H2吹扫一定时间后(至少30min),再升温进行H2再生,以防出现氢氧混合高温作业的危险;②每次改接恢复气路后一定要作查漏处理,以防H2泄漏发生危险。
3.2 甲烷转化器再生升温至500℃的解决方案
3100型色谱甲烷转化器是放置在70℃或80℃的色谱恒温箱里。本身工作在450℃,自带有温控加热电路及过温保护切断电路。我们试验中当甲烷转化器升温超过450℃还未到500℃时,过温保护电路会通过过温保护热电阻Pt400检测出热阻变化,与保护设定电阻对比,激励过温保护电路启动,切断甲烷转化器加热电路进行过温保护。甲烷转化器温控电路如图4所示。为了将甲烷转化器升至再生温度500℃,而又不引起甲烷转化器过温保护电路动作。通过对甲烷转化器温控电路的分析,如图4将⑥、⑦端子过温保护热电阻断开,给加热温控板(从⑥、⑦端)外接一个比保护切断设定电阻(1 040Ω)低的稳定电阻值,如接入一个标准电阻箱设至900Ω,在温度调至切断保护温度之上时,由于过温保护热阻被外接低定值电阻锁定,过热保护电路认为温度“正常”,不会切断温控加热电路
这样逐渐调节设定温控电阻(见图4),即可升温至500℃,整个升温过程是通过如图4中的J型铁—康铜电偶接入精密万用表mV档实时监测而实现的。mV数值通过相关热偶分度表查知(500℃约为28mV左右)。
以上过程要注意两个操作:①由于甲烷转化器暂失去过温电路保护,加热升温要逐渐慢调升温,不能太快,注意热偶mV变化情况,以保证不要过调造成甲烷转化器加热丝的烧坏;②为了较快将甲烷转化器升温至500℃,需将色谱恒温箱调温升至90℃(正常为70℃或80℃),有条件还可将甲烷转化器用保温棉包住以便快速升温和有效恒温。
4 结 论
以上方案解决了这种甲烷转化器再生气路接入和升温至500℃的技术问题,满足了再生条件。在实践中,按再生活化基本步骤,安全操作,我们取得了较好的再生效果。活化好后,将色谱恒温箱和甲烷转化器各调至正常工作温度,恢复⑥、⑦端子超温保护热电阻接线,消除气路泄漏,重新调整气路平衡至色谱要求参数,可很好分析出分析物中CO、CO 2 的ppm级含量,完全达到了预期目的。
