一種改進的催化劑老化工藝方法
2023-08-06 22:09:36 1
一種改進的催化劑老化工藝方法
【專利摘要】本發明是有關於一種改進的催化劑老化工藝方法，完成該方法的設備包括老化爐、樣品杯、氣體質量流量計、水泵、水蒸氣發生爐、冷卻器、水回收罐、升降機和旋轉系統、計算機控制系統，老化爐採用帶中心旋轉軸的焙燒爐，採用老化爐下部軸向進水蒸汽方式，不存在溝流、偏流等現象，然後從老化爐上部導出，不產生廢氣返混。
【專利說明】一種改進的催化劑老化工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種催化劑老化的工藝方法，特別是涉及一種在實驗室進行催化劑老化，適用於評價分子篩、催化劑等水熱穩定性的一種工藝方法。
【背景技術】
[0002]催化劑在石油、化工等領域應用極其廣泛。許多催化加工過程都是在催化劑作用下完成的。催化劑性能的好壞直接影響產品收率和產品質量，因此，開發研究性能優越的催化劑是十分重要的。在催化劑的研發過程中，對催化劑性能及其他性質的評價需要各種實驗裝置及工藝方法來完成，而其中催化劑的老化是進行催化劑各類評價的第一步。
[0003]如催化裂化新鮮催化劑活性高且不穩定，不具有代表性。實驗室研究和評價催化劑時，為了使催化劑快速達到平衡活性，通常採用高溫水熱的老化方法，使催化劑快速減活。一般用100%水蒸汽在高溫常壓或加壓下測定活性變化以作為穩定性的指標，各個催化劑製造廠採用的具體條件不同，但是大體上分為緩和老化和苛刻老化兩種。緩和老化溫度大多在780°C — 800°C，苛刻老化溫度在795°C — 815°C，老化時間變化較大，老化溫度高時，時間較短；溫度較低時，時間較長。通過水熱老化微反活性測定可以反映催化劑的穩定性和活性。所以新鮮催化劑需要經高溫水蒸氣處理一段時間，再測定其活性指數，是目前普遍採用的一種方法。
[0004]傳統的催化劑老化實驗裝置一次最多可老化4個樣品，且待測樣品必需經過一系列處理。如:壓片、破碎、研磨、過篩等工序，然後取一定量的20 — 40目固體催化劑顆粒於不鏽鋼杯中，依次疊放於老化管內，上、下再各放一個裝有瓷環的不鏽鋼杯，起保溫作用。當老化溫度升至800°C並穩定後，手動進水計時；水蒸汽從老化管底部進入，逐一穿過樣品杯，從老化管頂部排出，老化時間一到，系統自動打開空氣閥進氣降溫並且斷電終止老化。該方法由於老化不鏽鋼杯上下依次疊放於老化管內，底部進水蒸汽，因此，存在上下老化苛刻度不同、下樣品廢氣影響上樣品、水蒸汽溝流等問題，且需要對待測樣品進行一系列繁雜的人工處理。CN101424601A揭示了一種催化劑老化方法，既選用帶中心旋轉軸的焙燒爐，樣品放在旋轉軸四周(擺放2層，多個樣品)，隨軸一起旋轉，旋轉驅動器安裝在焙燒爐底部；焙燒爐用高溫合金鋼做成箱體，爐膛用電熱絲加熱，並用溫度控制器控制老化反應溫度；在催化劑老化前先用空氣作介質，當溫度升到400°C — 800°C時切換水蒸汽通入焙燒爐，同時將空氣切出；啟動定時器，設定老化時間，到預定的老化時間後，裝置自動切出水蒸汽，老化過程結束。該發明與傳統的老化方法相比，一次可老化多個樣品，且所有樣品在整個老化過程中能經歷相同的溫度和時間，以消除因在焙燒爐內位置不同而引起的老化苛刻度差異，提高了工作效率和老化質量。但是該方法採用上部進水蒸汽的方法，焙燒爐內水蒸汽存在返混現象，樣品老化產生的廢氣會對樣品造成相互影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的，在於克服現有的方法存在的缺陷，而提供一種安全、實用且有效的催化劑老化方法。
[0006]本發明的目的是採用以下的技術方案來實現的。本發明一種改進的催化劑老化工藝方法，完成該方法的設備包括老化爐、樣品杯、氣體質量流量計、水泵、水蒸氣發生爐、冷卻器、水回收罐、升降機和旋轉系統、計算機控制系統，老化爐採用帶中心旋轉軸的焙燒爐，焙燒爐用耐高溫合金鋼做成箱體，爐膛用電熱絲加熱，並由溫度控制器控制老化反應溫度，爐膛直徑有容納多個樣品杯的空間，恆溫段高度足夠容納樣品杯，樣品杯為3-36個，樣品杯圍繞在中心旋轉軸的周圍，隨軸一起旋轉，樣品杯分1-3層分布，中心旋轉軸由一臺升降器上下移動將老化樣品自如地放入樣品杯中和老化結束後自如地將其取出，中心旋轉軸的兩端布有軸承，旋轉驅動器由可調速的電機組成，帶動中心軸以一定的轉速旋轉，其中:水蒸汽由該老化爐底部軸向進入，然後從老化爐上部導出。水蒸汽由老化爐底部軸向進入，平推流向上流動擴散，不存在溝流、偏流等現象，使催化劑與水蒸汽均勻接觸，然後從老化爐上部導出，不產生廢氣返混；應用先進的旋轉老化爐，加之高精度的控制系統，保證穩定的老化溫度、壓力、水蒸汽流量等工藝參數，使多個樣品杯內的催化劑在老化爐內經歷相同的老化條件，老化效果好，重複性好，效率高，節省人力物力，降低試驗成本。
[0007]本發明方法採用氮氣作為升溫介質，當老化爐溫度升至800°C時，啟動水泵，向老化爐內進水蒸汽，同時關閉氮氣閥門，停止供氣。老化條件:老化溫度為300?850°C，壓力為常壓?0.5Mpa ;老化時間可在I?30小時之間任意選擇。
[0008]本發明特點是多個催化劑樣品在水平旋轉狀態下同時進行老化。試驗結果表明:旋轉老化重複性好、效率高，進行同種催化劑36個樣品老化時，測得老化後催化劑活性的平行誤差< ± I個單位。
[0009]本發明的目的還可以採用以下的技術措施來進一步實現。
[0010]較佳的，前述的一種改進的催化劑老化工藝方法，其中所述的老化開始前使用氮氣作為升溫介質，對催化劑老化不產生幹擾，老化重複性好。
[0011]較佳的，前述的一種改進的催化劑老化工藝方法，其中所述的升降機和旋轉系統安裝在老化爐上面，有利於操作。
[0012]較佳的，前述的一種改進的催化劑老化工藝方法，其中所述的旋轉軸周圍水平方向擺放樣品杯。可擺放I 一 3層,每層12個樣品杯,優先選擇擺放一層。
[0013]較佳的，前述的一種改進的催化劑老化工藝方法，其中所述的控制系統採用計算機自動控制和調節各工藝參數。老化溫度自動控制在土rc ;老化壓力自動控制並保持系統壓力平穩，不波動；採用閉環控制進料系統專利技術，使進水量保持平穩，不波動。
[0014]本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本發明一種改進的催化劑老化工藝方法，至少具有下列優點及有益效果:
[0015]1、試驗所用老化杯是多孔陶瓷材料(體積為:60毫升)，催化劑裝到杯子中，整個杯子在蒸氣的氛圍中，蒸氣從四面八方向催化劑中心滲透，從而使老化結果平穩。
[0016]2、催化劑樣品直接裝入樣品杯中，不需要進行任何處理(如破碎等)。節省工序，降低勞動強度。
[0017]3、水蒸汽由老化爐底部軸向進入，平推流向上流動擴散，不存在溝流、偏流等現象，使催化劑與水蒸汽均勻接觸，然後從老化爐上部導出，不產生廢氣返混。
[0018]4、樣品杯放置在水平託架上，隨旋轉軸勻速旋轉，使老化溫度及與水蒸汽接觸保持均勻，有利於催化劑在同一條件下老化。
[0019]5、老化爐加熱系統由計算機控制，老化溫度控制在±1°C。
[0020]6、老化爐在升溫過程中通氮氣，直到溫度升至試驗要求的溫度時，進水蒸汽，同時切斷氮氣。該方法消除了同種樣品進行重複性老化評價時產生的誤差。
[0021]7、採用尾氣補氣法控制調節系統壓力，並由計算機控制壓力調節閥，自動控制系統壓力，保持系統壓力平穩，不波動。
[0022]8、採用閉環控制進料系統專利技術，使進水量保持平穩，不波動。
[0023]9、一次試驗可處理多種樣品，老化後催化劑微反活性和平行誤差< ±1個單位。
[0024]10、本發明工藝簡單，結構緊湊，投資小，試驗效率高、成本低。
[0025]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明改進的催化劑老化工藝流程示意圖
[0027]【主要元件符號說明】
[0028]1:樣品杯9、11、12、16:閥門
[0029]2:老化爐10:壓力調節器
[0030]3:旋轉軸13:排水口
[0031]4:老化爐法蘭蓋 14:水蒸汽發生爐
[0032]5:升降機和旋轉系統15:氣體質量流量計
[0033]6:老化水蒸汽出口管線17:水泵
[0034]7:冷卻器18:空氣減壓過濾器
[0035]8:水回收罐19:旋轉託盤
【具體實施方式】
[0036]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的一種改進的催化劑老化工藝方法其【具體實施方式】、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
[0037]請參閱圖1所示，圖1為本發明的一種改進的催化劑老化工藝流程示意圖。本發明提出了一種改進的催化劑老化工藝方法，完成該方法的設備包括老化爐2、樣品杯1、氣體質量流量計15、水泵17、水蒸氣發生爐14、冷卻器7、水回收罐8、升降機和旋轉系統5、計算機控制系統(圖未示)，老化爐2採用帶中心旋轉軸的焙燒爐，焙燒爐用耐高溫合金鋼做成箱體，爐膛用電熱絲加熱，並由溫度控制器控制老化反應溫度，爐膛直徑有容納多個樣品杯的空間，恆溫段高度足夠容納樣品杯，樣品杯為3-36個，樣品杯圍繞在中心旋轉軸的周圍，隨軸一起旋轉，樣品杯分1-3層分布，中心旋轉軸由一臺升降器上下移動將老化樣品自如地放入樣品杯中和老化結束後自如地將其取出，中心旋轉軸的兩端布有軸承，旋轉驅動器由可調速的電機組成，帶動中心軸以一定的轉速旋轉，其中:水蒸汽由該老化爐2底部軸向進入，然後從老化爐2上部導出。[0038]首先準備好試驗所需的氮氣、空氣、冷卻水及原料水。檢查各溫度控制點熱偶是否安插正確，各管線閥門、迴路正常。然後裝填催化劑，將升降機和旋轉系統5升起，同時帶動老化爐2的法蘭4向上移動，把催化劑裝入多孔陶瓷杯I內，並放入旋轉託盤19上。下降升降機和旋轉系統5，蓋上法蘭並用螺栓壓緊。
[0039]打開閥門16，向裝置內通氮氣，用質量流量計15計量，老化爐2和水蒸汽發生爐14給電升溫；啟動旋轉設備5使旋轉軸3旋轉,帶動催化劑託盤19和樣品杯I旋轉。當溫度升至試驗要求值時，啟動水泵17向蒸汽發生爐14供水，關閉閥門16切斷氮氣，老化爐內通100 %水蒸汽，並在計算機上設定好老化時間。水蒸汽沿軸向向上擴散，穿過樣品層，然後通過管線6進入冷卻器7，冷凝水進入水回收罐8，從排放口 13自動放出裝置；老化壓力通過空氣減壓過濾器18向系統內補充氮氣，然後通過計算機控制壓力調節閥10，自動控制系統壓力，保持系統壓力平穩，不波動。老化時間結束後停止進水蒸汽，切換氮氣；關掉空氣減壓過濾器18，關掉電源降溫。當溫度降至300°C以下時，關掉閥門16，停止供氮氣，使老化爐自然降溫至室溫後，拆掉老化爐2法蘭4上的螺栓，將升降機和旋轉系統5升起，取出樣品杯。老化試驗結束。
[0040]在一實施例中，本發明提出的一種改進的催化劑老化工藝方法，在使用時，如附圖1所示，操作條件如下:
[0041]老化反應器溫度:800 °C,
[0042]水蒸氣發生爐溫度700°C，
[0043]水泵進水速率4.0g/min,
[0044]催化劑裝量為1 0 — 45克，
[0045]老化時間:17小時，
[0046]壓力為常壓。
[0047]試驗所用老化杯是多孔陶瓷材料，杯體積為:60毫升。催化劑裝入杯子中，整個杯子在蒸氣的氛圍中，蒸氣從四面八方向催化劑中心滲透，從而使老化結果平穩。
[0048]實施例一
[0049]同一個催化劑樣品在不同的樣品杯中的老化結果
[0050]在12個60毫升多孔陶瓷材料製作的樣品杯中，均裝填40克MLC-500工業新鮮全篩分(O - 150 μ m)催化劑，在100%水蒸氣下，老化溫度800°C，老化時間17小時，壓力為常壓的條件下，考察旋轉老化爐中12(—層)個樣品老化後的微反活性的影響。結果見表
1
[0051]表1相同條件下旋轉老化後的微反活性
樣品杯號12 3 4 5 6
微反活性,~% 68 68 67 68 67 67
[0052]樣品杯號7 8 9 10 Π 12 微反活性,~% 67 68 67 67 68 67
[0053]實施例二[0054]催化劑裝填厚度對老化結果的影響
[0055]在6個60毫升多孔陶瓷材料製作的樣品杯中，分別裝填15、20、25、30、35、40克MLC-500工業新鮮全篩分(O - 150 μ m)催化劑，在100%水蒸氣下，老化溫度800°C，老化時間17小時，壓力為常壓的條件下，考察催化劑裝填厚度對老化結果的影響。結果見表2。
[0056]表2催化劑裝填厚度對老化結果的影響
[0057]
【權利要求】
1.一種改進的催化劑老化工藝方法，完成該方法的設備包括老化爐、樣品杯、氣體質量流量計、水泵、水蒸氣發生爐、冷卻器、水回收罐、升降機和旋轉系統、計算機控制系統，老化爐採用帶中心旋轉軸的焙燒爐，焙燒爐用耐高溫合金鋼做成箱體，爐膛用電熱絲加熱，並由溫度控制器控制老化反應溫度，爐膛直徑有容納多個樣品杯的空間，恆溫段高度足夠容納樣品杯，樣品杯為3-36個，樣品杯圍繞在中心旋轉軸的周圍，隨軸一起旋轉，樣品杯分1-3層分布，中心旋轉軸由一臺升降器上下移動將老化樣品自如地放入樣品杯中和老化結束後自如地將其取出，中心旋轉軸的兩端布有軸承，旋轉驅動器由可調速的電機組成，帶動中心軸以一定的轉速旋轉，其特徵在於: 水蒸汽由該老化爐底部軸向進入，然後從老化爐上部導出。
2.如權利要求1所述的改進的催化劑老化工藝方法，其特徵在於採用氮氣作為升溫介質。
3.如權利要求1所述的改進的催化劑老化工藝方法，其特徵在於採用尾氣補氣法控制調節系統壓力，並由計算機控制調節壓力調節閥，自動控制系統壓力，保持系統壓力平穩，不波動。
4.如權利要求1所述的改進的催化劑老化工藝方法，其特徵在於該升降機和旋轉系統安裝在該老化爐上面。
5.如權利要求1所述的改進的催化劑老化工藝方法，其特徵在於老化條件為:老化溫度為300?850°C，壓力為常壓?0.5Mpa ;老化時間為I?30小時。
【文檔編號】B01J37/10GK104001558SQ201410197149
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】秦晨晨, 王翀, 程夏, 王廣亮, 陳賓, 馮川 申請人:洛陽凱美勝石化設備有限公司