1 前言

柱形催化劑廣泛應用于石油化工、煤化工及精細化工固定床反應系統。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定性。若顆粒強度不足，在運輸、裝填或反應過程中易發生破碎粉化，導致催化劑損耗增加，并可能造成反應器壓降升高、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；部分應用場景還需結合軸向強度測試，評估顆粒承受床層壓力的能力。柱形催化劑屬于硬質脆性顆粒，受壓達到臨界值后會發生斷裂，檢測時需采用柱形顆粒測試模式。

本方案依據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》等標準，結合顆粒強度測定儀建立標準化檢測流程。該方法適用于圓柱形、條形、環形、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，可為生產質控、工藝優化、來料檢驗及材料研發提供數據依據。

2 儀器與試劑

2.1 儀器

顆粒強度測定儀；鼓風干燥箱；游標卡尺或電子數顯卡尺（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 樣品準備

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

樣品預處理：按照產品標準或企業要求進行必要的（如烘干、篩分）預處理。

樣品挑選：用鑷子從預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前壓力值。

數據采集：儀器持續實時采集壓力數值，催化劑顆粒受壓破碎瞬間蜂鳴報警，設備自動記錄

破碎峰值壓力，壓桿自動回升至初始位置，單次測試數據自動存入系統。

清理托盤：單次測試完成后，用毛刷清掃托盤內催化劑碎屑，再進行下一粒測試。

平行測試：每組連續有效測試 15 粒，中途若顆粒打滑、未破碎觸發超壓保護，點擊“停止"舍棄本次數據，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。

查看數據：點擊“查看"進入查看界面，可存儲 15 次測試數據，保存平均值及變異系數。打印：點擊“打印"打印本輪測試數據。

清空：點擊“清空"清空本輪測試數據。

4 結果與討論

4.1 結果統計

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 組數據算術平均值，單位 N；

變異系數 Cv：反映尿素顆粒強度均勻性，用于評價造粒工藝穩定性。

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果。

4.2 測試結果

以面接觸為例：

圖 3：樣品測試過程與數據圖

4.3 精密度

變異系數越小，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

度結果。

5 方案特點與優勢

5.1 儀器性能亮點

多形態兼容：支持圓柱形、條形、環形、蜂窩煤形等多種柱狀催化劑檢測，可根據需求切換徑向（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，測試參數預設后即可自動完成檢測，結果自動統計并支持打印輸出。

安全防護：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險。

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

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）的顆粒檢測。

測試效率：單粒檢測時間短，重復性良好，可滿足批量樣品快速評價需求。

5.3 關鍵質控要點

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

尺寸記錄：測試前應準確測量顆粒直徑、長度等尺寸參數，確保檢測結果具備可追溯性。

加載方式規范：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致數據偏差。

取樣控制：按照隨機取樣原則選取樣品，保證測試結果能夠代表批次整體性能。

設備維護：測試完成后及時清理殘留碎屑，保持設備清潔；定期采用標準砝碼進行力值校準，確保長期測試準確性。

6 結論

本方案依據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》等標準，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。

該方法結合柱形催化劑硬質脆性特點，通過規范顆粒放置方式、選擇對應徑向或軸向測試模式，并結合多次平行測定，有效提升檢測結果的準確性和一致性。檢測數據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，可應用于催化劑生產質量控制、工藝優化、用戶驗收及科研評價等環節，為催化材料性能分析提供可靠依據。