一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法和设备。该设备包括：气体净化系统、样品燃烧系统、烟气吸收系统；气体净化系统包括惰性气体气瓶、氧化气体气瓶、气体减压机构、气体流量计量机构、三通阀、脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔；惰性气体气瓶、氧化气体气瓶与三通阀相连，连接管道上设有气体减压机构；三通阀与脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔相串联，连接管道上设有气体流量计量机构；样品燃烧系统包括加热管、套设在加热管外部的第一管式加热炉和第二管式加热炉；烟气吸收系统包括串联的H2O吸收管、NOx吸收管、CO2吸收管；加热管与脱CO2干燥塔、H2O吸收管连接。本发明专利技术还提供了采用上述设备测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法。

Method and equipment for measuring coke hydrogen carbon ratio on porous catalyst

The invention provides a method and an apparatus for measuring coke hydrogen carbon ratio on porous catalyst. The equipment includes the gas purification system, the sample combustion system and the smoke absorption system, and the gas purification system includes the inert gas cylinder, the oxidizing gas cylinder, the gas pressure reducing mechanism, the gas flow metering mechanism, the three valve, the desiccation tower, the desiccation tower of the H2O, the inert gas cylinder, the oxidizing gas cylinder and the three-way valve. There are gas pressure reducing mechanisms on the connecting pipe; the three valve is connected with the H2O drying tower and the CO2 drying tower, and the gas flow metering mechanism is set on the connecting pipe; the sample combustion system includes the heating pipe, the first tube heating furnace and the second tube heating furnace set outside the heating pipe, and the flue gas absorption system includes the series H2. O absorption tube, NOx absorption tube and CO2 absorption tube. The heating pipe is connected with the CO2 drying tower and the H2O absorption pipe. The invention also provides a method for measuring the coke hydrogen carbon ratio on the porous catalyst using the above equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法及设备
本专利技术涉及一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法及设备，属于石油化工

技术介绍
分子筛催化剂因其高活性、高选择性被广泛用于石油化工行业，但其自身存在的孔道会使反应过程中一些高分子物质脱氢缩合形成焦炭类物质沉积其中，堵塞孔道从而影响催化剂活性，该类焦炭类物质(以下简称为焦炭)其主要成分是C和H。在工业生产中，通过对催化剂上焦炭氢碳比的测量，可以判断反应器内原料性质、催化剂活性及工艺条件等特性的变化。例如，在炼油厂催化裂化装置中，氢碳比常用来判断待生剂汽提器的汽提效率的高低，氢碳比的高低还影响再生器的烧焦负荷以及反再系统的热平衡。氢碳比为质量比，说明书未做说明的地方均为质量比。对焦炭氢碳比的测量，最关键的是准确测定H含量，因为催化剂具有大量微孔，具有很高的孔容(0.3-0.6mL/g)和比表面积(50-300m2/g)，因此具有较强的吸水性，且沸石中也可能带有一定比例的OH基团和一定量的结晶水，在测量过程中该部分的水会对焦炭中H含量的准确测量造成干扰，使H含量测量值偏高，最终不能得到焦炭氢碳比的准确值。目前对催化剂上焦炭氢碳比的研究主要有烟气分析法、酸溶-元素法、热重-质谱联用法。烟气分析法是利用对焦炭燃烧后的烟气组成进行分析，根据烟气中二氧化碳、一氧化碳及氧气的体积分数计算出焦炭内的氢碳比，但是这种方法完全依赖碳氧化物及氧气含量的测量，现场经验表明其准确度较低，甚至有时会出现超出理论极限的情况。例如，有时计算得到的氢碳比甚至高于裂化原料的氢碳比。酸溶-元素法是利用了催化剂材质可在强酸内溶解而焦炭不溶解的特性，溶解后的催化剂利用离心分离法将焦炭从催化剂上剥离下来，之后再进行干燥脱水和燃焦，并利用元素分析法测定燃烧后的产物，最终计算出焦炭中C和H元素的含量。但是，该法实施起来非常繁琐，且在酸溶和离心分离过程中常造成样品的损失或偏析，并最终影响测量结果的准确性。热重-质谱联用法首先在热重分析仪中用惰性气体高温吹扫除去结焦催化剂内的吸附水和结合水，后在氧气下燃烧，燃烧后的气体通入质谱内，通过质谱定量分析CO2峰和H2O峰，通过相应换算最终得到焦炭的氢碳比。受热重分析仪测量样品量的限制，该方法仅能使用微克级的催化剂样品，很难消除催化剂采样不均带来的误差。另外，质谱仪通常定量测量效果不佳，容易造成较大的实验误差。此外，热重分析仪和质谱仪通常都是较为昂贵的精密仪器，需要配备经过严格训练的高级技术人员，很难在炼油厂或化工厂分析室大面积应用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种积炭多孔催化剂焦炭氢碳比测量的设备，该设备结构简单、操作费用更加低廉，且能保持相对较高的测量精度，适合在普通炼油厂或化工厂分析室内使用。为达到上述目的，本专利技术提供了一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的设备，其包括：气体净化系统、样品燃烧系统、烟气吸收系统；其中：气体净化系统包括惰性气体气瓶、氧化气体气瓶、气体减压机构、气体流量计量机构、三通阀、脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔；惰性气体气瓶、氧化气体气瓶分别与三通阀相连，三通阀用于切换惰性气体和氧化气体，并且连接管道上分别设有气体减压机构，用于将高压的钢瓶气体降低至使用压力；三通阀与脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔相串联，并且，在三者的连接管道上设有气体流量计量机构；脱H2O干燥塔和脱CO2干燥塔分别用于消除气体内在自带的H2O和CO2杂质；样品燃烧系统包括加热管、第一管式加热炉和第二管式加热炉，其中第一管式加热炉和第二管式加热炉套设在加热管的外部；烟气吸收系统包括串联的H2O吸收管、NOx吸收管、CO2吸收管；加热管的入口与脱CO2干燥塔的出口连接，加热管的出口与H2O吸收管的入口连接。在上述设备中，优选地，惰性气体气瓶中的气体为不和催化剂发生反应的气体，优选氦气或氩气；氧化气体气瓶中的气体为压缩空气、纯氧或纯氧与惰性气体的混合气。在上述设备中，第一个管式炉包裹的加热管段用于放置催化剂样品，结合通过气体类型的不同以及控制不同管式炉温度可以分别实现催化剂的脱水和烧焦过程，优选地，加热管被第一管式加热炉包裹的部分中设有瓷舟，通过瓷舟完成样品的放置与取出，其材料可为石英、陶瓷等耐高温材料。在上述设备中，优选地，加热管被第二管式加热炉包裹的部分中放置有CO催化氧化催化剂，其作用是在高温下催化氧化烟气中的CO，使其全部反应生成CO2，保证焦炭中的C元素均生成CO2并最终在吸收系统中完全吸收，该第二管式炉控制适宜的温度将烧焦过程中生成的CO全部转化为CO2；优选地，上述CO催化氧化催化剂为氧化铜。在上述设备中，优选地，样品燃烧系统还包括套设在加热管的第三管式加热炉；更优选地，加热管被第三管式加热炉包裹的部分中放置吸收硫化物、氯化物或其它杂质的试剂，用于除去焦炭燃烧过程中产生的硫/氯化合物或其它杂质，以减少对碳元素分析的影响，提高对焦炭中C、H元素测量的准确度；更优选地，吸收硫化物和氯化物的试剂为铬酸铅和银丝。所有管式加热炉上均可以带有控温装置，其操作温度均可由自主控制。对于不同催化剂样品，可以适当调整催化剂样品量、加热管的直径以及位于三个加热炉中加热管的长度、氧化铜的质量、铬酸铅的质量和银丝填充层的质量。在上述设备中，优选地，加热管为石英玻璃管或不锈钢管。在上述设备中，烧焦烟气依次经过H2O吸收管，NOx吸收管和CO2吸收管，其中的H2O、氮氧化合物(NOx)和CO2依次被吸收。一个CO2吸收管可能不能完全吸收所有的CO2，因此，可以设置两个CO2吸收管，即烟气吸收系统包括串联的H2O吸收管、NOx吸收管、两个CO2吸收管。在上述设备中，优选地，H2O吸收管中填充有无水氯化钙或无水氯化镁，以上两物质具有强吸水性并且不会吸收其它气体，不会对后续C元素的测量造成影响；NOx吸收管中填充有二氧化锰，二氧化锰会吸收燃烧后气体中产生的氮氧化物，减少其对C元素测量的影响，因此将其放在CO2吸收管之前；CO2吸收管中填充有碱石棉，碱石棉可以完全吸收燃烧气体中的二氧化碳，完成对C元素的测量，由于其会吸水和氮氧化物，因此将其放置在H2O吸收管和NOx吸收管之后。在上述设备中，优选地，CO2吸收管的出口连接有空U形管和气泡计；空U形管放置在CO2吸收管之后，可以起到缓冲的作用；更优选地，气泡计中填充有浓硫酸。通过设置气泡计并装入浓硫酸，可以防止仪器外部空气内的H2O和CO2回流反窜进入吸收系统，造成碳氢元素测量结果的不准确，同时还可以肉眼观察测试过程中的气体流速是否均匀。根据本专利技术的具体实施方案，该设备可以通过增设计算机控制系统和配备相关自控仪表和控制机构来实现仪器操作的自动化，从而进一步精确控制各操作步骤的稳定性和一致性，减少人为操作带来的误差，确保测量结果的重复性和准确性。具体实施方法如下：在气体净化系统中增设可以由计算机系统实时控制的气体流量计量机构和三通阀，以实现计算机系统控制惰性气体和氧化气体的流量、通入时间以及二者之间的切换；在样品燃烧系统中增设计算机控制的控温机构，用于控制管式加热炉的炉温、升温速率及保持时间；在烟气吸收系统中增设自动在线称重系统，用于实时测量各吸收管内的吸收剂质量的变化，可以实时获得结焦催化剂上吸附水、焦炭燃烧生成的H2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的设备，其包括：气体净化系统、样品燃烧系统、烟气吸收系统；其中：所述气体净化系统包括惰性气体气瓶、氧化气体气瓶、气体减压机构、气体流量计量机构、三通阀、脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔；所述惰性气体气瓶、所述氧化气体气瓶分别与所述三通阀相连，并且连接管道上分别设有气体减压机构；所述三通阀与所述脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔相串联，并且，在三者的连接管道上设有气体流量计量机构；所述样品燃烧系统包括加热管、第一管式加热炉和第二管式加热炉，所述第一管式加热炉和第二管式加热炉套设在所述加热管的外部；所述烟气吸收系统包括串联的H2O吸收管、NOx吸收管、CO2吸收管；所述加热管的入口与所述脱CO2干燥塔的出口连接，所述加热管的出口与所述H2O吸收管的入口连接。

【技术特征摘要】
1.一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的设备，其包括：气体净化系统、样品燃烧系统、烟气吸收系统；其中：所述气体净化系统包括惰性气体气瓶、氧化气体气瓶、气体减压机构、气体流量计量机构、三通阀、脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔；所述惰性气体气瓶、所述氧化气体气瓶分别与所述三通阀相连，并且连接管道上分别设有气体减压机构；所述三通阀与所述脱H2O干燥塔、脱CO2干燥塔相串联，并且，在三者的连接管道上设有气体流量计量机构；所述样品燃烧系统包括加热管、第一管式加热炉和第二管式加热炉，所述第一管式加热炉和第二管式加热炉套设在所述加热管的外部；所述烟气吸收系统包括串联的H2O吸收管、NOx吸收管、CO2吸收管；所述加热管的入口与所述脱CO2干燥塔的出口连接，所述加热管的出口与所述H2O吸收管的入口连接。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述惰性气体气瓶中的气体为不和催化剂发生反应的气体，优选为氦气或氩气，所述氧化气体气瓶中的气体为压缩空气、纯氧或纯氧与惰性气体的混合气。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述加热管被所述第一管式加热炉包裹的部分中设有瓷舟，优选地，所述瓷舟的材料为石英或陶瓷。4.根据权利要求1或3所述的设备，其中，所述加热管被所述第二管式加热炉包裹的部分中放置有CO催化氧化催化剂；优选地，所述CO催化氧化催化剂为氧化铜。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述样品燃烧系统还包括套设在所述加热管外部的第三管式加热炉；优选地，所述加热管被所述第三管式加热炉包裹的部分中放置吸收硫化物、氯化物或其他杂质的试剂；更优选地，所述试剂为铬酸铅和银丝。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述加热管为石英玻璃管或不锈钢管。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述H2O吸收管中填充有无水氯化钙和/或无水氯化镁，所述NOx吸收管中填充有二氧化锰，所述CO2吸收管中填充有碱石棉；优选地，所述烟气吸收系统包括串联的H2O吸收管、NOx吸收管、两个CO2吸收管。8.根据权利要求1或7所述的设备，其中，所述CO2吸收管的出口连接有空U形管和气泡计；优选地，所述气泡计中填充有浓硫酸。9.根据权利要求1-8任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：董芳芳，刘对平，张永民，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11