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一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法技术

技术编号:13826201 阅读:50 留言:0更新日期:2016-10-13 01:48
一种可以便捷有效地评价镍催化剂因形成羰基镍而导致失活的性能的实验室评价系统。该系统是建立在热重分析平台之上的,通过检测一定温度下当含有CO的气体流经还原态的镍催化剂表面时,催化剂样品重量的变化情况判断催化剂中活性组分镍形成羰基镍的流失情况,并通过连接在系统后端的羰基镍吸收分解装置,将从样品池中流出的尾气中可能存在的剧毒性的羰基镍分解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法,具体涉及一种评价镍催化剂在含CO环境中使用时失活性能的方法。
技术介绍
镍催化剂在化学化工工业中是一种使用极其广泛的催化剂产品,尤其是在加氢过程中,镍催化剂加氢活性高,价格相对贵金属催化剂也有很大优势,所以镍催化剂具有极高的性价比。在诸多的加氢过程中,CO的加氢过程(CO+3H2↔CH4+H2O),也就是甲烷化过程在很多领域中也都是使用镍催化剂。例如,在裂解分离制取乙烯、丙烯的过程中,伴随副产相当数量的富氢馏分,大约有氢气90~96%,同时还存在0.1~1.0%的一氧化碳。由于CO会造成碳二、碳三加氢催化剂中毒失活,因此这种富氢不能直接作加氢氢源,而必须先将其中CO脱除。工业上就利用甲烷化的方法脱除CO,即CO+3H2↔CH4+H2O。在合成氨厂和一些制氢装置中,甲烷化也是H2净化的最后步骤。目前乙烯装置与合成氨装置中甲烷化催化剂的最佳操作温度范围基本在300℃左右,如果能将催化剂的使用温度降到200℃以下,而能达到同样的净化指标,那么低温甲烷化工艺在节能降耗和催进安全生产方面的优势将是非常明显的。低温甲烷化工艺固然有很多优势,但是也存在严重的隐患,因为镍金属在低温下很容易与气相中的CO形成气态的有剧毒性的Ni(CO)4,而被带出反应体系,造成活性组分流失,最终催化剂失活。因此用于低温甲烷化工艺的催化剂必须要对其低温下形成羰基镍而失活的性能进行评价,根据其形成羰基镍造成镍流失的难易程度酌情应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以便捷有效地评价镍催化剂因形成羰基镍而导致失活的性能的实验室评价方法。该方法是建立在热重分析平台之上的,通过检测一定温度下当含有CO的气体流经还原态的镍催化剂表面时,催化剂样品重量的变化情况判断催化剂中活性组分镍形成羰基镍的流失情况,并通过连接在气体放空前的羰基镍吸收分解装置,将从样品池中流出的尾气中可能存在的剧毒性的羰基镍分解。金属镍与CO形成羰基镍仅在较低的温度下才能发生,正如文献(粉末冶金技术,2011年,29卷第4期,290-295页)指出,38℃-93℃下,CO与活性镍接触会形成羰基镍,而羰基镍又会在180℃以上分解,并且羰基镍能与硝酸反应生成镍的硝酸盐而被分解。根据上述特点,本专利技术中这种评价镍催化剂失活性能的方法采用180℃以下的温度区间内的恒定温度而延长加热时间的方式监测催化剂在不同温度下经历不同时间的含CO气体处理后样品重量变化情况,根据监测的数据,计算出单位时间内催化剂的平均失重速率,以此判断镍催化剂因形成羰基镍而造成失活的趋势大小,并通过洗气瓶中的硝酸和羰基镍反应生成硝酸镍和CO,从而消除剧毒的羰基镍。另一方面,金属催化剂在存在CO的反应气氛中会有积碳反应的发生,积碳是一个样品体系增重的过程,而形成气态羰基镍是一个样品体系失重的过程,相对进行的过程如果同时发生会使热重分析的结果错综复杂甚至无法解析,正是由于对本专利技术应用的体系来说,羰基镍形成的温度远远低于形成积碳的下限温度,这就完全避免了积碳过程的干扰,使得利用热重分析平台便捷获取镍催化剂因形成羰基镍而失活的趋势成为可能。本专利技术提供的测试方法,具体的测试过程为,将待测的镍催化剂样品放入热重分析设备的样品池中,通入H2进行还原,还原结束后,在H2中降至含CO气体处理样品所需要的温度;关闭H2,然后再将含有CO的气体通入样品池,采用恒定温度延长加热时间的方式对样品进行热处理,热天平记录下样品重量的变化数据,从样品池中流出的尾气通入羰基镍吸收分解装置,其中盛放的吸收液是浓度为6-8mol/L的高浓度硝酸溶液,通过化学反应使尾气中的羰基镍分解,然后排空。具体测试时参数,还原时控制H2流量在2mL•min-1•g-1催化剂至20mL•min-1•g-1催化剂范围内,还原温度控制在200℃至400℃范围内,还原时间1小时至4小时;含有CO的气体流量控制在2mL•min-1•g-1催化剂至20mL•min-1•g-1催化剂范围内,其中CO的摩尔百分含量为10%至100%,用含CO的气体处理还原后的镍催化剂样品时温度控制在80℃至180℃之间。本专利技术提供的一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法,可以测试镍催化剂在含CO气氛中的因形成羰基镍而造成的失重的数据,并由此判断其在真实反应过程中的失活趋势,该测试方法稳定有效,测试结果直接可信,并且由于连接了羰基镍吸收分解装置,使得该方法更加安全环保。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进行进一步的说明:下面的实施例仅用于详细解释说明本专利技术,并不以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法,用到的仪器和设备包括一套热重分析仪(TA Q50),和一个羰基镍吸收分解装置。羰基镍吸收分解装置中的洗气瓶中硝酸的浓度为6mol/L。用该方法评价雷尼镍催化剂RTH-311(苏州市新华催化剂有限公司)的失活性能,将1.6732g样品RTH-311放入热重分析仪的样品池中,H2以10mL•min-1•g-1催化剂的速度流过样品池,加热样品至350℃,130min后样品重量恒定,说明还原过程结束,此时样品重量为1.2047g,停止加热并继续通H2使样品降温至160℃后关闭H2,同时将CO和N2的混合气(CO占总摩尔数的20%)通入样品池,保持温度160℃,3小时后,停止测试,此时样品重量为1.0313g,因此在160℃下,3小时内样品RTH-311的平均失重速率v=(1.2047-1.0313)/1.2047/3=0.048 hr-1,即在测试条件下,样品每小时会有4.8%的重量流失。实施例2一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法,用到的仪器和设备包括一套热重分析仪(TA Q50),和一个羰基镍吸收分解装置。羰基镍吸收分解装置中的洗气瓶中硝酸的浓度在8mol/L。用该方法评价雷尼镍催化剂RTH-211(苏州市新华催化剂有限公司)的失活性能,将1.6911g样品RTH-211放入热重分析仪的样品池中,H2以15mL•min-1•g-1催化剂的速度流过样品池,加热样品至400℃,110min后样品重量恒定,说明还原过程结束,此时样品重量为1.2196g,停止加热并继续通H2使样品降温至120℃后关闭H2,同时将CO和N2的混合气(CO占总摩尔数的50%)通入样品池,保持温度120℃,4小时后,停止测试,此时样品重量为0.9174g,因此在120℃下,4小时内样品RTH-211的平均失重速率v=(1.2196-0.9174)/ 1.2196/4=0.062 hr-1,即在测试条件下,样品每小时会有6.2%的重量流失。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法,其特征在于,通过热重分析镍催化剂因形成羰基镍流失而引起的失活性能,操作步骤顺序为,将待测催化剂放入样品池中,通入H2进行还原,还原结束后,在H2中降温至下一步用含有CO气体处理样品时所需的温度,这时关闭H2,再将含有CO的气体通入样品池,采用恒定温度延长加热时间的方式对样品进行热处理,热天平记录催化剂重量变化的数据,计算出单位时间内催化剂的平均失重速率。

【技术特征摘要】
1.一种实验室评价镍催化剂失活性能的方法,其特征在于,通过热重分析镍催化剂因形成羰基镍流失而引起的失活性能,操作步骤顺序为,将待测催化剂放入样品池中,通入H2进行还原,还原结束后,在H2中降温至下一步用含有CO气体处理样品时所需的温度,这时关闭H2,再将含有CO的气体通入样品池,采用恒定温度延长加热时间的方式对样品进行热处理,热天平记录催化剂重量变化的数据,计算出单位时间内催化剂的平均失重速率。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:王翀
申请(专利权)人:王宏铭
类型:发明
国别省市:安徽;34

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