一种干重整催化剂性能评价系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种干重整催化剂性能评价系统及方法

【技术实现步骤摘要】
一种干重整催化剂性能评价系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种干重整催化剂性能评价系统及方法，属于干重整

。

技术介绍

[0002]二氧化碳是全球排放量最大的温室气体，同时也是亟待开发利用的碳资源，但是目前的二氧化碳利用率只有1％左右
。
实现规模化的二氧化碳资源化转化利用至关重要
。
甲烷是另一种温室气体，在自然界有多种存在形态，如天然气
、
富碳天然气
、
沼气
、
焦炉煤气
、
工业驰放气等
。
甲烷二氧化碳干重整技术能够同时利用二氧化碳和甲烷两种温室气体，符合降低碳排放
、
发展清洁能源
、
提高能源利用效率的要求，对缓和全球气候变化问题及推动传统化工产业转型升级均具有重大意义，是科学界与工业界的重要研究方向
。
[0003]当前甲烷二氧化碳干重整技术尚不成熟，处于实验室研究和中试放大阶段
。
为了获取支撑工业放大生产的基础研究数据，各科研单位都致力于进行实验室的催化剂开发和性能评价工作
。
其中，催化剂评价需要在高温
(500
‑
1000℃)、
一定压力
(
常压
‑
5.0MPa)、
含一定量水蒸气
(
水气摩尔比0‑
3)
的条件下进行
。
为了满足严苛的实验条件，科研单位通常选择如图2所示的催化剂评价装置对干重整催化剂的性能进行评价
。
[0004]如图2所示，为给反应提供带压水蒸气条件，通常选择各种微量计量泵和加热炉
(
也即水汽化炉
)
的组合，将少量的去离子水连续注入一定温度和压力的加热炉进行水汽化，并与其他原料气混合后进入反应器
。
但是，该方案存在严重缺陷，由于加压实验条件下的微量计量泵为容积泵，不可避免产生进液脉动，影响水蒸气进料的连续性和稳定性，从而影响反应原料气的组成，并最终导致实验数据的波动和积炭的产生
。
[0005]另外，为满足高温
、
高压的催化剂评价条件，反应器的材质通常选择一定厚度的含
Ni
金属合金管，如
310S
材质合金管
。
对于含有甲烷
、
一氧化碳等气体的干重整反应气氛，金属
Ni、Fe
是化学反应活性成分，在前述实验条件下容易使甲烷和一氧化碳发生反应而产生积炭，堵塞反应器，并影响反应产品气的组成，导致反应数据失真
。
并且，在甲烷二氧化碳干重整催化剂性能评价过程中，积炭的生成量是评价催化剂性能的关键指标之一
。
[0006]因此，目前的干重整催化剂性能评价装置主要存在以下技术问题：
(1)
在高压条件下，水蒸气进料的连续性和稳定性无法保证；
(2)
反应积炭影响催化剂评价结果并导致反应器堵塞
。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种干重整催化剂性能评价系统及方法
。
本专利技术的系统及方法使水蒸气进料的连续性和稳定性好，且能够减少积碳的生成
。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种干重整催化剂性能评价系统，该系统包括：进料单元
、
反应单元
、
气液分离单元和气体在线分析单元；
[0009]其中，所述进料单元包括气体进料单元
、
水蒸气饱和与原料气过热单元；
[0010]所述气体进料单元包括若干条气体进料管线
、
气体缓冲罐；所述气体进料管线至
少包括二氧化碳进料管线和甲烷进料管线，所述气体缓冲罐至少设置有进口和出口，若干条气体进料管线连接于所述气体缓冲罐的进口；
[0011]所述水蒸气饱和与原料气过热单元包括水进料管线
、
水蒸气饱和器
、
过热器；所述水蒸气饱和器至少设置有液体进口
、
气体进口和混合气出口，所述过热器至少设置有进口和出口，所述水进料管线连接于所述水蒸气饱和器的液体进口，所述气体缓冲罐的出口通过管线连接于所述水蒸气饱和器的气体进口，所述水蒸气饱和器的混合气出口通过管线连接于所述过热器的进口；
[0012]所述反应单元包括反应器
、
加热炉；所述反应器包括反应器管体
、
设置于所述反应器管体内部的内衬管
、
设置于所述反应器管体上部的进口
、
设置于所述反应器管体下部的出口，所述加热炉用于为所述反应器提供反应所需的热源；
[0013]所述过热器的出口通过管线连接于所述反应器的进口；
[0014]所述气液分离单元通过管线连接于所述反应器的出口，用于对反应后的混合物进行气液分离，得到气体组分和液体组分；
[0015]所述气体在线分析单元至少用于对气液分离得到的气体组分的组成进行分析
。
[0016]根据本专利技术的具体实施方式，优选地，上述系统进一步包括：尾气体积计量单元，所述尾气体积计量单元通过管线连接于所述气液分离单元，用于测量气液分离得到的气体组分的体积
。
更优选地，所尾气体积计量单元包括气体流量计
。
通过尾气体积计量单元，可测量反应后的气体组分的体积，进而可以计算出反应的进行程度
。
[0017]在上述的系统中，优选地，所述气体进料管线进一步包括氮气进料管线和
/
或氢气进料管线等
。
[0018]在上述的系统中，优选地，每一条气体进料管线上均设置有质量流量计
。
[0019]在上述的系统中，优选地，所述水进料管线上设置有计量泵
。
[0020]在上述的系统中，优选地，所述水蒸气饱和器的混合气出口与所述过热器的进口连接的管线为具有伴热和保温功能的管线
。
[0021]在上述的系统中，优选地，所述过热器的出口与所述反应器的进口连接的管线为具有伴热和保温功能的管线
。
[0022]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述具有伴热和保温功能的管线可以采用现有技术中的管线，例如但不限于具有伴热套管和
/
或保温层的管线
。
[0023]在上述的系统中，优选地，所述反应器管体为金属管体
。
更优选地，所述反应器管体的材质为奥氏体铬镍不锈钢
。
本专利技术优选采用奥氏体铬镍不锈钢作为反应器管体的材质，能够抵抗高温
、
高压并适用于高水蒸气含量的氛围
。
[0024]在上述的系统中，优选地，所述内衬管的材质包括石英
、
刚玉...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种干重整催化剂性能评价系统，所述系统包括：进料单元
、
反应单元
、
气液分离单元和气体在线分析单元，其特征在于，所述进料单元包括气体进料单元
、
水蒸气饱和与原料气过热单元；所述气体进料单元包括若干条气体进料管线
、
气体缓冲罐；所述气体进料管线至少包括二氧化碳进料管线和甲烷进料管线，所述气体缓冲罐至少设置有进口和出口，若干条气体进料管线连接于所述气体缓冲罐的进口；所述水蒸气饱和与原料气过热单元包括水进料管线
、
水蒸气饱和器
、
过热器；所述水蒸气饱和器至少设置有液体进口
、
气体进口和混合气出口，所述过热器至少设置有进口和出口，所述水进料管线连接于所述水蒸气饱和器的液体进口，所述气体缓冲罐的出口通过管线连接于所述水蒸气饱和器的气体进口，所述水蒸气饱和器的混合气出口通过管线连接于所述过热器的进口；所述反应单元包括反应器
、
加热炉；所述反应器包括反应器管体
、
设置于所述反应器管体内部的内衬管
、
设置于所述反应器管体上部的进口
、
设置于所述反应器管体下部的出口，所述加热炉用于为所述反应器提供反应所需的热源；所述过热器的出口通过管线连接于所述反应器的进口；所述气液分离单元通过管线连接于所述反应器的出口，用于对反应后的混合物进行气液分离，得到气体组分和液体组分；所述气体在线分析单元至少用于对气液分离得到的气体组分的组成进行分析
。2.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述系统进一步包括：尾气体积计量单元，所述尾气体积计量单元通过管线连接于所述气液分离单元，用于测量气液分离得到的气体组分的体积；优选地，所尾气体积计量单元包括气体流量计
。3.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述气体进料管线进一步包括氮气进料管线和
/
或氢气进料管线；优选地，每一条气体进料管线上均设置有质量流量计；优选地，所述水进料管线上设置有计量泵
。4.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述水蒸气饱和器的混合气出口与所述过热器的进口连接的管线为具有伴热和保温功能的管线；优选地，所述过热器的出口与所述反应器的进口连接的管线为具有伴热和保温功能的管线
。5.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述反应器管体为金属管体；优选地，所述反应器管体的材质为奥氏体铬镍不锈钢；优选地，所述内衬管的材质包括石英
、
刚玉
、
α
‑
氧化铝或陶瓷，更优选为石英
。6.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述内衬管的外径与所述反应器管体的内径相差
≤6mm
，优选
≤4mm
，更优选
≤3mm
；优选地，所述内衬管的一端与所述反应器管体的内壁之间设置有石墨密封件；更优选地，所述内衬管的下端与所述反应器管体的内壁之间设置有石墨密封件
。7.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述反应器内至少
设置有一个测温点；优选地，所述加热炉包括五段式电加热炉；更优选地，所述五段式电加热炉的每段均设置有一个温控点
。8.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述气液分离单元包括冷凝器
、
气液分离器
、
储液罐；所述冷凝器的进口通过管线连接于所述反应器的出口，所述冷凝器的出口通过管线连接于所述气液分离器的进口，所述气液分离器的液体出口通过管线连接于所述储液罐，所述气液分离器的气体出口通过管线连接于所述气体在线分析单元
。9.
根据权利要求1所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述反应器的出口与所述气液分离单元连接的管线上设置有散热翅片
。10.
根据权利要求8所述的干重整催化剂性能评价系统，其特征在于，所述气液分离器的气体出口通过两条分支管线分别连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨佳，刘鹏翔，赵海龙，余长春，邓兆敬，张小明，李然家，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：