一种复合催化剂循环重整-解析性能的评估装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合催化剂循环重整‑解析循环性能的评价装置和方法，该装置包括配气控制单元、重整解析单元、检测分析单元和产物气排放单元，配气控制单元模拟焦炉煤气，重整解析单元进行焦炉煤气重整制氢的重整和复合催化剂的高温解析重生，检测分析单元在线监测和评估复合催化剂的催化性能和循环性能。本发明专利技术组合了两套装置，在两个固定床反应器内放置两种不同的复合催化剂样品，通过调整进气，在一套进行焦炉煤气重整制氢的同时，另一套进行复合催化剂的解析，在评估多个复合催化剂样品时节约时间，减少能量损耗，且可以进行多次循环试验，复合催化剂的循环使用效果，探究复合催化剂有效寿命，本发明专利技术方法操作简单，安全可靠，应用前景广。

Device and method for evaluating catalytic reforming performance of composite catalyst

The invention discloses a device and method for evaluating the analytical cycle performance of composite catalyst cycle reforming. The device comprises a gas distribution control unit, a reforming analysis unit, a detection and analysis unit and a product gas discharge unit, a gas distribution control unit simulating coke oven gas, and a reforming analysis unit for reforming coke oven gas to produce hydrogen. The catalytic performance and cycling performance of the composite catalyst were monitored and evaluated online by the detection and analysis unit. The invention combines two sets of devices. Two different composite catalyst samples are placed in two fixed bed reactors. By adjusting the air intake, one set of coke oven gas reforming is carried out to produce hydrogen, and the other set of composite catalyst is analyzed to save time and reduce energy consumption in evaluating multiple composite catalyst samples. The method has the advantages of simple operation, safety and reliability, and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种复合催化剂循环重整-解析性能的评估装置及方法
本专利技术涉及催化剂
，具体涉及一种催化剂循环重整-解析性能的评估装置与评估方法，适用于同时对焦炉煤气水蒸汽重整制氢中的两种复合催化剂进行循环性能评价，或者其他催化剂及捕获剂等的循环使用性能评价。
技术介绍
焦炉煤气是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉气是混合物，其主要成分为氢气和甲烷，另外还含有少量的一氧化碳、C2以上不饱和烃、二氧化碳、氧气、氮气。2016年中国的焦炭产量为4.49亿吨，按每生产1吨焦炭将产生约430Nm3焦炉煤气计算，焦炉煤气年产量超过了1900亿Nm3.。由于天然气是民用的主要燃料，因而目前回收处理焦炉煤气的途径较少，很多焦炉厂将大量的焦炉煤气以直接排放或点燃。这使得大气受到污染，并且温室气体增加。因此探索高效、清洁的焦炉煤气转化技术可以减少浪费，提高效益，保护环境。目前焦炉煤气的转化利用技术之中较为先进的是吸收增强式水蒸气重整制氢。吸收增强式甲烷水蒸气重整反应(SE-SMR)就是通过在传统的甲烷水蒸气重整制氢(SMR)反应过程中加入CO2吸收剂，根据化学反应平衡原理可知，在甲烷与水蒸气的反应过程中，如果生成物CO2被吸收，传统的SMR化学反应平衡就会被打破，平衡也会朝着H2增加的方向进行。在此基础上，增加CO、H2、焦油等模拟焦炉煤气，进行焦炉煤气水蒸气重整制氢。该制氢技术中需要催化反应，同时吸收反应生成的CO2，因此制备既能催化反应进行又能吸收生成的CO2的复合催化剂成为急需解决的问题。为了从中选择催化效率高，使用寿命长的复合催化剂，需对其性能进行综合评价。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种催化剂循环重整-解析性能的评估装置，可同时评估两种复合催化剂对于焦炉煤气水蒸气重整制氢的催化性能、捕获性能、循环性能，并进行多次循环。为了实现上述目的，本专利技术的催化剂循环重整-解析性能的评估装置包括配气控制单元、重整解析单元、检测分析单元和产物气排放单元；所述配气控制单元包括焦炉净煤气配气单元、去离子水注射单元、焦油注射单元以及多个控制气体液体进出的阀门，所述焦炉净煤气配气单元包括甲烷气瓶、氢气气瓶、氮气气瓶、一氧化碳气瓶、控制气体流量的质量流量控制器Ⅰ～质量流量控制器Ⅴ、防止气体逆流的单向阀Ⅰ～单向阀Ⅳ以及多个控制气体进出的阀门，所述去离子水注射单元包括依次通过管路连接的储水罐、注射泵Ⅰ、单向阀Ⅴ，所述焦油注射单元包括依次通过管路连接的焦油储罐、注射泵Ⅱ、单向阀Ⅵ；所述重整解析单元包括管式炉A、管式炉B、固定床反应器A、固定床反应器B和转换机构；所述管式炉A包括炉体A和温度控制器A，所述管式炉B包括炉体B和温度控制器B，炉体A和炉体B均由两个半圆柱组成，半圆柱中心轴向设有凹槽；所述固定床反应器A和固定床反应器B均包括管体，管体底部设有进气口，进气口通过导气管与配气控制单元连通，管体顶部设有出气口，管体内由下至上依次设有金属滤网层Ⅰ、瓷球层Ⅰ、金属滤网层Ⅱ、复合催化剂层、金属滤网层Ⅲ、瓷球层Ⅱ、金属滤网层Ⅳ，所述复合催化剂由催化焦炉煤气重整生产氢气的催化剂和CO2捕获剂复合制成；所述转换机构包括操作台、两根旋转套管和两组管夹，所述操作台设有四层面板，第一面板上安装有两根平行的长导轨，垂直于长导轨组的两侧对称安装有四组短导轨，每根长导轨均安装有滑块Ⅰ，每根短导轨均安装有滑块Ⅱ上，所述管式炉A、管式炉B分别固定在短导轨的滑块Ⅱ上，两根旋转套管分别固定在长导轨的滑块Ⅰ上，所述旋转套管包括上套管、下套管、底座和支撑组件，支撑组件与上套管固定，下套管与底座固定，上套管与下套管螺纹连接，管夹通过支撑组件与旋转套管固定，所述固定床反应器A和固定床反应器B分别通过管夹固定在炉体A和炉体B的凹槽中，注射泵Ⅰ和注射泵Ⅱ安装在第二面板上，质量流量控制器Ⅰ～质量流量控制器Ⅴ安装在第三面板上，温度控制器A和温度控制器B安装在第四面板上；所述检测分析单元包括冷凝器、水汽分离器、质量流量计、干燥器A、干燥器B、质量流量控制器Ⅵ、质量流量控制器Ⅶ、质谱仪A、质谱仪B、计算机以及阀门，所述产物气排放单元包括产物气管、多孔介质管A和多孔介质管B，固定床反应器A的出气口一路依次通过阀门、冷凝器、水汽分离器、质量流量计后分别连接多孔介质管A的入口和干燥器A的入口，干燥器A的出口通过质量流量控制器Ⅵ连接质谱仪A的入口，固定床反应器A的出气口另一路通过阀门分别连接多孔介质管B的入口和干燥器B的入口，干燥器B的出口通过质量流量控制器Ⅶ连接质谱仪B的入口，质谱仪A、质谱仪B分别与计算机连接，固定床反应器B的出气口一路通过阀门连接冷凝器，固定床反应器B的出气口另一路通过阀门分别连接多孔介质管B的入口和干燥器B的入口。作为优选，所述多孔介质管A和多孔介质管B的管径为5～50μm，增加尾气压力，为气流稳定足量足压地进入质量流量计和质谱仪提供条件。作为优选，所述注射泵Ⅰ和注射泵Ⅱ均配备有注射器和质量流量控制器。进一步地，所述第三面板上还安装有五台流量控制显示仪，分别控制和显示质量流量控制器Ⅰ～质量流量控制器Ⅴ的实时流量。进一步地，所述多孔介质管A和多孔介质管B的出口、质谱仪A和质谱仪B的出口分别连接尾气收集装置。本专利技术还提供利用上述装置进行催化剂循环重整-解析性能的评估方法，其步骤如下：S1、将待评估的复合催化剂A、复合催化剂样品B分别装入固定床反应器A和固定床反应器B内；S2、连接固定床反应器A、固定床反应器B的进排气管路，移动滑块Ⅱ，打开管式炉A，用一组管夹夹持固定床反应器A，移动滑块Ⅰ，调整旋转套管，使得固定床反应器A放置于管式炉A的中心位置，闭合管式炉A，并用搭扣锁紧，用另一组管夹夹持固定床反应器B，固定床反应器B暂不置于管式炉内；S3、打开氮气气瓶及相应的管路阀门，调节质量流量控制器Ⅲ、质量流量控制器Ⅵ，向固定床反应器A通入一定流量的N2，防止加热过程中固定床反应器A内热量过量积累，打开温度控制器A，调至重整温度，打开温度控制器B，调至解析温度；S4、待固定床反应器A的温度上升至重整温度后，打开甲烷气瓶、氢气气瓶、一氧化碳气瓶、注射泵Ⅰ、注射泵Ⅱ及相应的管路阀门，调节质量流量控制器Ⅰ、质量流量控制器Ⅱ、质量流量控制器Ⅲ、质量流量控制器Ⅴ以及注射泵Ⅰ和注射泵Ⅱ自带的质量流量控制器，模拟一定流量的焦炉煤气进入固定床反应器A内，焦炉煤气中部分CH4、CO、H2O在复合催化剂A的作用下发生重整反应，其中生成的部分CO2被复合催化剂A捕获，其余产物气经阀门排出，经过冷凝器、水汽分离器后，质量流量计检测排出的产物气流量，之后少量产物气经过干燥器A的干燥后在质量流量控制器Ⅵ控制下以一定流量匀速进入质谱仪A，在线监测产物气中气体成分，并根据标定结果计算各组分所占比例，进而得出焦炉煤气水蒸气重整效率；S5、待复合催化剂A样品对CO2的捕获达到饱和后，关闭甲烷气瓶、氢气气瓶、一氧化碳气瓶、注射泵Ⅰ、注射泵Ⅱ及相应的管路阀门、质量流量控制器Ⅰ、质量流量控制器Ⅱ和质量流量控制器Ⅴ；保持氮气管路打开状态，向固定床反应器A持续通入一定流量的N2；S6、切换阀门，使得固定床反应器A排出的产物气流经质谱仪B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂循环重整‑解析性能的评估装置，其特征在于，包括配气控制单元(1)、重整解析单元(2)、检测分析单元和产物气排放单元；所述配气控制单元(1)包括焦炉净煤气配气单元、去离子水注射单元、焦油注射单元以及多个控制气体液体进出的阀门(1‑2a)～(1‑2n)，所述焦炉净煤气配气单元包括甲烷气瓶(1‑1a)、氢气气瓶(1‑1b)、氮气气瓶、一氧化碳气瓶(1‑1d)、控制气体流量的质量流量控制器Ⅰ(1‑3a)～质量流量控制器Ⅴ(1‑3e)、防止气体逆流的单向阀Ⅰ(1‑4a)～单向阀Ⅳ(1‑4d)，所述去离子水注射单元包括依次通过管路连接的储水罐(1‑1e)、注射泵Ⅰ(1‑5a)、单向阀Ⅴ(1‑4e)，所述焦油注射单元包括依次通过管路连接的焦油储罐(1‑1f)、注射泵Ⅱ(1‑5b)、单向阀Ⅵ(1‑4f)；所述重整解析单元包括管式炉A(2‑1)、管式炉B(2‑2)、固定床反应器A(2‑3)、固定床反应器B(2‑4)和转换机构；所述管式炉A(2‑1)包括炉体A(2‑11)和温度控制器A(2‑12)，所述管式炉B(2‑2)包括炉体B(2‑21)和温度控制器B(2‑22)，炉体A(2‑11)和炉体B(2‑21)均由两个半圆柱组成，半圆柱中心轴向设有凹槽；所述固定床反应器A(2‑3)和固定床反应器B(2‑4)均包括管体(2‑5)，管体(2‑5)底部设有进气口，进气口通过导气管与配气控制单元(1)连通，管体(2‑5)顶部设有出气口，管体(2‑5)内由下至上依次设有金属滤网层Ⅰ(2‑51)、瓷球层Ⅰ(2‑52)、金属滤网层Ⅱ(2‑53)、复合催化剂层(2‑54)、金属滤网层Ⅲ(2‑55)、瓷球层Ⅱ(2‑56)、金属滤网层Ⅳ(2‑57)，所述复合催化剂由催化焦炉煤气重整生产氢气的催化剂和CO2捕获剂复合制成；所述转换机构包括操作台(2‑6)、两根旋转套管(2‑7)和两组管夹(2‑8)，所述操作台(2‑6)设有四层面板，第一面板(2‑61)上安装有两根平行的长导轨(2‑62)，垂直于长导轨组的两侧对称安装有四组短导轨(2‑63)，每根长导轨(2‑62)均安装有滑块Ⅰ(2‑64)，每根短导轨均安装有滑块Ⅱ(2‑69)上，所述管式炉A(2‑1)、管式炉B(2‑2)分别固定在短导轨(2‑63)的滑块Ⅱ(2‑69)上，两根旋转套管(2‑7)分别固定在长导轨(2‑62)的滑块Ⅰ(2‑64)上，所述旋转套管(2‑7)包括上套管(2‑71)、下套管(2‑72)、底座(2‑73)和支撑组件(2‑74)，支撑组件(2‑74)与上套管(2‑71)固定，下套管(2‑72)与底座(2‑73)固定，上套管(2‑71)与下套管(2‑72)螺纹连接，所述管夹(2‑8)通过支撑组件(2‑74)与旋转套管(2‑7)固定，所述固定床反应器A(2‑3)和固定床反应器B(2‑4)分别通过管夹(2‑8)固定在炉体A(2‑11)和炉体B(2‑21)的凹槽中，所述注射泵Ⅰ(1‑5a)和注射泵Ⅱ(1‑5b)安装在第二面板(2‑65)上，所述质量流量控制器Ⅰ(1‑3a)～质量流量控制器Ⅴ(1‑3e)安装在第三面板(2‑66)上，所述温度控制器A(2‑12)和温度控制器B(2‑22)安装在第四面板(2‑67)上；所述检测分析单元包括冷凝器(3)、水汽分离器(4)、质量流量计(5)、干燥器A(7‑1)、干燥器B(7‑2)、质量流量控制器Ⅵ(8‑1)、质量流量控制器Ⅶ(8‑2)、质谱仪A(9‑1)、质谱仪B(9‑2)、计算机(10)以及阀门(2‑9a)～(2‑9d)，所述产物气排放单元包括产物气管、多孔介质管A(6‑1)和多孔介质管B(6‑2)，所述固定床反应器A(2‑3)的出气口一路依次通过阀门(2‑9a)、冷凝器(3)、水汽分离器(4)、质量流量计(5)后分别连接多孔介质管A(6‑1)的入口和干燥器A(7‑1)的入口，干燥器A(7‑1)的出口通过质量流量控制器Ⅵ(8‑1)连接质谱仪A(9‑1)的入口，固定床反应器A(2‑3)的出气口另一路通过阀门(2‑9b)分别连接多孔介质管B(6‑2)的入口和干燥器B(7‑2)的入口，干燥器B(7‑2)的出口通过质量流量控制器Ⅶ(8‑2)连接质谱仪B(9‑2)的入口，质谱仪A(9‑1)、质谱仪B(9‑2)分别与计算机(10)连接，所述固定床反应器B(2‑4)的出气口一路通过阀门(2‑9c)连接冷凝器(3)，固定床反应器B(2‑4)的出气口另一路通过阀门(2‑9d)分别连接多孔介质管B(6‑2)的入口和干燥器B(7‑2)的入口。...

【技术特征摘要】
1.一种催化剂循环重整-解析性能的评估装置，其特征在于，包括配气控制单元(1)、重整解析单元(2)、检测分析单元和产物气排放单元；所述配气控制单元(1)包括焦炉净煤气配气单元、去离子水注射单元、焦油注射单元以及多个控制气体液体进出的阀门(1-2a)～(1-2n)，所述焦炉净煤气配气单元包括甲烷气瓶(1-1a)、氢气气瓶(1-1b)、氮气气瓶、一氧化碳气瓶(1-1d)、控制气体流量的质量流量控制器Ⅰ(1-3a)～质量流量控制器Ⅴ(1-3e)、防止气体逆流的单向阀Ⅰ(1-4a)～单向阀Ⅳ(1-4d)，所述去离子水注射单元包括依次通过管路连接的储水罐(1-1e)、注射泵Ⅰ(1-5a)、单向阀Ⅴ(1-4e)，所述焦油注射单元包括依次通过管路连接的焦油储罐(1-1f)、注射泵Ⅱ(1-5b)、单向阀Ⅵ(1-4f)；所述重整解析单元包括管式炉A(2-1)、管式炉B(2-2)、固定床反应器A(2-3)、固定床反应器B(2-4)和转换机构；所述管式炉A(2-1)包括炉体A(2-11)和温度控制器A(2-12)，所述管式炉B(2-2)包括炉体B(2-21)和温度控制器B(2-22)，炉体A(2-11)和炉体B(2-21)均由两个半圆柱组成，半圆柱中心轴向设有凹槽；所述固定床反应器A(2-3)和固定床反应器B(2-4)均包括管体(2-5)，管体(2-5)底部设有进气口，进气口通过导气管与配气控制单元(1)连通，管体(2-5)顶部设有出气口，管体(2-5)内由下至上依次设有金属滤网层Ⅰ(2-51)、瓷球层Ⅰ(2-52)、金属滤网层Ⅱ(2-53)、复合催化剂层(2-54)、金属滤网层Ⅲ(2-55)、瓷球层Ⅱ(2-56)、金属滤网层Ⅳ(2-57)，所述复合催化剂由催化焦炉煤气重整生产氢气的催化剂和CO2捕获剂复合制成；所述转换机构包括操作台(2-6)、两根旋转套管(2-7)和两组管夹(2-8)，所述操作台(2-6)设有四层面板，第一面板(2-61)上安装有两根平行的长导轨(2-62)，垂直于长导轨组的两侧对称安装有四组短导轨(2-63)，每根长导轨(2-62)均安装有滑块Ⅰ(2-64)，每根短导轨均安装有滑块Ⅱ(2-69)上，所述管式炉A(2-1)、管式炉B(2-2)分别固定在短导轨(2-63)的滑块Ⅱ(2-69)上，两根旋转套管(2-7)分别固定在长导轨(2-62)的滑块Ⅰ(2-64)上，所述旋转套管(2-7)包括上套管(2-71)、下套管(2-72)、底座(2-73)和支撑组件(2-74)，支撑组件(2-74)与上套管(2-71)固定，下套管(2-72)与底座(2-73)固定，上套管(2-71)与下套管(2-72)螺纹连接，所述管夹(2-8)通过支撑组件(2-74)与旋转套管(2-7)固定，所述固定床反应器A(2-3)和固定床反应器B(2-4)分别通过管夹(2-8)固定在炉体A(2-11)和炉体B(2-21)的凹槽中，所述注射泵Ⅰ(1-5a)和注射泵Ⅱ(1-5b)安装在第二面板(2-65)上，所述质量流量控制器Ⅰ(1-3a)～质量流量控制器Ⅴ(1-3e)安装在第三面板(2-66)上，所述温度控制器A(2-12)和温度控制器B(2-22)安装在第四面板(2-67)上；所述检测分析单元包括冷凝器(3)、水汽分离器(4)、质量流量计(5)、干燥器A(7-1)、干燥器B(7-2)、质量流量控制器Ⅵ(8-1)、质量流量控制器Ⅶ(8-2)、质谱仪A(9-1)、质谱仪B(9-2)、计算机(10)以及阀门(2-9a)～(2-9d)，所述产物气排放单元包括产物气管、多孔介质管A(6-1)和多孔介质管B(6-2)，所述固定床反应器A(2-3)的出气口一路依次通过阀门(2-9a)、冷凝器(3)、水汽分离器(4)、质量流量计(5)后分别连接多孔介质管A(6-1)的入口和干燥器A(7-1)的入口，干燥器A(7-1)的出口通过质量流量控制器Ⅵ(8-1)连接质谱仪A(9-1)的入口，固定床反应器A(2-3)的出气口另一路通过阀门(2-9b)分别连接多孔介质管B(6-2)的入口和干燥器B(7-2)的入口，干燥器B(7-2)的出口通过质量流量控制器Ⅶ(8-2)连接质谱仪B(9-2)的入口，质谱仪A(9-1)、质谱仪B(9-2)分别与计算机(10)连接，所述固定床反应器B(2-4)的出气口一路通过阀门(2-9c)连接冷凝器(3)，固定床反应器B(2-4)的出气口另一路通过阀门(2-9d)分别连接多孔介质管B(6-2)的入口和干燥器B(7-2)的入口。2.根据权利要求1所述的催化剂循环重整-解析性能的评估装置，其特征在于，所述多孔介质管A(6-1)和多孔介质管B(6-2)的管径为5～50μm。3.根据权利要求1所述的催化剂循环重整-解析性能的评估装置，其特征在于，所述注射泵Ⅰ(1-5a)和注射泵Ⅱ(1-5b)均配备有注射器和质量流量控制器。4.根据权利要求1所述的催化剂循环重整-解析性能的评估装置，其特征在于，所述第三面板(2-66)上还安装有五台流量控制显示仪。5.根据权利要求1所述的催化剂循环重整-解析性能的评估装置，其特征在于，所述多孔介质管A(6-1)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉民，白晨曦，肖遥，郭楚文，康博凯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32