确定催化剂置换时间和比例的方法及置换催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及应用催化剂的化学化工体系领域，公开了一种确定催化剂置换时间和比例的方法，包括：(1)确定催化剂的目标值：(2)进行降空速试验，(3)建立数学模型，(4)确定催化剂置换的时间和比例。本发明专利技术通过将试验和模型相结合的方式确定催化剂置换时间和比例的方法，不需要“卸出”和“加入”催化剂这种复杂的试验，而是通过简单的降空速试验，并在试验数据基础上建立数学模型的方法，既保证了模型的准确性，也无需对模型进行再次验证。

The Method of Determining the Time and Proportion of Catalyst Replacement and the Method of Catalyst Replacement

The invention relates to the field of chemical and chemical systems for the application of catalysts, and discloses a method for determining the replacement time and proportion of catalysts, including: (1) determining the target value of catalysts; (2) conducting space velocity test; (3) establishing a mathematical model; (4) determining the replacement time and proportion of catalysts. The method of determining catalyst replacement time and proportion by combining experiment with model does not require complex experiments such as \unloading\ and \adding\ catalyst, but through simple descending space velocity test and establishing mathematical model on the basis of test data, which ensures the accuracy of the model and does not need to re-verify the model.

【技术实现步骤摘要】
确定催化剂置换时间和比例的方法及置换催化剂的方法
本专利技术涉及应用催化剂的化学化工体系领域，具体涉及一种确定催化剂置换时间和比例的方法以及涉及置换催化剂的方法。
技术介绍
催化剂在反应器(浆态床、流化床或固定床等反应器)中经过一段时间的运转后，反应活性会下降，称之为“失活”。催化剂失活会影响化学反应的正常进行，为保持反应器的整体活性，当催化剂出现失活现象时，应该从反应器内卸出一部分旧的催化剂，然后再加入一部分新鲜的催化剂，但“卸出”和“加入”不能影响反应器的正常运转(比如不宜通过停工来实现催化剂置换)，即通过所谓的“催化剂置换”，来保证反应器整体活性性能满足要求。因此，何时开始替换(时间)以及替换多少催化剂(比例)就成了非常关键的问题。现有技术中为了解决前述问题一般采用如下两种方案：第一种是采用试验的方法，即在催化剂性能下降时开始在线置换，置换时间容易确定，但置换比例的确定只能进行大量的尝试性试验，存在工作量大的缺陷；而且，直接采用催化剂卸出和加入的方法对试验装置和操作要求很苛刻，试验成本高。第二种是采用数学模型的办法，根据催化剂已有的性能数据进行模拟，得到催化剂置换的数学模型，这种方法的缺点是严重依赖所选择模型的准确性，同时还需要进行试验以对模型进行验证。CN105199771A公开了一种浆态床反应器催化剂更换系统及方法，更换系统包括浆态床反应器、还原反应器和渣蜡搅拌釜，更换方法是采用催化剂定期更换与催化剂大量更换相结合的更换方法，催化剂定期更换具体为，催化剂每5天更换一次，每次更换催化剂数量为4.5吨，催化剂大量更换，为每月一次将连续两次还原好的催化剂一次加入浆态床反应器中，完成大量更换。但是该现有技术中确定的催化剂更换的时间和数量过于简单，只能应用于特定类型反应器(浆态床反应器)以及特定处理量的体系，方法的延展性和推广性差。CN101829526A公开了一种催化剂更换系统、催化剂更换方法以及具有该系统的精馏塔，更换系统包括催化剂过滤器(F01)、液体收集罐(ZM02)、催化剂装填罐(ZM01)、泵(P01)以及多个阀门，其中催化剂过滤器(F01)与精馏塔反应塔盘连通；液体收集罐(ZM02)与精馏塔反应塔盘气相连通同时与催化剂过滤器(F01)连通；催化剂装填罐(ZM01)存放新催化剂；泵(P01)用于将液体收集罐(ZM02)收集的液体泵送到催化剂过滤器(F01)，使新催化剂与液体混合，再泵送回精馏塔反应塔盘。该现有技术的优点是可以在不停车的前提下对催化剂进行更换，减少开停车次数。但是，该现有技术并未对如何确定催化剂置换的时间和比例进行描述，并且所描述的方法主要针对精馏塔反应体系，方法有一定的局限性。CN105817183A公开了一种光气合成塔催化剂更换时催化剂中光气快速脱除的方法。该方法采用先用氮气吹扫将吸附在光气合成塔催化剂活性炭中容易脱附的光气吹扫出来，再用氨气吹扫，氨气与光气合成塔催化剂中的较难脱附的光气反应除去。然后用水枪将光气合成塔冲洗后用热气体干燥。但是该方法仅适用于催化剂全部更换的体系，不能应用于部分催化剂置换的情况，而且主要针对光气合成塔，具有一定的局限性。CN1423688A公开了一种对向上流过加氢转化反应区的烃原料流进行加氢处理的方法，该方法包括如下步骤：a)在反应压力的氢存在下，将烃原料流通入盛有颗粒状加氢处理催化剂的加氢转化反应区而使所述烃原料流开始向上流过所述催化剂并从中回收反应流出物；b)对处理区内一定量的加氢处理催化剂进行硫化以产生硫化的催化剂；以及c)往加氢转化反应区中添加至少一部分硫化的催化剂，同时在反应压力下保持反应区。该方法主要适用于以烃类为原料的加氢催化剂填充床、固定床和膨胀催化剂床等静态反应器中，应用体系受限。上述现有技术均着重于特定反应体系和特定处理量情况下催化剂置换方法的建立，并未对催化剂置换进行本质上的创新，没有能够建立普适性的确定催化剂置换时间和比例的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的催化剂置换方法不具有普适性的缺陷，通过将试验和模型相结合的方式确定催化剂置换时间和比例的方法，不需要“卸出”和“加入”催化剂这种复杂的试验，而是通过简单的降空速试验，并在试验数据基础上建立数学模型的方法，这样既保证了模型的准确性，也无需对模型进行再次验证。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种确定催化剂置换时间和比例的方法，该方法包括：(1)确定催化剂的目标值：包括确定催化剂的目标活性为X及该目标活性X所对应的初始工艺条件，所述初始工艺条件包括单位为h-1的空速SV0、单位为℃的温度T和单位为MPa的压力P；(2)进行降空速试验：a)在步骤(1)中的所述初始工艺条件下进行催化反应t1小时直至所述催化剂的活性相对于所述目标活性X下降Y1％；b)保持温度T和压力P不变，将空速SV0降低Z1％，使得空速为SV1，并且，在空速为SV1条件下，所述催化剂的活性恢复至目标活性X；c)在温度T、压力P和空速SV1条件下继续进行催化反应t2小时直至所述催化剂的活性相对于所述目标活性X下降Y2％；d)保持温度T和压力P不变，将空速SV1降低Z2％，使得空速为SV2，并且，在空速为SV2条件下，所述催化剂的活性恢复至目标活性X；e)重复步骤c)和步骤d)，直至第n次将空速降低后获得的空速SVn小于空速SV0的S％时，结束试验；(3)建立数学模型：以第1次、第2次以及重复步骤c)和步骤d)而存在的第n次将空速降低且降低比例Z1％、Z2％和Zn％为因变量，以各个空速降低比例的相应置换时间t为自变量，建立空速变化与置换时间的数学模型，得到空速变化与置换时间的数学方程；(4)确定催化剂置换的时间和比例：将催化剂的置换时间t代入步骤(3)获得的数学方程，得到相应的Z％，该Z％等于以催化体系中的所有催化剂的总量为基准，相应的置换时间t时所需要置换的催化剂的比例；所述Y1％和Y2％，以及重复步骤c)和步骤d)而存在的Yn％分别为目标活性X第1次、第2次和第n次下降的比例，所述Y1、Y2和Yn相同或不同，分别大于0及小于100；所述空速SV0的S％的对应值介于所述催化剂所催化的反应体系的空速SV0和最低空速之间；所述X大于0％且小于等于100％；重复步骤c)和步骤d)至少一次，且所述n为大于等于3的整数。第二方面，本专利技术提供一种置换催化剂的方法，该方法包括：根据本专利技术第一方面所述的方法确定催化剂置换的时间和比例；以及根据所述时间和比例置换所述催化剂。本专利技术的上述确定催化剂置换时间和比例的方法具有普适性，通过简单的降空速试验，并在试验数据基础上建立数学模型就能够确定催化剂的置换时间和比例。本专利技术提供的确定催化剂置换时间和比例的方法具有准确度高的优势。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种确定催化剂置换时间和比例的方法，该方法包括：(1)确定催化剂的目标值：包括确定催化剂的目标活性为X及该目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定催化剂置换时间和比例的方法，该方法包括：(1)确定催化剂的目标值：包括确定催化剂的目标活性为X及该目标活性X所对应的初始工艺条件，所述初始工艺条件包括单位为h‑1的空速SV0、单位为℃的温度T和单位为MPa的压力P；(2)进行降空速试验：a)在步骤(1)中的所述初始工艺条件下进行催化反应t1小时直至所述催化剂的活性相对于所述目标活性X下降Y1％；b)保持温度T和压力P不变，将空速SV0降低Z1％，使得空速为SV1，并且，在空速为SV1条件下，所述催化剂的活性恢复至目标活性X；c)在温度T、压力P和空速SV1条件下继续进行催化反应t2小时直至所述催化剂的活性相对于所述目标活性X下降Y2％；d)保持温度T和压力P不变，将空速SV1降低Z2％，使得空速为SV2，并且，在空速为SV2条件下，所述催化剂的活性恢复至目标活性X；e)重复步骤c)和步骤d)，直至第n次将空速降低后获得的空速SVn小于空速SV0的S％时，结束试验；(3)建立数学模型：以第1次、第2次以及重复步骤c)和步骤d)而存在的第n次将空速降低且降低比例Z1％、Z2％和Zn％为因变量，以各个空速降低比例的相应置换时间t为自变量，建立空速变化与置换时间的数学模型，得到空速变化与置换时间的数学方程；(4)确定催化剂置换的时间和比例：将催化剂的置换时间t代入步骤(3)获得的数学方程，得到相应的Z％，该Z％等于以催化体系中的所有催化剂的总量为基准，相应的置换时间t时所需要置换的催化剂的比例；所述Y1％和Y2％，以及重复步骤c)和步骤d)而存在的Yn％分别为目标活性X第1次、第2次和第n次下降的比例，所述Y1、Y2和Yn相同或不同，分别大于0及小于100；所述空速SV0的S％的对应值介于所述催化剂所催化的反应体系的空速SV0和最低空速之间；所述X大于0％且小于等于100％；重复步骤c)和步骤d)至少一次，且所述n为大于等于3的整数。...

【技术特征摘要】
1.一种确定催化剂置换时间和比例的方法，该方法包括：(1)确定催化剂的目标值：包括确定催化剂的目标活性为X及该目标活性X所对应的初始工艺条件，所述初始工艺条件包括单位为h-1的空速SV0、单位为℃的温度T和单位为MPa的压力P；(2)进行降空速试验：a)在步骤(1)中的所述初始工艺条件下进行催化反应t1小时直至所述催化剂的活性相对于所述目标活性X下降Y1％；b)保持温度T和压力P不变，将空速SV0降低Z1％，使得空速为SV1，并且，在空速为SV1条件下，所述催化剂的活性恢复至目标活性X；c)在温度T、压力P和空速SV1条件下继续进行催化反应t2小时直至所述催化剂的活性相对于所述目标活性X下降Y2％；d)保持温度T和压力P不变，将空速SV1降低Z2％，使得空速为SV2，并且，在空速为SV2条件下，所述催化剂的活性恢复至目标活性X；e)重复步骤c)和步骤d)，直至第n次将空速降低后获得的空速SVn小于空速SV0的S％时，结束试验；(3)建立数学模型：以第1次、第2次以及重复步骤c)和步骤d)而存在的第n次将空速降低且降低比例Z1％、Z2％和Zn％为因变量，以各个空速降低比例的相应置换时间t为自变量，建立空速变化与置换时间的数学模型，得到空速变化与置换时间的数学方程；(4)确定催化剂置换的时间和比例：将催化剂的置换时间t代入步骤(3)获得的数学方程，得到相应的Z％，该Z％等于以催化体系中的所有催化剂的总量为基准，相应的置换时间t时所需要置换的催化剂的比例；所述Y1％和Y2％，以及重复步骤c)和步骤d)而存在的Yn％分别为目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，门卓武，孟祥堃，胡云剑，卜亿锋，李永龙，吕毅军，李初福，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11