化肥活性检测中催化剂使用危险性分析

钱战 许保强

摘 要：化肥催化剂活性检测具有活性检测标准较高、检测时间长、高温与高压、以非标设备为主、拆装多且温度浮动大、自动化程度比较高、包含的危险化学物质较多等特征。在进行化肥催化剂活性检测过程中，会存在较大的危险性，表现为原料气具有易燃易爆的性质、高温操作产生的危险性、高压环境产生的危险性等。

关键词：化肥;活性检测;催化剂;危险性

化肥是农业种植中不可缺少的重要组成部分，我国农业的逐步发展也推动了我国化肥工业的不断前进。现阶段，我国已经建立的化肥生产厂家有80多家，能够生产的化肥品种也有40余种，产品型号更是超过了290种，年均化肥产量为114 kt。为了确保化肥产品的品质，应加强化肥生产全过程的监督和检测、提高化肥催化剂产品品质，许多单位在原有实验室的基础上进行改造或者重新构建新型化肥催化剂活性检测实验场所以及设备。从现阶段的使用状况来看，各个实验室与设备的使用状况良好，并在改善化肥催化剂产品品质上发挥了巨大的优势，促进了化肥催化剂产品质量的进一步提升。然而在实际生产过程中仍然存在较多的问题，给安全生产埋下了较大的隐患。因此，本研究重点分析了化肥催化剂活性检测的特征，探究了化肥催化剂在进行活性检测中存在的危险因素，指出了活性检测设备需要达到的安全规范标准，为保障化肥催化剂活性检测过程的安全性提供了帮助。

1    化肥催化剂活性检测特征

1.1  活性检测标准较高、检测时间长

在进行化肥催化剂活性检测的过程中，保障检测结果的准确性非常重要。因此，在开展实际检测工作时，需要全面落实相关产品实验方法以及实验标准中的规定，对检测环节中的温度、压力、湿度以及原材料等方面因素进行控制[1]。假如在活性检测过程中，许多因素的状态不稳定，则必须对相关参数进行不断优化，直到各项因素都处于稳定状态。此外，相比于其他类型的化工产品，化肥催化剂的检测时间非常长，在十分顺利的情形下，整个检测过程最少需要耗时50 h，而最长可能会达到115 h。如果在检测过程中出现数据不稳定的现象，还需要延长检测时间。

1.2  高温与高压

当下化肥催化剂的类型较多，而绝大多数催化剂在活性检测时，都必须要在高温与高压的环境下进行，确保检测结果的准确性与可靠性[2]。比如在进行天然气一段与二段催化剂检测过程中，相关标准严格规定了催化剂活性检测的温度以及压力，即末端位置的温度要达到（815±3）℃，开端位置温度要达到（795±3）℃，内部环境压力要达到（2.80±0.04）MPa;在进行氨合成催化剂活性检测过程中，根据规定，需要在检测过程中保证活性温度处于450 ℃左右，耐热温度要能够达到525 ℃，内部环境压力要达到14.5 MPa。从这些示例中可以看出，催化剂活性检测的温度与压力要求非常高，给活性检测设备以及控制装置带来了较大的挑战。

1.3  以非标设备为主，拆装多且温度浮动大

化肥催化剂活性检测装置涵盖多个组成部分，比如压缩机、计量泵、收集器等。在这些单体设备中，只有一些电机以及泵站等属于标准设施，其余的均是非标设备，都必须要根据实际使用工况进行专门设计和开发，设备的兼容性较差[3]。与此同时，在实际检测过程中，往往还需要对设施中的反应器以及净化器等进行多次拆装，很容易对其中的密封件造成损坏，缩短密封件的使用寿命。此外，检测设备的内部环境温度浮动较大，循环往复地升温和降温，也会对设备本体部分以及焊缝位置产生较大影响，缩短设备的使用寿命。

1.4  自动化程度较高

在进行化肥催化剂活性检测过程中，包含的参数类型非常多，比如压力、温度、时间、流量、试剂分析等。这些参数之间有着较大的关联性，如果通过人工来控制，会产生比较大的控制误差，因此在开展化肥催化剂活性检测时，一般都是通过计算机系统来完成各项操作和调整，避免产生不必要的误差，确保获得的实验数据具有较高的准确性与真实性。

1.5  包含的危险化学物质较多

开展化肥催化剂活性检测实验时，不仅有检测必备的原料气，也有试剂分析过程中所需要的不同化学试剂与辅助材料，甚至还有检测过程中产生的各种废气与废液。尽管这些废弃物的总量不是非常庞大，但是均具有一定的毒性，存在易燃、易爆的风险以及较强的腐蚀性[4]。

2    化肥活性检测中催化剂的危险性分析

化肥催化剂的活性检测过程具有非常显著的特征，导致在实际检测过程中存在许多隐性的危险源，比如易发生火灾与爆炸事件，也可能会出现中毒、高温灼烧以及窒息等危险。所以，要善于发现化肥催化剂活性检测中的隐藏问题，并采取有效措施来预防，确保催化剂活性检测过程的安全性和稳定性。

2.1  原料气具有易燃易爆的性质

由于化肥催化剂活性检测中的原料气种类繁多，并且许多气体具有易燃易爆的特性，常见的可燃性气体有氢气、硫化氢气体、氨气、一氧化碳气体、甲醇气体以及甲烷气体等，每种气体的爆炸极限有着较大的区别，必须要全面了解并建立正确的认知[5]。多种可燃气体的爆炸极限如表1所示。

可燃性气体的危险性大小与其对应的爆炸质量分数下限成反比，即当某种气体的爆炸下限较低时，易燃易爆性较高;当爆炸下限较高时，易燃易爆性较低。此外，气体的危险性大小还随着爆炸范围的扩大而增大，两者成正比，具體计算公式如下[6]：

对表1中的数据进行分析，结合上述计算公式，可以得到各种气体的爆炸危险系数。这6种可燃性气体中，氢气的危险系数最高，达到了17.7，是上述气体中危害性最大的气体。

氨合成催化剂以及高温变换催化剂活性检测过程中采取的原料气有氢气与氮气混合气体、半水煤气体等，对其爆炸极限进行分析和计算，能够得到两种气体的爆炸上限与下限，如表2所示。

2.2  高温操作产生的危险性

在进行化肥催化剂活性检测的过程中，当操作温度过高时，极易着火爆炸。出现这种现象主要是由以下原因造成   的[7]：（1）高温的外表面也具有非常高的温度，一些易燃物质与之接触很容易引发火灾。（2）在高温环境中存在许多易燃易爆的气体混合物，当空气泄漏进设备中，就会引发混合气体的燃烧和爆炸。（3）高温环境已经超过了一些气体的可燃点，当出现气体泄露时，高温气体与空气接触便会立即燃烧。（4）长期处于高温环境下，设备中金属材料的金相组织会发生变化，降低材料的耐腐蚀性能和设备强度，由此产生较大的安全风险。（5）当气体处于高温环境下时，自身的爆炸极限也会变大。比如煤气在正常环境下的爆炸极限为20%左右，而当将煤气加热到100 ℃时，爆炸极限就上升到25%左右。爆炸极限越大，相应的危险系数也就越高。

2.3  高压环境产生的危险性

化肥催化剂的类型较多，不同催化剂的活性检测条件也大不相同，许多催化剂需要在高温环境下开展活性检测工作，比如氨催化剂的活性检测压力为14.8 MPa、合成甲醇催化剂的活性检测压力为11.2 MPa等。因为高压环境对设备生产要求较高，不仅要使用特殊材质，还给加工、管件阀的选用都造成了较大困难。另外，设备长期处于高压环境下，抗腐蚀性会降低，设备机械强度也会越来越低。高压环境下可燃气体的爆炸极限也会提高，特别是对上限的影响非常大。比如在正常压力环境下，甲烷气体的爆炸上限是13.8%，当压力达到13 MPa时，爆炸上限会增长至46.8%，导致发生爆炸事故的概率大大提升。

3    结语

现阶段，化工企业在发展过程中，必须要将安全放在第一位。在進行化肥催化剂活性检测过程中，需要充分了解化肥催化剂活性检测的特征，充分掌握化肥催化剂活性检测中的各项危险因素，为企业的安全生产与稳定运行提供保障，做到防患于未然。

[参考文献]

[1]李冬芳，朱彤，林德海，等.V-W-Ti基脱硝催化剂资源化回收[J].环境工程，2015，33（增刊1）：335-338，397.

[2]张宏哲，郭磊，刘政伟，等.废催化裂化催化剂的危险性及污染特征[J].化工环保，2019，39（2）：231-234.

[3]刘惠云.浅谈中氮肥企业催化剂的使用技术与科学管理[J].中氮肥，1990（5）：56-70.

[4]倪黎，梁维军，王红萍.废催化裂化催化剂的减量与处理处置技术现状进展[J].石油化工，2018，47（11）：1260-1267.

[5]宋仕运.MTBE装置催化剂卸料过程的起电特性及危险性分析[J].浙江化工，2013，44（8）：29-33.

[6]余明江，计丽丽.农业投入品化肥催化剂活性检测的危险性因素分析[J].低碳世界，2017（17）：257-258.

[7]姚杰，沈磊.平板式烟气脱硝催化剂活性检测方法研究及改进[J].中国电力，2018，51（11）：168-173.