【化工行业标准(HG)】 一氧化碳耐硫变换催化剂活性试验方法（低压部分）

ICS 71. 100. 99
备案号：27308—2010
中华人民共和国化工行业标准
HG/T 2780—2009
代替HG/T2780—1996
一氧化碳耐硫变换催化剂活性
试验方法（低压部分）
Test method of activity for sulfur-tolerant carbon monoxideshiftcatalysts(lowpressurepart)2009-12-04发布
2010-06-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言
本标准代替HG/T2780--1996《一氧化碳耐硫变换催化剂试验方法》。本标准与HG/T2780—1996相比主要变化如下：一标准名称修订为：一氧化碳耐硫变换催化剂活性试验方法（低压部分）；一范围改为适用于一氧化碳耐硫变换催化剂（低压部分）；增加了安全警告；
增加了试验装置主要性能；
HG/T2780-2009
取消了原标准中点抗压碎力的测定、磨耗率的测定、钻含量的测定等内容；修改了活性试验的部分内容；
取消了原标准的附录C；
一原标准的附录D调整为本标准的附录B,并对其内容进行了部分修改；一原标准的附录B调整为本标准的附录C,并对其内容进行了部分修改；原标准的附录E调整为本标准的附录D,并对其内容进行了部分修改；对标准作了编辑性修改。
本标准的附录 A、附录 B、附录 C、附录 D为规范性附录。本标准由中国石油和化学工业协会提出。本标准由全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会化肥催化剂分会(SAC/TC105/SC1)归口。本标准起草单位：南化集团研究院、湖北省化学研究院、淄博鲁源工业催化剂有限公司、化肥催化剂国家工程研究中心（福州大学）。本标准主要起草人：尹航丰、李小定、郑起、史志刚、曾飞。本标准于1996年首次发布，本次为第一次修订。I
1范围
HG/T2780-2009
一氧化碳耐硫变换催化剂活性试验方法（低压部分）本标准规定了一氧化碳耐硫变换催化剂活性的试验方法（低压部分）。本标准适用于工况压力小于3.0MPa的合成氨及制氢等装置中，使用的一氧化碳加水蒸气制氢的一氧化碳耐硫变换催化剂。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T6003.1金属丝编织网试验筛(GB/T6003.1—1997,eqvISO3310-1：1990）HG/T2779一氧化碳耐硫变换催化剂（低压部分）3原理
警告：本标准所涉及的试验用原料气和尾气（含H2、N2、CO、H2S、CH4、CO2、CS2)对人体健康和安全具有中毒、易燃、易爆危害，必须严防系统漏气，现场严禁有明火，并且应配有必要的灭火器材和排风设备等预防设施。
原料气中的一氧化碳与一定比例的水蒸气在一氧化碳耐硫变换催化剂（低压部分）的作用下，发生化学反应生成二氧化碳和氢气，其化学反应方程式如下：CO+H2OCO2+H2
用气相色谱仪（或其他一氧化碳分析仪)分析反应前后气体中一氧化碳体积分数，计算出其一氧化碳转化率，以此表征催化剂活性。4试验装置
4.1流程
一氧化碳耐硫变换催化剂(低压部分）活性试验装置示意图见图1。HG/T2780-2009
原料气
1-1~1-4——转子流量计；
2—CS2蒸发器；
气体混合瓶；
4-1～4-2——反应器；
5-—汽化器；
6——平流泵；
7—计量管；
8-1~8-2-
9-1～9-2-
11-111-2-
12-1~12-2-
冷凝器；
水封瓶；
气相色谱仪；
脱硫器；
碱洗瓶；
保温管。
冷凝永
昆12-1
图1一氧化碳耐硫变换催化剂（低压部分）活性试验装置示意图4.2
主要性能
一氧化碳耐硫变换催化剂(低压部分)活性试验装置主要性能参数见表1。表1活性试验装置主要性能设计参数项
反应器中反应管的规格/mm
反应器的等温区长度/mm
最高使用压力/MPa
最高使用温度/℃
平行性(绝对差值)/%
·复现性(绝对差值)/%
反应器等温区长度的测定按附录A的规定。a
4.3校验
正常情况下，试验装置的平行性、复现性每年用参考样或保留样至少测定一次，其测定方法按第6章和第7章的规定。
5采样
5.1实验室样品
按HG/T2779中的规定取得。
5.2试样
HG/T2780-2009
取适量实验室样品，用孔径为4.0mm和5.0mm的试验筛（符合GB/T6003.1中R40/3系列）筛分。取粒度为4.0mm～5.0mm的试样，按附录B的规定测定其堆积密度。5.3试料
根据试样的堆积密度，称取所需装填量（一般为30mL)的试样（5.2），精确至0.1g，待用。6试验步骤
6.1原料气
原料气（以体积分数计）由一氧化碳（28%~32%）、二氧化碳（6%10%）、氢气（35%～55%）总硫（以H2S计），大于0.1g/m3、氧气（应低于0.5%）、情性气体（其余）)组成。6.2试料的填装
在反应器的反应管底部垫一层不锈钢筛板，将处理干净的粒度为4mm6mm的瓷球装入反应管内，并敲实，填至测定等温区时所确定的位置。再在瓷球上加一层不锈钢筛板，将催化剂试料（5.3)小心倒人反应管内，轻轻敲击管壁，使催化剂床层装填紧密，并测量其催化剂床层装填高度，然后加上一层不锈钢筛板，不锈钢筛板上装人适量的粒度为4mm～6mm的瓷球，轻轻敲实，紧反应器螺帽后，将反应器接入试验系统。打开原料气总阀，向系统内通入原料气，并稳定在活性测定压力下，关闭系统进出口阀门，使系统处于密封状态下进行试漏。试漏符合要求后打开系统出口阀排气，使系统降至常压，如有漏气再进行处理。将测温热电偶插入热电偶套管内，使其热端位于气体入口离开催化剂床层5mm临界面处。
6.3升温硫化
一氧化碳耐硫变换催化剂（低压部分）的活性组分在试验前系氧化态，无活性或活性很低，需经过硫化将其转化为硫化态方能显示正常活性。硫化反应式示例如下：
MoOs+CSz+5H2MoS+CH+3H20
9Co0+4CS2+17H2CogSg+4CH4+9H20硫化步骤：
向反应器内通入原料气，原料气空速为750h-1（空速相关的流量校正见附录C)，系统压力为常压。其升温硫化操作按表2的规定。反应器温度升至180℃时，开始向原料气中配人总硫（以H2S计）为50g/m3～70g/m3的硫化剂，直至反应器温度从420℃降至250℃时停止配硫，硫化结束。表2硫化操作条件
温度范围/℃
室温～250
250~350
350~420
420~250
6.4活性的测定
升温速率/(℃/h）
自然降温
6.4.1一氧化碳耐硫变换催化剂(低压部分)的活性试验条件见表3。所需时间/h
HG/T2780—2009
催化剂试料装填量/mL
原料气空速a/h-1
水蒸气与原料气体积比
系统压力/MPa
活性测定温度/℃
空速相关的流量校正见附录C。
活性试验条件
b水蒸气与原料气体积比的测定见附录D。条
2500±50
0.50±0.02
0.80±0.02
200±1
6.4.2硫化结束后，将汽化器升温至约280℃，保温管升温至约180℃，切换原料气阀门，控制并调节系统压力、原料气空速、水蒸气与原料气体积比、活性测定温度等试验条件，在活性试验条件下稳定至少4h后，开始分析反应器进出口气体中的一氧化碳体积分数，并计算其一氧化碳转化率，然后每隔1.5h～2.0h测定一次。当连续三次一氧化碳转化率的绝对差值不大于1.0%，则可以结束试验。6.4.3试验结束后，先关闭原料气总阀，系统排空降压，同时排放冷凝器中的冷凝水，当系统降至常压时，关闭平流泵，停止注水，最后切断系统电源。结果计算
活性以一氧化碳转化率E计，数值以%表示，按式(1)计算：E=(91二2)×100
×（100+2）
式中：
91—原料气中一氧化碳的体积分数的数值，以%表示；92一一变换气中一氧化碳的体积分数的数值，以%表示。取三次连续测定结果的算术平均值作为测定结果，三次测定结果的绝对差值应不大于1.0%。4
附录A
（规范性附录）
反应器等温区长度的测定
HG/T2780—2009
A.1在反应器底部垫一层不锈钢筛板，装满直径为4mm～6mm的瓷球，并敲实，拧紧封头螺母。将反应器接到活性试验装置中，试压试漏至合格，向热电偶套管内插人热电偶。A.2向反应器内通入原料气并升温，将温度、压力、空速、水蒸气与原料气体积比控制在活性试验条件下，待条件稳定2h后开始测定等温区。A.3将热电偶插入反应器电偶套管内的适当位置，记下热电偶插入反应器电偶套管内的长度和相应的温度（即原点处的温度）。将热电偶沿反应器电偶套管向外拉，每拉出10mm，等1min左右，记录稳定后的温度，直至温度相差2℃以上为止。随后再将热电偶向反应器电偶套管内插入，方法同上，直到热电偶插到原点位置为测定一次。A.4按A.3的步骤再重复测定一次，取两次测定的共同区间为该温度下的等温区。A.5将反应器温度升温至420℃恒温，待条件稳定2h后，按A.3、A.4的步骤测定420℃下的等温区。取200℃和420℃的共同区间作为该反应器的等温区。该区间长度即为反应器等温区长度，单位为毫米（mm）。等温区内的温度差值应不大于1℃。等温区的长度应不小于50mm。A.6若所测温度显示不出等温区，需将反应器拆下，调整电炉丝的疏密位置，然后重测等温区。A.7根据测得等温区的长度，确定反应器底部装填瓷球的高度和催化剂试料装填高度，计算出热电偶插人的长度。
HG/T2780—2009
B.1试样的堆积
附录B
(规范性附录)
催化剂堆积密度的测定
将适量的试样（5.2)分成若干份，依次加人250mL量筒内；每加一次，均需将量筒简上下振动若干次，直至试样在量筒内的位置不变为振实，反复操作，直至振实的试样量为100mL。试样的称量
称量振实的100mL试样(B.1)的质量，精确至0.1g。B.3堆积密度的计算
催化剂堆积密度p，数值以克每毫升（g/mL)表示，按式(B.1)计算：p= m2=ml
式中：
m2——250mL量筒和100mL试样的质量的数值，单位为克(g)；m1250mL量筒的质量的数值，单位为克（g)；V一试样的体积的数值，单位为毫升(mL)。计算结果保留三位有效数字。
取平行测定结果的算术平均值作为测定结果，平行测定结果的相对误差应不大于2.0%。6
C.1湿式气体流量计比对法wwW.bzxz.Net
附录C
（规范性附录）
转子流量计流量校正
C.1.1将湿式气体流量计与转子流量计按图C.1接好。4s
原料气进气阀；
气量调节考克；
3-转子流量计；
一水压差计；
温度计；
6—湿式气体流量计；
一放空。
图C.1湿式气体流量计比对法流量校正装置HG/T 2780—2009
首先调节好湿式气体流量计的水平，再拧开水位溢流孔的螺帽，向湿式气体流量计内加入蒸馏水。当水由溢流孔漫出时，停止加水，待溢流孔不漫水时，拧紧溢流孔螺帽。C.1.2硫化时原料气空速的流量校正根据催化剂试料装填量和硫化时原料气空速，气体的体积流量Qi，数值以毫升每分钟（mL/min）表示，按式(C.1)计算：
式中：
空速的数值，单位为每小时(h-1）；Veat
SuVeatPoT
60PT。
催化剂试料的装填量的数值，单位为毫升(mL）；标准状态下大气压的数值，单位为帕斯卡(Pa)(P。=101325)；-测定时室温的热力学温度的数值，单位为开尔文(K)；测定时的大气压的数值，单位为帕斯卡(Pa)；标准状态下热力学温度的数值，单位为开尔文(K)(T。=273）)。C.1.3活性测定时原料气空速的流量校正(C. 1)
根据催化剂试料装填量和活性测定时原料气空速，气体的体积流量Q2，数值以毫升每分钟（mL/min)表示，按式(C.2)计算：
SuVeatPoT
60PT。
HG/T2780—2009
式中：
Su——空速的数值,单位为每小时(h-1);Vcat——催化剂试料的装填量的数值，单位为毫升(mL)；P。-标准状态下大气压的数值，单位为帕斯卡(Pa)(Po=101325)；T测定时室温的热力学温度的数值，单位为开尔文(K)；P—测定时的大气压的数值，单位为帕斯卡(Pa)；T。——标准状态下热力学温度的数值，单位为开尔文(K)(T。=273)；91——原料气中一氧化碳体积分数的数值，以%表示；E
一一氧化碳转化率的数值，以%表示。C.1.4打开进气阀1，原料气经转子流量计进人湿式气体流量计，用考克2调节气体流量的大小。记下湿式气体流量计的起始，同时启动秒表计时，当湿式气体流量计计量一定量气体体积时，按下秒表，记下时间和湿式气体流量计的终止读数，并计算气体的体积流量。调节气体流量大小，重复测定，直至气体体积流量为Q1和Q2时为止，确定转子流量计内浮子上端面的刻度位置。8
D.1测定装置
测定装置见图1。
D.2原理
附录D
（规范性附录）
水蒸气与原料气体积比的测定
HG/T 2780—2009
本标准活性试验装置采用平流泵将水定量地打入汽化器，水在汽化器内全部汽化并和原料气混合，形成一定比例的混合气体进入反应器进行变换反应。D.3测定步骤
D.3.1水消耗速率的测定
启动平流泵，将平流泵的流量选择置于某一数据，待系统稳定10min后，关闭玻璃下口瓶的出口考克，让计量管中的水进人平流泵，记下计量管中水的初始读数（V）并用秒表同时开始计时，当时间达到约10min时，记下计量管中水的终止读数（V2）。D.3.2冷凝分离后的原料气流量的测定启动平流泵的同时，向系统内通入原料气（反应器内全装瓷球），调节和控制原料气流量，同时向冷凝器内通入冷却水，保持系统稳定，尾气通人湿式气体流量计。在测定水消耗速率的同时，记下湿式气体流量计起始读数V3，并用秒表同时计时，当时间到约10min时，记下湿式气体流量计的终止读数V4。D.3.3水蒸气与原料气体积比的计算D.3.3.1水消耗速率Q水，数值以毫升每分钟(mL/min)表示，按式(D.1)计算：V2-Vi
式中：
Vi水的初始读数的数值，单位为毫升(mL)；V2—
一水的终止读数的数值，单位为毫升（mL）；一测定所用时间的数值，单位为分钟（min）。D.3.3.2原料气流量Q气，数值以升每分钟(L/min)表示，按式(D.2)计算：Q气：
式中：
V3湿式气体流量计的初始读数的数值，单位为升(L);V4
一湿式气体流量计的终止读数的数值，单位为升（L）；一测定所用时间的数值，单位为分钟(min）。D.3.3.3水蒸气与原料气体积比R，按式(D.3)计算：1.244prQ水
式中：
PT室温为T时水的密度，单位为克每毫升(g/mL)；Q水一水消耗速率，单位为毫升每分钟（mL/min）；Q气一一原料气流量，单位为升每分钟(L/min）；(D.1)
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