专利名称：用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置。
背景技术：
对强放热、催化剂易于失活的反应，工业上多采用流化床反应器进行催化剂活性、 选择性与耐磨性等催化剂性能的评价。流化床反应器具有如下优点流态化的细粉颗粒在 悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大，提高了催化剂的利用率；颗粒在床层内混合激 烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均勻一致，热稳定性高，有利于强放热反应的等温操作； 流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化 床之间大量循环；流体与颗粒之间传热、传质速率也较其它接触方式为高；由于气_固体系 中孔隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化，以致在很宽的范围内均能形成较浓 密的床层。热稳定性和水热稳定性是衡量催化剂性能好坏的一项重要指标。甲醇制烯烃 (MTO)反应过程生成大量水、放出大量热量，形成严峻的水热环境，对分子筛催化剂的水热 稳定性要求很高。水热处理对成型催化剂的物化性能(分子筛孔道内的酸强度、酸密度，孔 道结构、比表面积、孔分布、结晶度、形貌)、催化性能(活性、选择性、积炭、催化剂寿命)都 将产生一定的影响。研究水热处理条件对成型催化剂性能的影响十分必要。水热处理包 括温和条件下对催化剂酸性进行调整的水热改性和苛刻条件下对催化剂进行的水热老化 处理。现有技术中，固定流化反应装置和水热处理装置为独立设计，各自采用单独的进 气系统、气体进料流量控制系统、反应系统、加热及控温系统、分析检测系统。固定流化反应 装置和水热处理装置单独设计使得设备投资高，操作复杂，催化剂装卸频繁。
发明内容
本发明旨在提供一种用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置， 能够解决固定流化反应装置和水热处理装置设备投资高，操作复杂，催化剂装卸频繁等问 题。根据本发明的一个方面，提供了一种用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化 剂评价的装置，包括进气系统；进料系统；预热器，与进气系统和进料系统连接；流化床反 应器，与预热器的出口连接并与进气系统连接；产品分析系统，与流化床反应器的出气口连接。进一步地，用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置还包括积 炭分析系统，与流化床反应器的出口连接。进一步地，用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置还包括第 三三通阀，其第一端连接流化床反应器的出气口，其第二端连接产品分析系统，其第三端连 接积炭分析系统。
进一步地，进气系统包括第一气体供气装置；第二气体供气装置；第一三通阀， 其第一端与预热器的进口连接；第一三通阀的第二端与第一气体供气装置连接；第一三 通阀的第三端与第二气体供气装置连接；阀门，设置在第一三通阀的第一端与预热器的进 口之间；流量控制计，与预热器的进口连接。进一步地，流量控制计包括质量流量计，与预热器的进口连接；旁通阀门，与质 量流量计并联在预热器与阀门之间；第一气体转子流量计，连接在第一气体供气装置与第 一三通阀的第二端之间；第二气体转子流量计，连接在第二气体供气装置与第一三通阀的 第三端之间。进一步地，阀门包括串联设置的球阀和减压阀，减压阀与质量流量计连接；球阀 与第一三通阀连接；阀门还包括第一单向阀，连接在质量流量计与预热器之间；进气系统 还包括过滤器，球阀与第一三通阀通过过滤器连接。 进一步地，进料系统包括原料存储容器；出料管路，与原料存储容器的第一端连 接；回料管路，与原料存储容器的第二端连接；进料泵，与出料管路连接；第二单向阀，连接 在进料泵与预热器的进口之间；第二三通阀，其第一端连接回料管路，其第二端连接进料 泵，其第三端通过第二单向阀连接预热器的进口。进一步地，产品分析系统包括冷阱，容纳收液瓶，冷却产品气体中的部分组分； 收液瓶，与流化床反应器的出口连接，收集冷阱冷凝下来的液体组分；产品采集系统，包括 累计产品采集系统与瞬时产品采集系统，色谱分析系统，与流化床反应器的出口连接，分析 收集的产品。色谱分析系统包括在线色谱分析装置和离线色谱分析装置，在线色谱分析装置用 于在线分析水、醇、醚等极性物质，离线色谱分析装置用于分析累计收集的气体和等时间间 隔收集的气体。在线色谱分析装置与流化床反应器的出气口连接。离线色谱分析装置，分析累计 气体取样口和等时间间隔气体取样口采集的样品。进一步地，积炭分析系统包括脱水装置，与流化床反应器的出口连接；一氧化碳 转化炉，其入口与脱水装置连接；二氧化碳分析仪，与一氧化碳转化炉的出口连接。进一步地，流化床反应器包括顶部的扩大段、底部的密相段、连接在出扩大与密 相段之间的过渡段；流化床反应器的出气口和催化剂加剂口分别设置在扩大段的顶部；流 化床反应器的进料口设置在密相段的底部；扩大段的直径为密相段的直径的1. 3至1. 8倍， 过渡段的最小直径等于密相段的直径，过渡段的最大直径等于扩大段的直径，扩大段、过渡 段、密相段的高度分别为H3、H2、H1，并且H3 H2 Hl = 1 0.7-1 1-1.2。进一步地，扩大段设有第二热电偶T2、过渡段设有第三热电偶T3、密相段设有第 四热电偶T4。进一步地，流化床反应器外设有流化床反应器加热炉；扩大段、过渡段、密相段中 各段处的流化床反应器加热炉采用控温加热，各段处的流化床反应器加热炉的加热功率相 同，加热功率为2500W至3500W。进一步地，流化床反应器的出气口设有滤芯，滤芯具有10至30 μ m的微孔。进一 步地，滤芯具有20 μ m的微孔。进一步地，设在流化床反应器底部的填充式分布板，填充式分布板包括金属丝网层、设置在金属丝网层下的填充层，填充层包括第一层卵石、设置在第一层卵石上的石英 砂以及设置在石英砂上的第二层卵石。进一步地，第一气体供气装置与流化床反应器的进口连接。预热器，与进气系统连接；进料系统，与预热器的进口连接；流化床反应器，与预 热器的出口连接并与进气系统连接；所以，可以在进料系统中加入蒸馏水，蒸馏水可以经过 预热器的加热进入流化床反应器，实现水热处理，并且，流化床反应器与进气系统连接，通 过进气系统的吹扫实现稳定控制，从而在流化床反应器中，继续进行固定流化床催化剂评 价，因而将催化剂水热处理、固定流化床催化剂评价功能集成在一起，降低了设备投资、减 少了催化剂装卸次数，简化了水热处理和固定流化床催化剂评价操作步骤，为实验室开发 成型催化剂提供了研究平台
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施 例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中图1示意性示出了根据本发明实施例的用于成型催化剂水热处理与固定流化床 催化剂评价的装置的结构；图2示意性示出了流化床反应器的结构；图3示意性示出了填充式分布板的结构。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。如图1所示，用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置，包括进 气系统；预热器R1，与进气系统连接；进料系统，用于提供催化剂水热处理与固定流化床催 化剂评价所需的原料，例如蒸馏水、甲醇等，其与预热器Rl的进口连接；流化床反应器R2， 与预热器Rl的出口连接并与进气系统连接；产品分析系统，与流化床反应器R2的出气口连接。预热器Rl可以设置在预热炉HTl中，实现对从进气系统进入到预热器Rl内的气 体的预先加热以及对从进料系统进入到预热器Rl内的原料(流化床反应时原料为甲醇，水 热处理时所用原料为去离子水)预先加热气化。预热器Rl可以设置热电偶Tl，通过热电偶 Tl可以实现控温加热。进气系统包括第一气体供气装置15，例如为氮气瓶；第二气体供气装置17，例如 为空气瓶；这样，便于制作、存储、运输和购买。在操作中，进料系统中加入蒸馏水，蒸馏水可以经过预热器的加热进入流化床反 应器，实现水热处理，并且，流化床反应器与进气系统连接，通过进气系统的吹扫实现稳定 控制。水热处理完成后，将原料储罐从去离子水改为甲醇，从而在流化床反应器中，继续进 行固定流化床催化剂评价，因而本发明的装置使得流化床反应器既可以进行水热处理，又 可以与催化剂评价系统结合进行固定流化床催化剂评价，从而将催化剂水热处理、固定流 化床催化剂评价功能集成在一起。与现有技术的固定流化反应装置和水热处理装置为独立设计相比，减少了一套进气系统、反应系统、加热及控温系统、分析检测系统，降低了设备 投资、减少了催化剂装卸次数，简化了水热处理和固定流化床催化剂评价操作步骤。进一步地，用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置还包括积 炭分析系统，与流化床反应器R2的出口连接。这样，无需单设积炭分析系统可以实现水热 处理和固定流化床催化剂评价以及积炭分析的集成，降低了设备投资、减少了催化剂装卸 次数，简化了操作步骤。进一步地，积炭分析系统包括脱水装置，例如为脱水罐，与流化床 反应器R2的出口连接；一氧化碳转化炉HT3，其入口与脱水装置连接，热电偶T5，设置在一 氧化碳转化炉HT3内以实现控温加热；二氧化碳分析仪71，通过脱水管73与一氧化碳转化 炉HT3的出口连接。第五三通阀3V5分别连接脱水罐、一氧化碳转化炉HT3、二氧化碳分析 仪71。其中第五三通阀3V5通过控制阀75与二氧化碳分析仪71连接，并通过三通阀75实 现烟气放空(三通阀75处的箭头表示烟气放空)。进一步地，用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置还包括第 三三通阀3V3，其第一端连接流化床反应器R2的出气口，其第二端连接产品分析系统，其第 三端连接积炭分析系统。通过第三三通阀3V3可以实现水热处理、催化剂评价及积炭分析， 而且结构简单，控制方便。进一步地，进气系统包括第一三通阀3V1，其第一端与预热器Rl的进口连接；第 一三通 阀3V1的第二端与第一气体供气装置，例如氮气瓶连接；第一三通阀3V1的第三端与 第二气体供气装置，例如空气瓶连接；阀门，设置在第一三通阀3V1的第一端与预热器Rl的 进口之间；流量控制计，与预热器Rl的进口连接，用于控制向预热器Rl的输气量。第一三 通阀3V1可以根据需要方便地控制氮气瓶或空气瓶向预热器Rl输气。氮气瓶设有减压阀 JVl，空气瓶上设有JV2，以控制输气。进一步地，流量控制计包括质量流量计MFC，与预热器Rl的进口连接；旁通阀门 11，与质量流量计MFC并联在预热器Rl与阀门之间，例如，旁通阀门11，与质量流量计MFC 并联在预热器Rl与阀门的减压阀JV3之间；第一气体转子流量计MC1，例如为N2转子流量 计，连接在第一气体供气装置与第一三通阀3V1的第二端之间；第二气体转子流量计MC2， 例如为空气转子流量计，连接在第二气体供气装置与第一三通阀3V1的第三端之间，通过 第一气体转子流量计MCl和第二气体转子流量计MC2可以实现对输气量的粗调，通过质量 流量计MFC可以实现对输气量的精调。进一步地，阀门包括串联设置的球阀BVl和减压阀JV3，减压阀JV3与质量流量 计MFC连接，以实现在输气中对设备的保护；球阀BVl与第一三通阀3V1连接；阀门还包括 第一单向阀DV1，连接在质量流量计MFC与预热器Rl之间，可以防止气体回灌；进气系统还 包括过滤器13，球阀BVl与第一三通阀3V1通过过滤器13连接，这样可以过滤掉输气过 程中的杂质，提高输气质量。进一步地，进料系统包括原料存储容器31，其可以作为催化剂水热处理与固定 流化床催化剂评价所需原料的存储容器，例如，原料存储容器31可以为蒸馏水储罐或甲醇 储罐，存储蒸馏水或甲醇；出料管路，与原料存储容器的第一端连接，催化剂水热处理时，使 用蒸馏水时，出料管路为进水管路。使用甲醇时，出料管路为进甲醇管路；回料管路，与原料 存储容器的第二端连接；进料泵33，与出料管路连接，其可以为柱塞泵，可以计算和控制进 入预热器Rl的流量；第二单向阀DV2，连接在进料泵33与预热器Rl的进口之间，防止原料的回灌；第二三通阀3V2，其第一端连接回料管路，其第二端连接进料泵，其第三端连接预 热器Rl的进口，以实现向预热器Rl供料。预热器Rl既通过第一三通阀3V1与氮气瓶和空气瓶连接，又通过第二三通阀3V2 与蒸馏水储罐或甲醇储罐，氮气瓶与流化床反应器R2的进口连接，因此，在水热处理与固 定流化床催化剂评价时，无需分别使用一套进料系统、进气系统，通过各三通阀对氮气和空 气的控制，实现预热器R1、流化床反应器R2温度的控制，能够实现利用一套进料系统、进气 系统进行水热处理与固定流化床催化剂评价。进一步地，产品分析系统包括产品收集系统；色谱分析系统；冷阱53，设置在收 液 瓶51外，容纳收液瓶51，冷却产品气体中的部分组分；收液瓶51，收集冷阱53冷凝下来的 液体组分。色谱分析装置包括在线色谱分析装置和离线色谱分析装置，在线色谱分析装置用 于在线分析水、醇、醚等极性物质，离线色谱分析装置用于分析累计收集的气体和等时间间 隔收集的气体。在线色谱分析装置52，例如，为色谱仪，通过三通阀3V6和三通阀3V3与流 化床反应器R2的出口管线相连。进一步地，产品分析系统还包括皂泡流量计57，与收液瓶51连接，等时间间隔气 体取样口 59，与皂泡流量计57连接；湿气表55，与收液瓶51连接；累计气体取样口 56，与湿 气表55的出口连接，以进行对累计产品气体取样，从集气袋中取样分析。皂泡流量计57、湿 气表55、等间隔取样口 59分别连接到三通阀3V4上，在三通阀3V4与等时间间隔气体取样 口 59之间可以设置电磁阀，以进行自动控制。上述设置可以确保有持续不断的气泡冒出， 防止气路堵塞。进一步地，如图2所示，流化床反应器R2包括顶部的扩大段21、底部的密相段 25、连接在扩大段与密相段之间的过渡段23 ；流化床反应器R2的出气口 213和催化剂加剂 口 215分别设置在扩大段21的顶部；流化床反应器R2的进料口 251设置在密相段25的 底部；扩大段的直径Dl为密相段D2的直径的1. 3至1. 8倍，过渡段的最小直径等于密相 段的直径，过渡段的最大直径等于扩大段的直径，扩大段、过渡段、密相段的高度分别为H3、 H2、H1，并且 H3 H2 Hl = 1 0. 7-1 1-1.2。例如，Dl 为 120mm，D2 为 80mm，H3、H2、 Hl分别为260mm、190mm、290mm。这种上大下小的形状能防止催化剂从出气口排出，能充分 实现各种反应与处理。进一步地，如图1所示，扩大段设有第二热电偶T2、过渡段设有第三热电偶T3、密 相段设有第四热电偶T4。这样，可以实现各段的控温加热。进一步地，流化床反应器R2外设有流化床反应器加热炉HT2 ；扩大段、过渡段、密 相段中各段处的流化床反应器加热炉HT2采用控温加热，各段处的流化床反应器加热炉 HT2的加热功率相同，加热功率为2500W至3500W，例如加热功率为3000W，总加热功率为 9000W;反应器温控精度为士 1°C ；催化剂的装填量100-300g。这样，比较适合实验室中对 催化剂的开发利用。进一步地，如图2所示，流化床反应器R2的出气口 213设有滤芯211，滤芯具有10 至30 μ m的气孔，以透气但不透催化剂。滤芯采用不锈钢粉末压制而成，滤芯微孔直径优选 为20 μ m(以适应流化床反应器要求催化剂最小直径为20 μ m的要求)采用焊接的方法将 滤芯与其他连接件连接。当滤芯堵住后，采用气体进行反吹以实现滤芯透气的通畅。
进一步地，如图3所示，流化床反应器底部设有填充式分布板，填充式分布板包 括金属丝网层41、压紧在金属丝网层41上的压紧扁钢47，设置在金属丝网层下的填充层， 填充层包括第一层卵石463、设置在第一层卵石463上的石英砂45以及设置在石英砂上 的第二层卵石461第一层卵石463设置在筛板43上，筛板43设置在反应器器壁42中。填 充式分布板结构简单，能达到均勻布气的要求，具有较好的流化质量。本发明的用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置可以将其中 的相关各部件与电脑连接，实现程序化、自动化、界面化的方便操作。另外，该装置还包含压 力表P1、压力表P2、压力表P3、压力表P4，分别显示不同气体在各点的压力读数。各减压阀 可以通过减压阀手动调节阀杆S进行手动调整。在球阀BVl与减压阀JV3之间设置压力传 感器16，以进行压力测量和控制。下面以甲醇制烯烃SAP0-34成型催化剂分析为例，对本发明装置的具体实施步骤 进行说明1催化剂水热处理装填催化剂将成型催化剂装到流化床反应器R2中，将反应器装入流化床加热炉HT2中，连接 好管线。固定流化床反应器的扩大段、过渡段、密相段分别采用热电偶T2、热电偶T3、热电 偶T4进行分段控温，热电偶T6测定流化床管芯温度。通气，检查系统气密性。打开固定流化床反应器控制面板电源开关，打开N2钢瓶(氮气瓶)总阀，调解减 压阀后压力为0. 35Mpa，将第一三通阀3V1切换到N2气路中，打开球阀BVl阀门。打开质量 流量计MFC的旁通阀门。N2经过预热炉进入流化床反应器R2，打开第三三通阀3V3到产品 气体出口。调节N2转子流量计MCl流量值为30 lOOml/min，检查系统气密性。启动水热老化程序、预热炉及流化床反应器加热炉升温、N2吹扫床层。打开计算机，启动程序界面，点击分析方法中的“水热老化处理”。将预热炉HTl加 热温度设定为，根据催化剂水热处理的需要，将预热炉HTl的温度设定为300 500°C之间 的一确定值，进行预热炉升温。将固定流化床反应器加热炉HT2的温度设定在600 820°C， 根据催化剂水热处理的需要，将固定流化床反应器加热炉HT2的温度设定为一确定值，调 节空气转子流量计流量为30 lOOml/min，空气连续吹扫催化剂床层0. 5 lh。温度设定 好后，打开装置控制柜内设置的预热炉HT1、流化床反应器加热炉HT2的加热电源开关。流 化床反应器升温，程序自动进入空气吹扫阶段。水热处理流化床反应器床层温度升到设定温度后，(例如600 820°C之间的某个温度) 稳定30 60min，将蒸馏水储罐与进料泵33连接，打开进料泵入口阀门，启动进料泵，将第 二三通阀3V2切到蒸馏水回流管线，待蒸馏水储罐出现回流液体后，将3V2切到进水管路。 对催化剂进行水热处理一般是采用100%水蒸汽处理，关闭空气钢瓶总阀(如需要在一定 的水蒸汽分压下对催化剂进行水热处理，需根据水蒸气分压，调节空气流量，通过质量流量 计MFC调节流量)，系统开始连续蒸馏水进料。将三通阀3V6切换到水蒸汽放空的位置(三 通阀3V6处的箭头方向表示水蒸汽放空)，在流化状态下对成型催化剂进行水热处理。水热处理试验结束
水热处理催化剂结束后，关闭柱塞泵(即进料泵)电源及开关，关闭预热炉HTl及 水热处理加热HT2炉电源，打开球阀BVl阀门，将质量流量计MFC流量设定为30 IOOml/ min0在空气气流下吹扫催化剂床层，进行装置降温。当加入炉温度降到100°C后，关闭系统 电源。关闭空气瓶(空气钢瓶)总阀。2固定流化床操作说明装填催化剂将成型催化剂装到流化床反应器R2中，将反应器装入流化床加热炉HT2中，连接 好管线。固定流化床反应器的扩大段、过渡段、密相段分别采用热电偶T2、T3、T4进行分段 控温和测温。热点偶Τ6测定流化床管芯温度。通气，检查系统气密性。打开固定流化床反应器控制面板电源开关，打开N2钢瓶总阀，调解减压阀后压力 为0. 35Mpa,将第一三通阀3V1切换到N2气路中，打开球阀BVl阀门。打开质量流量计MFC， 设定流量计流量。N2经过预热炉进入R2，打开三通阀3V3到产品气体出口 。调节N2转子流 量计流量值为30 lOOml/min，检查系统气密性。启动固定流化床程序、流化床反应器加热炉升温、N2吹扫床层打开计算机，启动固定流化床反应程序界面，点击分析方法中的“流化床评价”。根 据程序提示的界面进行阀门的切换，观察湿式流量表是否有读数，确保有持续不断的气泡 冒出，防止气路堵塞。将预热炉HTl加热温度设定为260 300°C，进行预热炉升温。将固定流化床反 应器加热炉HT2的温度设定在床层活化所需温度(500 550°C )，调节转子流量计流量为 30 100ml/min，N2连续吹扫催化剂床层lh。温度设定好后，打开装置控制柜内设置的流 化床反应器加热炉HT2加热电源开关。流化床反应器的加热炉开始升温，程序自动进入N2 吹扫阶段。开启色谱分析系统打开色谱电源开关，打开色谱N2开关，分别打开H2发生器、空气发生器电源开关。 双击电脑桌面上“D7900色谱”快捷键。色谱柱流量为3ml/min，分流流量为30ml/min设 置色谱进样口温度为150°C，检测器温度为200°C。柱箱采用程序升温为柱箱初始温度为 450C，保持5min，以10°C /min的速率升温到180°C，保持15min，点击“连接”。待H2发生器、 空气发生器压力升上后，打开色谱上的H2和空气阀门，点击点火，选择通道1，色谱走基线。打开分析水、醇、醚的色谱。设定检测器入口温度150°C、柱箱温度为150°C、检测 器温度为180°C。床层降温、反应吹扫床层结束后，流化床反应器加热炉进入降温阶段，床层温度从500 550°C降 到反应所需温度(如MTO反应温度450°C )，待床层温度在450°C稳定30 60min后，将 甲醇储罐连接到进料泵，打开进料泵入口阀门，启动进料泵，将第二三通阀3V2切到甲醇回 流管线，待甲醇储罐出现回流液体后，将第二三通3V2切到反应管路。根据甲醇的质量空速 (1 51Γ1)设定甲醇进料泵的流量，通过质量流量计MFC调节稀释气体N2流量30ml/min， 系统开始连续甲醇进料。将三通阀3V4切换到气体产品采样的位置，采集气体产品，色谱分 析产品气。在系统自动采集第一个样品后，每隔一定时间间隔(建议15min采集一个气相 样品)使用集气袋在等时间间隔气体取样口 59处离线采集气相样品，准备离线分析。
连续进料一定时间后(通常为60min)，关闭进料泵。将反应器温度设定为20°C， 调解N2转子流量计的流量值为30ml/min，吹扫系统，床层开始降温。关闭多功能控制柜内 预热炉HTl和加热炉HT2的开关。原位再生对失活催化剂进行再生分为两种情况一种是以原位再生、获得可重复利用的活 性催化剂为目的。一种是以积炭分析为目的。积炭分析流化床评价完成后，如需对催化剂进行原位再生，先关闭进料泵。将预热炉HTl温 度升到400°C，HT2温度升到500°C，N2对催化剂床层进行气提。气提完成后将反应器加热 炉HT2设定为600°C，C0转化炉温度设定为450°C。气提完成后，将第一三通阀3V1切换到 空气一侧，将三通阀3V3切换到CO2分析一侧，将第五三通阀3V5切换到CO转化炉一侧，打 开CO2分析仪电源开关。设定质量流量计MFC的流量为20ml/min，在600 650°C下通空 气进行催化剂的积炭分析，根据CO2分析仪的结果对催化剂上的积炭量进行定量分析。烧焦再生流化床评价完成后，如需对催化剂进行原位再生，先关闭进料泵。将HTl温度设定 为400°C，HT2温度升到500°C，N2对催化剂床层进行气提。气提完成后将HT2设定为600°C， 将第五三通阀3V5切换到烟气放空一侧。设定质量流量计MFC的流量为20ml/min，在600°C 下通空气进行催化剂的原位再生，可重复进行反应_再生操作。关闭系统 如不进行原位再生，将HT2温度设定为20°C，先关闭甲醇进料泵。将反应器温度设 定为室温，设定氮气转子流量计MCl流量为30 50ml/min。进行床层降温。关闭多功能控 制柜内预热炉HTl和反应器加热炉HT2加热电源的开关。色谱样品分析完毕后，将进样口、柱温、检测器温度分别设定为30°C，色谱进行降 温，待色谱柱箱和检测器温度降到100°c以下后，关闭色谱电源、空气和H2发生器电源。关 闭色谱N2、H2、空气入口阀门。将质量流量计流量设定为“0”，关闭多功能装置电源，关闭计算机电源。确认无其 他人用气的情况下，关闭氮气钢瓶和空气钢瓶总阀。评价实验结束。本发明具有运行平稳、结构合理、功能多样的突出优点，有利于提高催化剂开发效率。本发明在流化条件下对成型催化剂进行温和条件下的水热处理，从而调整催化剂 酸强度、酸密度、骨架或表面元素分布；在流态化条件下对成型催化剂性能进行评价，即对 成型催化剂反应活性、选择性和耐磨性等催化剂性能的评价；经过气提后，可通入空气对催 化剂进行原位再生或进行催化剂积炭分析；可以实现流化条件下对成型催化剂进行苛刻条 件下的水热老化处理；水热处理完成后，再在流化条加下对成型催化剂性能进行评价；评 价结束后，可以对催化剂进行原位再生或积炭分析。其 中，对成型催化剂的水热处理既包括 调变催化剂性能的水热处理，也包括加速催化剂失活的水热老化处理；对成型催化剂的水 热处理可在不同水蒸汽分压下进行，并根据需要确定水热处理温度与时间。以上所述仅为 本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可 以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内
权利要求
一种用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置，其特征在于，包括进气系统；进料系统；预热器(R1)，与所述进气系统和所述进料系统连接；流化床反应器(R2)，与所述预热器(R1)的出口连接并与所述进气系统连接；产品分析系统，与所述流化床反应器(R2)的出气口连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括积 炭分析系统，与所述流化床反 应器(R2)的出口连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括第三三通阀(3V3)，其第一端连接 所述流化床反应器(R2)的出气口，其第二端连接所述产品分析系统，其第三端连接所述积 炭分析系统。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述进气系统包括第一气体供气装置； 第二气体供气装置；第一三通阀(3V1)，其第一端与所述预热器(Rl)的进口连接；所述第一三通阀(3V1) 的第二端与所述第一气体供气装置连接；所述第一三通阀(3V1)的第三端与所述第二气体 供气装置连接；阀门，设置在所述第一三通阀(3V1)的第一端与所述预热器(Rl)的进口之间； 流量控制计，与所述预热器(Rl)的进口连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述流量控制计包括 质量流量计(MFC)，与所述预热器(Rl)的进口连接；旁通阀门，与所述质量流量计(MFC)并联在所述预热器(Rl)与所述阀门之间； 第一气体转子流量计(MCl)，连接在所述第一气体供气装置与所述第一三通阀(3V1) 的第二端之间；第二气体转子流量计(MC2)，连接在所述第二气体供气装置与所述第一三通阀(3V1) 的第三端之间。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述阀门包括串联设置的球阀(BVl)和减压阀(JV3)，所述减压阀(JV3)与所述质量 流量计(MFC)连接；所述球阀(BVl)与所述第一三通阀(3V1)连接；所述阀门还包括第一单向阀(DVl)，连接在所述质量流量计(MFC)与所述预热器(Rl) 之间；所述进气系统还包括过滤器(13)，所述球阀(BVl)与所述第一三通阀(3V1)通过所 述过滤器连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述进料系统包括 原料存储容器；出料管路，与所述原料存储容器的第一端连接； 回料管路，与所述原料存储容器的第二端连接； 进料泵，与所述出料管路连接；第二单向阀(DV2)，连接在进料泵与所述预热器(Rl)的进口之间； 第二三通阀(3V2)，其第一端连接所述回料管路，其第二端连接所述进料泵，其第三端 通过所述第二单向阀(DV2)连接所述预热器(Rl)的进口。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述产品分析系统包括 收液瓶(51)，与所述流化床反应器(R2)的出口连接；冷阱(53)，容纳所述收液瓶(51)； 产品采集系统，与所述收液瓶(51)连接； 色谱分析系统，与所述第三三通阀(3V3)相连。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述产品采集系统包括 皂泡流量计(57)，与所述收液瓶(51)连接；湿气表(55)，与所述收液瓶气体出口连接； 累计气体取样口(56)，与所述湿气表(55)的出口连接； 等时间间隔气体取样口(59)，与第四三通阀(3V4)连接。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述色谱分析系统包括 在线色谱分析装置(52)，与所述流化床反应器(R2)的出气口连接；离线色谱分析装置，分析从所述累计气体取样口(56)和所述等时间间隔气体取样口 (59)处采集的样品。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述积炭分析系统包括 脱水装置，与所述流化床反应器(R2)的出口连接；一氧化碳转化炉，其入口与所述脱水装置连接； 二氧化碳分析仪，与所述一氧化碳转化炉的出口连接。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述流化床反应器(R2)包括顶部的扩大段、底部的密相段、连接在所述扩大段与所 述密相段之间的过渡段；所述流化床反应器(R2)的出气口和催化剂加剂口分别设置在所述扩大段的顶部；所 述流化床反应器(R2)的进料口设置在所述密相段的底部；所述扩大段的直径为所述密相 段的直径的1. 3至1. 8倍，所述过渡段的最小直径等于所述密相段的直径，所述过渡段的最 大直径等于所述扩大段的直径，所述扩大段、所述过渡段、所述密相段的高度分别为H3、H2、 H1，并且 H3 H2 Hl = 1 (0.7-1) (1-1.2)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述扩大段设有第二热电偶T2、所述过 渡段设有第三热电偶T3、所述密相段设有第四热电偶T4。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述流化床反应器(R2)外设有流化床 反应器加热炉(HT2)；所述扩大段、所述过渡段、所述密相段中各段处的流化床反应器加热 炉(HT2)采用分段控温加热，所述各段处的流化床反应器加热炉(HT2)的加热功率相同，所 述加热功率为2500W至3500W。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述流化床反应器(R2)的出气口设有 滤芯，所述滤芯具有10至30 μ m的微孔。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述滤芯具有20μ m的微孔。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，设在反应器底部的填充式分布板，所述填充式分布板包括金属丝网层、设置在所述金属丝网层下的填充层，所述填充层包括 所述第一层卵石、设置在所述第一层卵石上的石英砂以及设置在所述石英砂上的第二层卵石。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一气体供气装置与所述流化床 反应器(R2)的进口连接。
全文摘要
本发明提供了一种用于成型催化剂水热处理与固定流化床催化剂评价的装置，其包括进气系统；预热器，与进气系统连接；进料系统，与预热器的进口连接；流化床反应器，与预热器的出口连接并与进气系统连接；产品分析系统，与流化床反应器的出气口连接。本发明具有运行平稳、结构合理、功能多样的突出优点，有利于提高催化剂开发效率。
文档编号G01N31/10GK101943689SQ20101022885
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者岳国, 朱伟平, 田树勋, 蒋立翔, 邢爱华 申请人:神华集团有限责任公司;中国神华煤制油化工有限公司
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