1 前言

柱形催化劑廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工及精細化工固定床反應(yīng)系統(tǒng)。在長期運行過程中，催化劑顆粒需承受床層壓力、氣流沖擊及溫度變化等作用，其機械強度直接影響使用壽命和裝置運行穩(wěn)定性。若顆粒強度不足，在運輸、裝填或反應(yīng)過程中易發(fā)生破碎粉化，導(dǎo)致催化劑損耗增加，并可能造成反應(yīng)器壓降升高、管路堵塞等問題。

與球形顆粒不同，柱形催化劑實際工況中主要承受徑向載荷，因此徑向抗壓強度是評價其機械性能的重要指標(biāo)；部分應(yīng)用場景還需結(jié)合軸向強度測試，評估顆粒承受床層壓力的能力。柱形催化劑屬于硬質(zhì)脆性顆粒，受壓達到臨界值后會發(fā)生斷裂，檢測時需采用柱形顆粒測試模式。

本方案依據(jù)HG/T 2782-2024《化工催化劑顆粒抗壓碎力的測定》及GB/T 44750-2024《顆粒 抗壓強度的測量》等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合顆粒強度測定儀建立標(biāo)準(zhǔn)化檢測流程。該方法適用于圓柱形、條形、環(huán)形、蜂窩煤形催化劑及分子篩等材料的徑向、軸向抗壓強度測試，可為生產(chǎn)質(zhì)控、工藝優(yōu)化、來料檢驗及材料研發(fā)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 儀器與試劑

2.1 儀器

顆粒強度測定儀；鼓風(fēng)干燥箱；游標(biāo)卡尺或電子數(shù)顯卡尺（精度 0.02 mm）；鑷子等。

圖 1：顆粒強度測定儀外觀圖

2.2 樣品與輔助用品

催化劑顆粒；無水乙醇（分析純）；無塵軟毛刷。

3 實驗方法

3.1 樣品準(zhǔn)備

取樣：按照 GB/T 41948《顆粒表征 樣品準(zhǔn)備》的規(guī)定進行取樣。從批量產(chǎn)品中隨機采集具有代表性的催化劑樣品，取樣量應(yīng)足夠完成全部測試。

樣品預(yù)處理：按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)要求進行必要的（如烘干、篩分）預(yù)處理。

樣品挑選：用鑷子從預(yù)處理后的樣品中隨機選取 30 粒表面無明顯缺陷的柱形催化劑顆粒。

尺寸測量：用游標(biāo)卡尺測量每顆柱形催化劑顆粒的直徑和長度。選取直徑和長度基本一致的

樣品進行后續(xù)測試。

3.2 樣品測試步驟

開機自檢：開啟儀器電源，選擇顆粒類型（催化劑屬于脆性顆粒），儀器自動完成整機自檢。

壓桿自動升降歸零，自檢完成后，界面顯示“待檢測”。

模式選擇：進入柱形顆粒檢測界面，選擇接觸方式，面接觸時（軸向載荷）需輸入樣品截面

積，線接觸時（徑向載荷）不需輸入截面積。

樣品放置：用鑷子將 1 顆催化劑顆粒放置于樣品托盤。

注：催化劑測定徑向顆粒強度時，必須水平放置，確保壓桿沿顆粒直徑方向施壓，測定軸向顆粒強度時，必須垂直放置。

啟動測試：點擊“開始”進行測試。壓桿勻速向下運動，接觸樣品后實時顯示當(dāng)前壓力值。

數(shù)據(jù)采集：儀器持續(xù)實時采集壓力數(shù)值，催化劑顆粒受壓破碎瞬間蜂鳴報警，設(shè)備自動記錄

破碎峰值壓力，壓桿自動回升至初始位置，單次測試數(shù)據(jù)自動存入系統(tǒng)。

清理托盤：單次測試完成后，用毛刷清掃托盤內(nèi)催化劑碎屑，再進行下一粒測試。

平行測試：每組連續(xù)有效測試 15 粒，中途若顆粒打滑、未破碎觸發(fā)超壓保護，點擊“停止”舍棄本次數(shù)據(jù)，重新檢測。

圖 2：柱形催化劑尺寸測量與烘干

3.3 儀器操作說明

顆粒類型選擇：開機主界面選擇“脆性顆粒”。

接觸方式選擇：徑向測定選擇“線接觸”，軸向測定選擇“面接觸”。

清零：如儀器不顯示“0”，點擊“清零”按鍵。

查看數(shù)據(jù)：點擊“查看”進入查看界面，可存儲 15 次測試數(shù)據(jù)，保存平均值及變異系數(shù)。打印：點擊“打印”打印本輪測試數(shù)據(jù)。

清空：點擊“清空”清空本輪測試數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果統(tǒng)計

儀器自動存儲 15 組單粒顆粒破碎壓力值，自動計算：

單粒顆粒強度：破碎瞬間最大壓力，單位 N；

批次平均顆粒強度：15 組數(shù)據(jù)算術(shù)平均值，單位 N；

變異系數(shù) Cv：反映尿素顆粒強度均勻性，用于評價造粒工藝穩(wěn)定性。

無需額外換算公式，直接以儀器輸出平均壓力作為最終檢測結(jié)果。

4.2 測試結(jié)果

以面接觸為例：

圖 3：樣品測試過程與數(shù)據(jù)圖

4.3 精密度

變異系數(shù)越小，說明顆粒均勻性越好。顆粒的形狀、尺寸及制備工藝的一致性會影響顆粒強

度結(jié)果。

5 方案特點與優(yōu)勢

5.1 儀器性能亮點

多形態(tài)兼容：支持圓柱形、條形、環(huán)形、蜂窩煤形等多種柱狀催化劑檢測，可根據(jù)需求切換徑向（線接觸）和軸向（面接觸）加載方式。

操作簡便：采用觸摸式人機界面，測試參數(shù)預(yù)設(shè)后即可自動完成檢測，結(jié)果自動統(tǒng)計并支持打印輸出。

安全防護完善：具備超壓保護功能，可降低高強度顆粒測試過程中對傳感器造成的損傷風(fēng)險。

檢測精度高：力值分辨力達到0.01 N，可有效區(qū)分不同配方、成型工藝及焙燒條件造成的強度變化，為工藝優(yōu)化和質(zhì)量評價提供依據(jù)。

5.2 適用對象與檢測能力

樣品范圍：適用于圓柱形催化劑、條形催化劑、環(huán)形催化劑、蜂窩煤形催化劑以及分子篩等顆粒材料。

尺寸適配：支持0.2~25 mm（或0.5~25 mm，具體以儀器型號為準(zhǔn)）的顆粒檢測。

測試效率：單粒檢測時間短，重復(fù)性良好，可滿足批量樣品快速評價需求。

5.3 關(guān)鍵質(zhì)控要點

環(huán)境要求：建議在溫度10~30℃、相對濕度≤70%的條件下進行測試，減少環(huán)境因素對結(jié)果的影響。

尺寸記錄：測試前應(yīng)準(zhǔn)確測量顆粒直徑、長度等尺寸參數(shù)，確保檢測結(jié)果具備可追溯性。

加載方式規(guī)范：徑向強度測試時顆粒需水平放置，使壓桿沿直徑方向施力；軸向測試時需垂直放置，避免因放置方式錯誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差。

取樣控制：按照隨機取樣原則選取樣品，保證測試結(jié)果能夠代表批次整體性能。

設(shè)備維護：測試完成后及時清理殘留碎屑，保持設(shè)備清潔；定期采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進行力值校準(zhǔn)，確保長期測試準(zhǔn)確性。

6 結(jié)論

本方案依據(jù)HG/T 2782-2024《化工催化劑顆粒抗壓碎力的測定》及GB/T 44750-2024《顆粒 抗壓強度的測量》等標(biāo)準(zhǔn)，利用顆粒強度測定儀建立了適用于柱形催化劑的抗壓強度檢測方法。

該方法結(jié)合柱形催化劑硬質(zhì)脆性特點，通過規(guī)范顆粒放置方式、選擇對應(yīng)徑向或軸向測試模式，并結(jié)合多次平行測定，有效提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。檢測數(shù)據(jù)能夠直觀反映催化劑顆粒在運輸、裝填及運行過程中的抗破碎能力，可應(yīng)用于催化劑生產(chǎn)質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化、用戶驗收及科研評價等環(huán)節(jié)，為催化材料性能分析提供可靠依據(jù)。