專利名稱：一種催化加氫處理不潔原料的研究方法
一種催化加氫處理不潔原料的研究方法技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以較低的成本快速開發(fā)一種從其最初發(fā)現到商業(yè)應用的用于不潔原料加氫處理(Hydroprocessing)的催化劑及相應的平推流催化工藝的研究 方法。背景技術：
為了放大(Scale-up) —種用于不潔原料加氫處理的平推流催化工藝，就有必 要研究原料組分、反應時間(Time on Stream)、反應物停留時間(Residence Time)、催化劑顆粒尺寸、形狀和其其他特征及溫度曲線(Temperature Profile) 對反應速率和催化劑選擇性的影響。在傳統的放大研究中，第一步通常先涉及 到的是選擇催化劑及確定所選擇催化劑的一些本質特性。為了減小質傳對操作 過程的影響，此步驟的操作常是選擇經過稀釋的壓碎的或粉末狀催化劑在等溫 條件下進行。在此步驟的操作開始時，需要對反應工藝的可變性進行測試，其 主要目的在于確定原料組分、空速、壓力及反應物停留時間對反應速率和催化 劑選擇性的影響。隨后，對該步驟所使用的催化劑活性及選擇性的確定常需要 六個多月到一年的時間。在此步驟操作過程的最后，仍需要對反應工藝的可變 性再進行測試，用于確定以上特性是否會隨著反應時間而變化。其次，選擇工業(yè)規(guī)格的所述催化劑在等溫反應器中進行測試。所謂的工業(yè) 規(guī)格的催化劑，其相較于上述壓碎的催化劑具有較大的顆粒尺寸或具有特定的 形狀，用來減小操作過程中的壓降。由于在反應過程中反應物或生成物進入或 離開催化劑孔洞過程中質量傳遞的限制， 一般大尺寸顆粒催化劑的反應速率及 選擇性較差。在此操作過程的開始及結束時，也常同樣需要對工藝的可變性進 行研究以測試催化劑活性及選擇性，這樣就又需要大約一年的時間。此外，此 步驟常使用實驗室規(guī)模的反應器來進行。在工業(yè)規(guī)模的滴流床加氫處理(Hydrotreating)反應器中，通常，催化劑顆 粒的直徑為1.3-3.2mm，其平均長度為5-10mm。這個范圍內催化劑尺寸就反應了在一方面要達到對催化劑的充分使用，另一方面又要維持反應器內可控的壓降間取得的一種平衡。對加氫脫硫(Hydrodesulphurization， HDS)來說，在這 個催化劑顆粒的尺寸范圍內，粒子內的擴散阻滯(硫化合物在催化劑孔洞內的 擴散阻力)能明顯的降低HDS的反應速率；而且，粒子內的擴散效果隨著反應 條件(特別是溫度)及硫化合物本質反應性的不同而變化。研究粒子內的擴散 對于全面了解HDS的機理及工藝是非常重要的。然而，目前在公開的關于HDS 的文獻中，盡管已經有了很多利用全尺寸的工業(yè)催化劑顆?；驂核榈拇呋瘎﹣?研究HDS，但是仍沒有足夠的資料與粒子內的擴散有關。最后一步通常是選用設有一個或多個反應管的驗證性規(guī)模的反應器，在絕 熱的條件下測試所述工業(yè)規(guī)格的催化劑。所述反應管的內徑大約25.4mm (1英 寸)。另外，為了更好的探究熱量傳遞的影響，所述反應器常設置6-8個反應管， 且反應管間的距離按照工業(yè)規(guī)模采用的距離設置。在一個放熱反應中，如在管 式反應器中或在不具有特別的除熱設備的固定床反應器中，溫度曲線的變化依 賴于連續(xù)移除反應熱的程度。溫度的變化對催化劑的選擇性、反應速率及活性 具有顯著的影響。在此步驟的測試中，?？蓪Ψ磻a生熱點或溫度失控的趨勢 進行測量。同樣，此步驟往往需要一年多的時間?？梢?，這一系列步驟的完成常需要三年多的時間，而且常常不一定能得到 所有用于放大所需要的數據。對于大多催化劑來說，其反應速率及對產物的選 擇性與反應物停留時間和反應器持續(xù)進行反應的時間有關。這種關系是催化劑 狀態(tài)或規(guī)格變化的結果，而這種結果是由于催化劑反應的時間或從反應器入口 至出口過程中氣體或液體組成的不斷變化而引起的，比如催化劑在遇到硫化氫 及氨等物質并與其反應中，催化劑會被轉化過程中形成的水氧化，于其表面會 形成覆蓋層及催化劑中毒等，從而引起催化劑狀態(tài)或規(guī)格變化。另外，由于反 應物和產物在催化劑孔中發(fā)生表面催化反應及其在孔中的蓄積也可導致傳質速 率(Mass Transfer Rate)的降低。不潔原料的加氫處理包括了一系列連續(xù)的提升其品質的步驟。首先要對原 料進行脫硫、脫氧和脫氮以除去其中的雜環(huán)分子(Heterocyclic Molecules)及接 著加氫脫芳構化(Hydrodearomatization)以去除多核芳香烴。此時使用的催化 劑必須要能夠對硫、氧和氮毒物免疫，較典型的是使用眾所周知金屬硫化物催 化劑。隨后，對原料進行開環(huán)操作，以選擇性的對環(huán)結構中的碳碳鍵進行開環(huán)，并且使一些長鏈分子裂成短鏈。較典型的是此步驟同樣使用金屬硫化物催化劑， 不過硫的含量通常低于上一步中使用的催化劑中的硫含量。接下來，如果需要 的話，可對原料再進行加氫使其中的碳氫鍵飽和。此步驟中使用的催化劑較典 型的是分子篩負載大量的第VIII族非貴金屬型催化劑，當然，也可使用貴金屬 型催化劑。最后，對原料進行加氫裂解及異構化以獲得期望鏈長分布的碳氫化合物及環(huán)烷烴。此步驟中使用的催化劑較典型的是分子篩負載第vm族貴金屬型催化劑。每個步驟可以在單獨的平推流反應器中進行操作，當然，所有步驟 或其中的一些可在具有縱向催化劑床層段的平推流反應器中進行，其中，每一 個催化劑段中裝載有適宜該步驟的催化劑。盡管相對比較多的專利中揭示了加氫處理中不同的非負載型催化劑及其應 用，可是其中僅僅只有少數應用于商業(yè)規(guī)模的非負載型加氫處理催化劑。這與 按照在實驗室中論證的大量潛在性能來說有些不同。在現有的精練工藝設備中 裝載具有非常高活性的催化劑是比較簡單的。然而，在很多情況下，其工藝和 設備并沒有針對活性高催化劑所帶來的散熱和氫氣的消耗來設計。這樣的催化 劑在商業(yè)中的應用需要催化劑制造商和精練廠密切的配合來確保達到期望的性 能而不至于發(fā)生其它不期望的影響或操作困難。另外，當非負載型的催化劑中僅包括第vin族和第vi族金屬的話，價格就成為一個重要的因素。與負載型 催化劑相比，非負載型催化劑的密度更高，其中的金屬濃度更大，這樣，催化 劑會明顯的增加反應器填充的成本。因此，在現有具有大量可售的加氫處理催化劑市場中，僅僅只有有限的可用于商業(yè)中的加氫處理催化劑。比如Albemarle 催化劑公司的Nebula催化劑家族中的Nebula-l和Nebula-20均是商業(yè)級別的催 化劑?？梢?，仍有很大的機會向市場投放其它更先進的催化劑來提高產品的品 質及降低加氫脫硫制潔凈燃料的總體成本。近來，高通量實驗技術被用來對新型催化劑及其催化工藝進行研究。這些 高通量實驗技術一般在減小熱傳及質傳的影響下進行，其僅需要很少量(少于 2毫升)的催化劑并具有很高的熱傳速率。然而，這種技術，比如美國專利第 6,149,882號及第6,869,799號所揭示的，雖然可以對不同的待選催化劑的本征 性能進行比較，但卻不能提供用于放大所需要的數據。如今，組合化學被廣泛的使用于制藥工業(yè)，相較于以前，其能以更快的速度合 成、凈化及評估新藥。在制藥化學領域，通常對每一種藥僅需要很小量來進行測試，只有那些在相關生物測定中具有活性的藥才會進行放大，所以較典型的是制藥化學 領域中的反應都是在相對很小量的范圍內進行。這種用來生產工業(yè)規(guī)模量的藥物的 化學與用在小量合成中的化學是很不同的。組合化學也被應用于石油化學中，用來發(fā)現在不同精煉應用中使用的新型催化 材料。然而，當考慮到工業(yè)化時，就必須要能夠使在較小的實驗室規(guī)模獲得的結果 與將在工業(yè)規(guī)模獲得的結果間產生關聯。目前， 一個用來確認在不同反應中使用的 有用的催化劑的組合化學方法是在一塊金屬板上放置至少兩種催化劑，然后用氣態(tài) 反應物接觸金屬板，進而通過GC/MS分析產物來確認催化劑。這種方法有其局限 性，至少對大量的放熱和吸熱催化反應來說，很難把從小量反應中獲得結果與工業(yè) 規(guī)模中的結果關聯起來，而這種局限性部分是由于在小量反應中獲得的熱傳不能合 理的與在大反應器中觀察到的相關聯引起的。這種組合方法的多種最近的范例及一些具有代表性的范例可參考美國專利公告第5,776,359號，第5,853,356號，第 5,939,268號，第6,149,882號，第6,790，322號及第7,025,828號。另外，如美國專 利第6,806,087號所述，其在一定程度上討論了過程放大中的問題，然而，其沒能 足夠的關注包括工業(yè)規(guī)模催化劑操作中熱傳和質傳效應在內的完整的放大問題。在吸熱反應中，熱傳效應至關重要，比如均為吸熱反應的諸如加氫裂解、加氫 脫硫及加氫異構化等的加氫處理，對熱傳及質傳效應非常敏感。由于熱傳及質傳效 應的存在，生成可接受的產物混合物的小量反應中可能發(fā)生一定級別的不需要的二 次反應。這樣，把從小量吸熱反應中獲得結果外推到工業(yè)規(guī)模反應器上就非常困難。 同時使用工業(yè)規(guī)模反應器進行高通量組合化學也是不可能的。所以，需要開發(fā)一種考慮產反物分布及其他應特性中熱傳和質傳效應的組合化 學技術來發(fā)現和評估最優(yōu)的催化劑體系的方法用以克服現有技術的不足將是非常 有用的。
發(fā)明內容本發(fā)明目的提供一種以較低成本快速確定反應器結構、催化劑性能、催化劑床 層結構及工藝條件間所構成的較佳組合的方法，進而將結果放大應用到對不潔原料 進行加氫處理的工業(yè)規(guī)模催化制程及其反應器系統上，從而目標產物具有較高的產 率及選擇性。所謂不潔原料是指諸如包含有大的雜原子分子的來自原油的C^-C^+餾分及在精煉操作中產生的循環(huán)油等。本發(fā)明涉及的方法涉及使用高通量實驗室規(guī)模的催化工藝開發(fā)裝置，其中高通 量實驗室規(guī)模催化工藝開發(fā)裝置包括實驗室規(guī)模的多級串聯的平推流反應器(plug-flow reactor),以循環(huán)研究在不潔原料上進行的加氫處理的每一獨立但相互 連續(xù)的步驟，這些步驟包括有去除雜環(huán)原子步驟、多環(huán)物質鍵飽和處理步驟、.裂開 環(huán)狀分子中的碳碳鍵步驟、飽和不飽和分子鍵步驟以及加氫裂化和異構化得到的碳 氫化合物分子步驟。在每一次循環(huán)中對由實驗室規(guī)模用反應器中產生的產物的成分 及性質進行取樣及表征，且每一循環(huán)的測試結果用來幫助決定下一輪循環(huán)中催化劑 床的性質及制程條件的選擇，以提高加氫操作中的選擇性及產率。進行研究的工藝條件包括不同組的溫度、壓力、流速及實驗室規(guī)模的各級反應 器催化劑床層上反應物和產物的相對分壓。催化劑測試包括，在不同催化條件下和 反應時間下，催化劑的催化效能的確定，例如催化劑粒徑、外形對其在連續(xù)連接的 實驗室規(guī)模用反應器上的不同位置的催化性能。催化床層架構的研究包括實驗室規(guī) 模反應器內使用的不同架構催化劑床層的影響，且包括改變從一個實驗室規(guī)模用反 應器到下一個實驗室規(guī)模用反應器所使用的催化劑特性。由測試結果生成的數據可用于設計對不潔原料進行加氫處理的工業(yè)規(guī)模催化 工藝及反應器系統，以使得使用的催化劑性能及運行參數，例如反應原料及產物的 局部壓力、溫度、壓力及流速，達到優(yōu)化。在本發(fā)明實施例中的復合多級串聯固定 床反應器中，就可以通過把每一個單獨的催化劑床層或催化劑床層段分成連續(xù)的沿 縱向分布的片段，進而可來研究每一個所述催化劑床層或催化劑床層段的縱向片段 中發(fā)生的不同化學反應中的動力學、質傳和熱傳特性。這樣，就可利用所述實驗室 規(guī)模的復合多級串聯固定床反應器來研究在工業(yè)規(guī)模反應器中加氫處理不潔原料 的每一個提升其品質的步驟中，在催化劑床層或催化劑床層段中發(fā)生的不同反應的 動力學、質傳及熱傳特性的縱坡度。根據研究所獲得的數據，通過使用實驗室規(guī)模 的反應器來開發(fā)預測型反應器模型來反映工業(yè)規(guī)模加氫處理催化系統的行為。在本發(fā)明的催化開發(fā)裝置中，所述平推流反應器可以是單程或循環(huán)操作的固定 床反應器(Fixed Bed Reactors)、填充床反應器(Packed Bed Reactors)、滴流床反 應器(Trickle Bed Reactors)及整體式反應器(Monol池ic Reactors)。所述實驗室規(guī) 模平推流反應器是指平推流反應器的每一段反應器的內徑小于101.6mm (4英寸)， 較佳的是小于50.5rnrn(2英寸)，更佳的是小于25.4mm( 1英寸)；其長度小于2.438m(8英尺)，較佳的是小于1.219m (4英尺)，更佳的是小于0.304m (1英尺)；除 過惰性稀釋物外，催化劑的裝載量小于800克，較佳的是小于400克，更佳的是小 于25克。這樣，通過不同的測試條件下的測試，就可以模擬工業(yè)化規(guī)模反應器的諸多特 性，從而加快工業(yè)化規(guī)模的進程。
圖1是本發(fā)明的一個復合多級串聯平推流反應器的裝置示意圖。圖2是本發(fā)明的一個復合多級串聯平推流反應器及與其平行設置的多級串聯 檢測反應器的裝置示意圖。圖3是本發(fā)明的一個復合多級串聯平推流反應器及與其動態(tài)相連的單級檢測 反應器的裝置示意圖。圖4是本發(fā)明的一個復合多級串聯平推流反應器及與其動態(tài)相連且平行設置 的多級串聯檢測反應器的裝置示意圖。圖5是本發(fā)明的設置于一個流態(tài)化沙浴的具有一個恒定溫度環(huán)境的一個復合 多級串聯平推流反應器的裝置示意圖。圖6是本發(fā)明的設置于一個共同的流態(tài)化沙浴的多個復合多級串聯平推流反 應器的裝置示意圖。圖7是本發(fā)明的可接收可控的變量輸入的多個復合多級串聯平推流反應器的 裝置示意圖。圖8為可用于確定一種催化劑的Thide模數的圖示。圖9為圖8中所使用的催化劑的效率因子與其Thide模數的關系圖。圖10分別為費托合成反應中使用的壓碎的催化劑和同種類工業(yè)規(guī)格催化劑的效率因子與轉化率的關系圖。圖11為本發(fā)明的平推流反應器設置的又一個裝置示意圖。圖12所示的為本發(fā)明的用于模擬絕熱反應器的等溫多級平推流反應器的裝置示意圖。圖13為本發(fā)明反應器與分離器組裝的一個實施例的示意圖。圖14為本發(fā)明反應器與分離器組裝的另一個實施例的示意圖。 圖15為本發(fā)明反應器與分離器組裝的再一個實施例的示意圖。較佳實施例如圖1所示，在本發(fā)明第一實施例中，復合多級平推流反應器11為實驗室規(guī) 模的三級串聯的平推流反應器，即其由三個串聯的平推流反應器13， 15和17組成。反應器13， 15和17內分別裝載有對應的催化劑床層19， 21和23。在該實施例中， 反應器13， 15和17均為固定床反應器。在反應器13的出口和反應器15的入口間， 反應器15的出口和反應器17的入口間及反應器17的出口分別設置有采樣闊25， 27和29。所述采樣閥25， 27和29均分別設置有出口 26， 28和30，用以分別對 相應反應器13， 15和17的排出物進行采樣分析。所述反應器17的出口通過采樣 閥29可與一個產物收集器(未圖示)相連。常用于給復合多級平推流反應器11提 供新鮮反應物的新鮮反應物源31與反應器13的入口相連。此外，也可在新鮮反應 物源31與反應器13的入口間設置一個采樣閥(未圖示)，用于對反應物進行采樣 分析。繼續(xù)參看圖l所示，本實施例中，多級固定床反應器11設置于溫度控制裝置 33內。在放熱反應，如費托合成反應中，溫度控制裝置33內裝有導熱媒介，如循 環(huán)沸水或流態(tài)化沙浴，用于把反應器11中的反應熱導出以維持多級反應器11在一 個恒定的溫度。在吸熱反應，如石蠟脫氫或催化重整反應中，溫度控制裝置33設 置有加熱裝置，如電加熱器，用以給多級反應器11供熱以使反應器11維持在恒定 的預期溫度。另外，對于既有放熱反應又有吸熱反應，溫度控制裝置33可設置流 態(tài)化沙浴來對反應器進行操作。反應器13， 15和17內的催化劑床層19， 21和23可分別用來復制一個大的固 定床反應器的催化劑床層的一個縱向部分，以此來測量和分析一個大的催化劑床層 的連續(xù)的縱向部分的特點和性能，從而測量目前還無法獲知的催化劑床層的特點和 性能的縱向分布。在該實施例中，多級反應器11為三級，即其包括三個串聯的反 應器，當然，其可以為更多級反應器，即其可包括更多的串聯反應器，如四個、六 個等，這樣，就可以來分析沿著一個復合催化劑床層的高度，其更多點的性能。根據所需研究的反應及需要獲得的數據，對于原料及反應器13， 15和17的排 出物可采用傳統的方法如氣相色譜分析/質譜分析(GC/MS),紫外(UV)或紅外 (IR)來表征反應物及產物的特性，或采用X射線衍射(XRD),紅外漫反射或其 他業(yè)界已知的分光鏡技術來表征催化劑體系。這樣與催化劑床層縱向位置有關的系 統的性能屬性就能夠得到量化。進而，根據獲得的催化反應動力學信息及每一點的 性能屬性就可以來優(yōu)化系統，比如可根據獲得的催化劑顆粒在催化劑層中不同位置具有的不同的物理及化學性能來設計催化劑體系以使其在局部環(huán)境中達到最大的 收率或選擇率。反應器13， 15和17中填充的催化劑可以是壓碎的或粉狀催化劑或者是工業(yè)規(guī) 格的催化劑。反應器放大所需數據的獲得，大部分測試都是在等溫條件下進行，為了確保反應器13， 15和17在等溫條件下進行反應，可用惰性顆粒對催化劑床層 19， 21和23中的催化劑顆粒進行稀釋，惰性顆粒與催化劑顆粒，二者的比例常為 8-10比l。當需要在絕熱條件下進行測量時，根據反應器的直徑及反應熱的情況， 催化劑床層19， 21和23中的催化劑可進行較小程度的稀釋。催化劑顆粒與稀釋顆 粒的比例依賴于多種因素，如反應熱和催化劑顆粒的活性等。當然，對于業(yè)界人員 而言，對于一個給定催化劑、反應器直徑及催化劑顆粒尺寸的反應，其可以通過一 次簡單的試驗來確定合適的催化劑顆粒與稀釋顆粒的比例。通常，裝載在固定床反應器中的工業(yè)規(guī)格催化劑的顆粒尺寸在1到5毫米，而 且催化劑顆粒具有多種形狀，如圓形、管狀、三葉形及環(huán)形等。壓碎的或粉末狀催 化劑常由工業(yè)規(guī)格的催化劑來制備，其典型的顆粒尺寸在0.10到0.20毫米，當然， 其在保持催化性能的條件下尺寸越小越好。通常，對于裝載有經過稀釋的工業(yè)規(guī)格 催化劑的反應器而言，反應器的內徑是稀釋顆?；蛘叽呋瘎╊w粒中較小尺寸的10 倍，其最小值常為10-50毫米(0.4-2英寸)。由于具有較小的傳質阻力，壓碎的或 粉末狀催化劑常比工業(yè)規(guī)格的催化劑活性高。所以，為了確保裝載有壓碎的或粉末 狀催化劑的反應器可以和裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑的類似的反應器具有相同的操作 溫度，在裝載有壓碎的或粉末狀催化劑的反應器中，惰性稀釋顆粒與催化劑顆粒的 比例要大于裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑的反應器中的比例，這樣以確保兩種反應器中催 化劑床層的單位體積放熱量(Heat Release Per Unit Volume)相同。裝載有壓碎的催化劑的反應器的內徑常為5-12毫米，其小于裝載有工業(yè)規(guī)格 催化劑的反應器的內徑。從多級反應器11在不同應用中的彈性考慮出發(fā)，通常較 好的是裝載有的壓碎的催化劑床層的反應器內徑與裝載有所需工業(yè)規(guī)格的催化劑 床層的反應器的內徑相同。另外，可以通過在反應器中設置導熱套管來減小裝載有 壓碎的催化劑床層的反應器的內徑。每級反應器的較佳的最小高度取決于攪拌或放熱的考量。在等溫操作中，當攪 拌成為限制因素時，反應器高度的選擇就需要能有效的避免反應物的旁流。特別是 對于裝載工業(yè)規(guī)格催化劑的反應器，其高度至少是催化劑顆粒平均直徑的50倍，即是50-250毫米(2-10英寸)。當反應物穿過多級反應器ll中的單級反應器13， 15和17時，新鮮反應物的轉化率不斷增加，其濃度隨之不斷減小。因此，當需要 每一級反應器具有相同的轉化率時，反應器13， 15和17內的催化劑床層19， 21 和23的厚度就需要不斷增加。當多級反應器11在絕熱條件下操作時，常采用較低 比例的惰性稀釋物及大直徑的反應器。參看圖2所示，其為本發(fā)明的平推流反應器的第二實施例的裝置示意圖。圖2 中與圖1中相同的部分采用與圖1中相同標號。在本實施例中，其復合多級反應器 ll與圖l中所示的多級反應器ll相同，其中，本實施例還包括與所述多級反應器 11平行設置的另一個復合多級檢測反應器35，該檢測反應器35的每一級反應器均 可與相對應的多級反應器11的每一級反應器相同。多級反應器11與檢測反應器35 可設置于一個溫度控制裝置33中，該溫度控制裝置33與圖1中的相同。當然，所 述檢測反應器35也可設置于與設置有所述多級反應器11的溫度控制裝置33相分 離的另一溫度控制裝置中(未圖示)，這樣，就可以確保檢測反應器35可與多級反 應器ll具有不同的操作溫度。所述檢測反應器35包括三個串聯的反應器37， 39和41。該反應器37， 39和 41內分別裝載有催化劑床層43， 45和47。在反應器37的出口和反應器39的入口 間，反應器39的出口和反應器41的入口間及反應器41的出口處分別設置有采樣 閥49， 51和53。該采樣閥49， 51和53均分別設置有出口 50, 52和54，用以分 別對相應反應器37， 39和41的排出物進行采樣分析。所述反應器41的出口通過 采樣閥53可與一個產物收集器(未圖示)相連。新鮮反應物源31與反應器37的 入口相連。此外，也可在反應物源31與反應器37的入口間設置一個控制采樣閥(未 圖示)，其用于選擇性地控制輸入所述多級檢測反應器35的反應物的量及對反應物 采樣分析。另外，反應器37， 39和41的入口分別與相對應的給料源55， 57和59 相連。所述給料源55， 57和59可作為分別用來可控的輸入選定的物料進入反應器 37， 39和41.中的設施，這樣就可以相應確定分別從反應器37， 39和41入口處輸 入的相應物料對多級檢測反應器35中的所有反應器、反應器39和41及反應器41 的性能的影響。在本實施例中，較好的是檢測反應器35的催化劑床層43， 45和 47分別和多級反應器11中對應的催化劑床層19， 21和23相同。在本實施例中，可通過改變檢測反應器35的相關反應器的輸入，從而來比較 該相關反應器與多級反應器11中的相對應的反應器的特性，就能夠借助于多級檢測反應器35來確定多級反應器11的任一級對于輸入的永久性或暫時性改變而產生的瞬時反應。比如，通過改變向檢測反應器35的第三級反應器41中提供的氣態(tài)或 液態(tài)輸入，就可以測試在多級反應器11中相對應的第三級反應器23中，隨著時間的進行輸入的變化對其催化劑床層反應速率和選擇性的影響。相應的，改變檢測反應器35的第二級反應器39的輸入，就可以來檢測對多級反應器11中的第二及第 三催化劑床層21， 23的影響。這樣就等于可以檢測一個工業(yè)規(guī)模固定床反應器的 催化劑床層中任一小段針對于輸入的改變而產生的反應。比如通過給料源55， 57 和59向多級檢測反應器35中的相應的一級反應器中增加額外的新鮮反應物及提高 輸入其中的氣態(tài)物料的速率，就能夠檢測該級反應器性能提升的變化及隨時間的進 行，后續(xù)反應器由于其輸入的變化而發(fā)生的變化。對一個選定的一級檢測反應器來說，可以通過給料源55， 57或59來調整輸入 到該級反應器的新鮮反應物中的痕量組分的濃度來量化在全程操作條件下所述痕 量組分對復合催化劑床層不同部位的影響。這樣就可以確定出在工業(yè)催化系統中復 合催化劑層中的關鍵的縱向部位。在這些部位，催化劑較易中毒或者由于中毒發(fā)生 抑制性反應或者生成副產品。當向選定的檢測反應器35或后續(xù)介紹的其它形式檢 測反應器的一級反應器中臨時性的加入特定的物質后，該等檢測反應器就可用來模 擬測試一個復合催化劑層不同點對這種的物料或上一級反應器排出物的組分的暫 時性變化而產生的瞬時反應，且可以監(jiān)控在所述特定物質加入過程中或加入后該級 反應器及后續(xù)反應器隨時間變化(TimeDependent)而產生的反應。如圖3所示，為本發(fā)明的第三實施例，其中與圖1相同的部分采用與圖1中相 同的標號。在本實施例中，其設有一個檢測反應器101，該檢測反應器101為單級 的固定床反應器，其入口與本實施例中的復合多級固定床反應器11中的選定的一 級反應器可選擇性的動態(tài)相連。在多級反應器11的第一級反應器13的出口和第二 級反應器15的入口間，第二級反應器15的出口和第三級反應器17的入口間及第 三級反應器17的出口處分別設置有閥103， 109和115。該閥103， 109和115均分 別設置有出口105， 111和117，用以分別可選擇的對相應反應器13， 15和17的排 出物進行采樣分析，同時，所述閥還分別設置有另一開口 107， 113和119，用以可 選擇的把相對應的反應器13， 15和17的部分排出物輸入檢測反應器101內。所述 反應器17的出口通過閥115可與一個產物收集器(未圖示)相連。新鮮反應物源 31和一個給料源121可提供輸入給所述檢測反應器101。在本實施例中，較好的是檢測反應器101及其裝載的催化劑床層與多級反應器11中向檢測反應器101輸入 其部分排出物的下一級反應器及其裝載的催化劑床層相同。當然，該檢測反應器 101可進行與圖2中所示的多級檢測反應器35相同的測試。參看圖4所示，為本發(fā)明的第四實施例，其中與圖1及圖2中相同的部分采用 與圖1及圖2相同的標號。在本實施例中，檢測反應器35為一個實驗室規(guī)模的復 合多級串聯平推流反應器，其可與圖2中所示的多級串聯實驗室規(guī)模的檢測反應器 35相同。此外，檢測反應器35中的反應器可選擇的與選定的多級反應器11中的 反應器動態(tài)相連，這樣，多級反應器11的一級或多級反應器的部分排出物就可選 擇的輸入到選定的檢測反應器35中的一級或多級反應器中。在多級反應器11的第 一級反應器13的出口和第二級反應器15的入口間，第二級反應器15的出口和第 三級反應器17的入口間及第三級反應器17的出口處分別設置有閥123， 129和137。 該閥123， 129和137均分別設置有出口 125， 131和135，用以分別可選擇的對相 應反應器13， 15和17的排出物進行采樣分析，同時，閥123和129還分別設置有 另一開口 127和133，用以可選擇的把相對應的反應器13， 15的選定的部分排出 物輸入到對應的檢測反應器35中的反應器39和41中。所述反應器17的出口通過 閥137可與一個產物收集器(未圖示)相連。新鮮反應物源31與反應器37的入口 相連。此外，也可在新鮮反應物源31與反應器37的入口間設置一個控制采樣閥(未 圖示)，其用于定量的控制輸入到檢測反應器35中的新鮮反應物及對新鮮反應物采 樣分析。另外，反應器37， 39和41的入口分別與相對應的一個給料源55， 57和 59相連。所述給料源55， 57和59可選擇性的輸入一定的物料進入反應器37， 39 和41中，這樣就可以確定分別輸入到反應器37， 39和41中的相應物料對檢測反 應器35中的所有反應器、反應器39和41及反應器41的性能的影響。在本實施例 中，較好的是檢測反應器35的催化劑床層43， 45和47分別和多級反應器11中對 應的催化劑床層19， 21和23相同。繼續(xù)參看圖3所示，所述檢測反應器101也可是全混流反應器，而非上述的固 定床反應器。在全混流檢測反應器101中，原料物、產物的濃度及催化劑的分布處 處相同，所以當該檢測反應器101僅僅接收來自多級反應器11的排出物時，其就 相當于該級反應器的催化劑床層出口處的一個狹窄的水平段。通過控制進入全混流 反應器101的反應器11的排出物及新鮮的反應物間的濃度比例，所述全混流反應 器101就可以模擬向該全混流反應器101中輸入其排出物的固定床反應器的任意的選定的水平段的特性。該全混流反應器101可以為兩相流化床反應器、三相漿態(tài)床 反應器或三相沸騰床反應器。當然，所述檢測反應器101也可選用如Y. Jiang等在《化工科學》(Chemical Engineering Science) 1999年，54巻，2409-2419頁中揭示的二維催化劑陣列。在 不同的原料、排出物及產物的混合物存在的條件下，這樣的一個檢測反應器就可以 測試大量的壓碎的催化劑的本質特征。在本發(fā)明圖2-4所示的實施例中，檢測反應器35和101可被輸入新鮮反應物、 多級反應器11的選定的一級的排出物及其他物料中的一個或多個。所述其他物料 包括額外的新鮮反應物、在多級反應器11中發(fā)生反應生成的氣態(tài)或液態(tài)產物或在 工業(yè)規(guī)模反應器的新鮮反應物中存在的雜質。在本發(fā)明的實施例中，反應物和其他物料、反應產物和反應副產物等流體可以 為氣態(tài)、液態(tài)或其混合態(tài)，如氣態(tài)和液態(tài)的混合或兩種或兩種以上不相溶的液態(tài)物 質的混合。對含有氣態(tài)物質的流體，可利用傳統的背壓調節(jié)器和具有質量流量控制 器的氣體流量控制系統來控制。對于定量的液態(tài)流體，常選用如羅斯卡泵(Ruska Pump)或注射泵(Syringe Pump)使其進入高壓環(huán)境中。此外，當反應器11的排 出物或原料中包含多種流體狀態(tài)，特別是彼此互不相溶的水和一些碳氫化合物或氣 體和液體時，就需要避免流體以活塞流(平推流)形式流動。在本發(fā)明的實施例中， 采樣閥可選用如挪威Proserv AS公司提供的等動態(tài)采樣閥或者如美國專利第 4,035,168所揭示的分離器。當然，也可使用Proserv AS公司提供的靜態(tài)攪拌器對 需要采樣的流體進行攪拌使多狀態(tài)的流體均勻混合后迅速對其進行采樣。在不相溶 的原料之間或原料與反應器的排出物間，當其被送入反應器時，或者如在一個多級 反應器中，輸送從一個反應器的出口排出的具有多狀態(tài)的排出物進入后續(xù)反應器的 入口時，流體輸送管道需要有較高的雷諾數，其原理就類似于汽車發(fā)動機的燃料注 射系統。當然，也可以使用ProservAS公司或位于美國新罕布什爾州曼徹斯特市的 Admix公司提供的攪拌器來實現不同流體的充分混合，這樣情況下，有時常需要做 一些簡單的測試來確保流體流經所述裝置后已經均勻混合。在采樣時，常會設置有 通過雙隔斷閥與反應器相連的樣品存儲器，該樣品存儲器處于常壓或稍高于常壓的 環(huán)境中。當氣態(tài)物質和液態(tài)物質在輸送管道中充分混合后，打開雙隔斷閥使混合后 的流體進入樣品存儲器，然后關閉雙隔斷閥移走樣品存儲器并對其中的樣品進行分 析。在采樣及分析過程中常會存在一定濃度的惰性氣體，如氬氣，其有利于流體的物料平衡，以便于對流體進行精確分析。當所述流體沒有充分混合時，就需要設置 氣液分離器，然后通過如氦氣或氬氣內標法及關聯氣態(tài)物質與液態(tài)物質的總體碳平 衡分析方法對氣態(tài)物質和液態(tài)物質分別進行分析，此時，這種情況可通過在輸送管 道上方設置氣體樣品存儲器，在其下方設置液體樣品存儲器來完成。在研究平推流反應器的特性時，需要特別注意的是原料組分、產物或者副產物 在催化劑表面的吸附或反應。比如，在加氫裂解反應中，氨、 一氧化碳及硫化氫等 物質可以占用催化劑的活性位，降低反應速率且影響對產物的選擇性。由此類物質 引起的反應常需要一定的時間達到平衡，且從物料到反應器中去除此類物質后，反 應恢復原狀也需要花費一定的時間。氨是已知的可與加氫裂解催化劑反應的物質，其可以導致催化劑活性的降低甚 至失效。除了在原料中除去氨外，常利用氫氣來除去催化劑表面的氨。為了測試氨 在復合催化劑床層中不同部位的影響，可以在一個檢測反應器的任一級的入口處加 入一定量的氨，這樣就可以再現由于原料中氨的存在而對復合催化劑層選定部位的 影響。通過調整該級檢測反應器中的溫度、流體流速或/及反應物的分壓來控制選 定的催化劑部位的轉化率水平，這樣就可以確定在不同的反應條件下氨的影響。此 外，對于己經被氨污染的復合催化劑來說，通過調整輸入檢測反應器中一級或多級 中氫氣的濃度，這樣也可以測試不斷增加的氫氣對復合催化劑不同部位的影響，如 那些催化劑活性失效最大的部位。對于一氧化碳來說，其可以緊緊的覆著許多第VI族催化劑表面，從而減小氫氣 可用的表面，成為限制氫氣反應速率的一個因素。通過調整向選定的檢測反應器 35和101中輸入的原料中氫氣和一氧化碳(或二氧化碳)的濃度比例并且比較所 述檢測反應器與多級反應器11中相對應的反應器的性能，便可以來測試氫氣和一 氧化碳的濃度變化對反應速率和選擇性的影響。通過調整檢測反應器中的溫度、流 體流速或/及反應物的分壓，這樣，利用多級檢測反應器就可以來測試氫氣和一氧 化碳在不同轉化率下的影響。目前已知的是在平推流反應器重油濃縮和轉化過程中增加的水對反應速率具有積極的效果。通過向選定的檢測反應器35或101中加入定量的水或其他含氧分子并且比較相關的檢測反應器與多級反應器11中的相對應的反應器的性能，就可 以來研究加入的水對復合催化劑層選定的縱向部位反應速率和選擇性的影響。在加氫處理的反應中，通常利用測定康拉德遜(Conradson)殘?zhí)贾祦頇z測加氫處理的效果。通常，在費托合成反應中， 一旦碳和重質蠟沉淀在催化劑上，就會 阻止反應物向催化劑表面擴散和生成物離開催化劑表面。這樣，催化劑表面的沉淀物或/及未擴散的反應物就常會發(fā)生一些副反應(Side Reaction),從而降低催化劑 的活性。在催化劑床層是工業(yè)規(guī)格催化劑的情況下，由于工業(yè)規(guī)格催化劑的擴散路 徑很長，在擴散容易受限的條件下，將影響催化劑的整體壽命且需要很高的成本去 維護系統的性能。當然，通過向選定的檢測反應器35中某級或101中加入不同摩 爾質量(Molecular Weight Fractions)的上述物質，就可以確定其對復合催化劑層中 哪個部分的影響最大。此外，也可通過可對含有上述物質的相關的檢測反應器中通 入氫氣、水或輕質溶劑來確定不同的催化劑再生技術的效果，從而確定較好的催化 劑再生技術。這些對于那些處理來自于瀝青沙、頁巖，重油沉淀及煤等的重質原料 來說至關重要。在這些重質原料含有許多可使催化劑中毒的污染物，為了減小經常 用新鮮的催化劑去更換中毒的催化劑所帶來的成本的增加，從經濟可行性考慮，原 位再生就常是唯一的方法。此外，多核芳香烴也是目前已知的可以影響催化劑性能的物質。其通過在催化 劑活性位上形成碳質覆蓋層來降低氫化處理中催化劑的活性和選擇性。通過在選定 的檢測反應器35或101中加入多核芳香烴并且比較與多級反應器11中的相對應的 反應器的性能，就可以確定其在平推流反應器中的復合催化劑層的不同縱向位置的 影響。這樣進而確定多核芳香烴對復合催化劑層哪個部位影響最大，從而可以采取 相應的方法來改進系統的設計及提高催化劑的性能。參看圖5所示，在本實施例中，復合多級平推流反應器501為實驗室規(guī)模的固 定床反應器，其由三個彼此平行且串聯的反應器503， 505和507組成。反應器503， 505和507共同設置于一個加熱或冷卻的流態(tài)化沙浴509中，使其裝置結構更加緊 湊。氣態(tài)反應物自原料源511輸出后通過新鮮反應物管道并經過一個加熱線圈513 后進入第一級反應器503的入口；液態(tài)物料(可能是反應物)經由供料泵515輸出 后也可經過加熱線圈513后進入第一級反應器503的入口。所述加熱線圈513可設 置于流態(tài)化沙浴509中，其用以把氣態(tài)及液態(tài)物料加熱到合適的溫度。此外，可在 輸送氣態(tài)及液態(tài)物料的管道上設置采樣閥(未圖示)，以對物料進行采樣分析。在 反應器501的出口與反應器505的入口間，反應器505的出口及反應器507的入口 間及反應器507的出口處可分別設置有采樣閥517， 519和521，并且反應器507 的出口可通過采樣閥521與一個分離器523相連。釆樣闊517， 519和521均開設有一個開口 (未標注)，用以可選擇的輸送相應反應器的排出物到一個檢測反應器 525中，同時該等采樣閥還可設置另一開口 (未圖示)，用以輸送相應反應器的排 出物到與該開口相連的裝置中去。參看圖6所示，本實施例揭示了三個復合多級串聯實驗室規(guī)模的平推流反應器531， 533和535的裝置示意圖。該等多級反應器設置于一個共同的流態(tài)化沙浴537 中。所述多級反應器531， 533和535中的反應器均以與圖5中揭示的多級反應器 501中的反應器相同的設置方式而彼此平行的設置，且可在每個多級反應器前都設 置有與圖5中相同的加熱線圈513。在本實施例中，還設置有一個單級檢測反應器 538，其同樣設置于流態(tài)化沙浴537中，且其可以是和上述圖3中所示檢測反應器 101有關任何反應器類型。檢測反應器538位于多級反應器533和535之間，其間 設置有與如圖5中所示的采樣閥517， 519和521相同的采樣閥連接該檢測反應器 538與多級反應器533和535，這樣檢測反應器538就可以選擇性的接收反應物或 多級反應器533和535中選定的某級反應器的排出物。原料源539， 541， 543和 545分別向相對應的反應器531， 533， 538和535提供反應物料，而且可以提供相 同的反應物料。此外，反應器531， 533，和535最后一級的出口及反應器538的 出口分別和對應的分離器或產物收集器547， 579， 553和551相連。當然，該等出 口也可都連接到一個共同的分離器或產物收集器。參看圖5和圖6所示，所述反應器于流態(tài)化沙浴中的平行的設置方式使沙浴不 需要像反應器均豎直設置時那樣的深度，而且采樣閥517， 519和521設置于沙浴 外，便于在反應器的操作過程中對其進行維護和調節(jié)。當多級反應器中的某級反應 器的排出物具有多種流體狀態(tài)時，連接該級反應器出口和下一級反應器入口的管道 就需要具有較高的雷諾數或使用靜止攪拌器(StaticMixer)以避免管道內的流體形 成活塞流，另一方面，采樣閥517, 519和521可采用等動態(tài)采樣閥，或者也可為 本發(fā)明描述的其他以避免流體形成活塞流的方式。通過多個多級反應器設置于一個共同的溫度控制裝置，如流態(tài)化沙浴537或如 圖2-4所述的溫度控制裝置，就可以同時測量一個催化工藝的不同特性，進而加快 其工業(yè)化進程。以圖6為例，多級反應器535裝載有經過惰性物質稀釋的壓碎的催 化劑顆粒，多級反應器533裝載有經過惰性物質稀釋的工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，其 均在在等溫條件下操作。此外，多級反應器531裝載有一定量工業(yè)規(guī)格的催化劑顆 粒，其在絕熱條件下操作。這樣，通過在等溫條件下操作的反應器就可以同時得到催化工藝中的動力學、質傳及熱傳特性，并且由絕熱反應器得到的數據可對由等溫 反應器獲得的數據建立的反應器模型進行驗證。另外，也可以通過其他方法來幫助放大一個催化工藝，比如同時測試多種不同 催化劑的特性，或者比較設置于相同的恒溫單元中的裝載有壓碎的催化劑的一個多 級串聯反應器和裝載有不同形狀和尺寸的工業(yè)規(guī)格的催化劑的其他多級串聯反應 器。此外，通過在多級串聯反應器11的不同級反應器中裝載有不同的催化劑來連 續(xù)的測試，這樣，就可以設計出一個多層的復合催化劑床層，且其每個催化劑層的 本質特性都和局部動力學及質量傳遞環(huán)境相匹配，以此使系統的整體反應沿著縱向 變化，進而確定反應器每個縱向部位的最佳工藝特性。通過設置多個多級串聯平推 流反應器于各自的獨立控制的溫度控制裝置可平行確定不同的除熱能力。參看圖7所示，反應器模組151包括有平行設置的實驗室規(guī)模的平推流反應器151-1到151-n。 一個溫度控制裝置152設置于模組151周圍來控制反應器151-1到 151-n周圍的溫度。在一個放熱反應，如費托合成反應中，溫度控制裝置內有導熱 媒介，如循環(huán)沸水，用于導出反應器151-1到151-n中的反應熱。在一個吸熱反應， 如脫氫成環(huán)得到芳香化合物(Dehydrocycloaromatization)、流體重整或加氫處理中， 溫度控制裝置設置有加熱裝置，如電加熱器用以給反應器151-1至ljl51-n供熱。當 然，對于既有放熱反應又有吸熱反應，溫度控制裝置152可設置流態(tài)化沙浴加熱器 來對相應的反應器進行操作。反應器151-1到151-n分別裝載有對應的催化劑床層153-1到153-n。反應器模 組155和157可與模組151相同，其分別包括平行設置的平推流反應器155-1到 155-n及157-1到157-n。反應器155-1到155-n及157-1到157-n分別裝載有對應 的催化劑床層159-1到159-n及161-1到161-n。如圖7所示，模組151中的反應器 的出口通過輸送管道(未標注)與模組155中對應的反應器的入口相連，模組155 中反應器的出口也通過輸送管道與模組157中的對應的反應器的入口相連。這樣， 依次串聯的反應器151-1 ， 155-1及157-1就形成了一個復合多級串聯固定床反應器， 同理，其他依次對應的反應器也形成了復合多級串聯固定床反應器。在本實施例中， 模組151， 155及157可分別設置有所需數目的平行反應器，比如，每個模組可平 行的設置有4個或8個或16個反應器。當然，也可根據需要設置不同數目的模組， 如4個或6個，模組中的反應器連續(xù)的和對應的前一個反應器及后續(xù)反應器相連。溫度控制裝置158和160分別設置于模組155和157周圍，該溫度控制裝置158和160可與溫度控制裝置152相同，或者其與溫度控制裝置152就是一個共同 的溫度控制裝置。在模組151中的反應器的出口和模組155中對應的反應器的入口 間、模組155中的反應器的出口和模組157中對應的反應器的入口間及模組157中 的反應器的出口的輸送管道上分別設置有相應的采樣閥163-1到163-n、 165-1到 165-n及166-1到166-n。新鮮反應物源167通過控制閥169-1到169-n經新鮮反應 物管道(未標注)向模組151中相應的反應器151-1到151-n的入口輸入定量的新 鮮反應物。 一個平推流反應器171也可接收來自新鮮反應物源167的新鮮反應物， 且該反應器171的出口經輸送管道分別與模組151中相應的反應器151-1到151-n 的入口相連，通過控制閥173-1到173-n用以定量的向該等反應器輸入來自反應器 171的排出物。如圖7所示，所述反應器171設置于溫度控制裝置152， 158和160 外，所以反應器171也可定義為外部反應器。當然，其也可以設置于所述溫度控制 裝置內。在一個工業(yè)規(guī)格的平推流反應器中，沿著催化劑床層的厚度，新鮮反應物、反 應產物及副產物的比例是不斷變化的。在反應器的入口處，新鮮反應物占100%， 反應產物及副產物均是零。隨著新鮮反應物在催化劑床層中的消耗，沿著催化劑床 層，新鮮反應物的比例降低，反應產物及副產物的比例變大。在圖7所示的裝置中 可進行多種測試，比如所有的反應器均裝載相同的催化劑且物料的組分從一級反應 器到另一級不斷變化，或者在可接收相同輸入的每一級反應器中催化劑顆粒的尺寸 或架構都不同。在本發(fā)明實施例中的復合多級串聯固定床反應器中，其可以通過把每一個單獨 的催化劑床層或催化劑床層段分成連續(xù)的縱向片段，進而可以來研究每一個所述催 化劑床層或催化劑床層段的縱向片段中發(fā)生的不同化學反應中的動力學、質傳和熱 傳特性。這樣，就可利用所述復合多級串聯固定床反應器來研究在加氫處理不潔原 料的每一個提升其品質的步驟中，在催化劑床層或催化劑床層段中發(fā)生的不同反應 的動力學、質傳及熱傳特性的縱坡度。在開始移除雜環(huán)分子中的氧、硫和氮雜原子 的步驟中，把不潔原料和氫氣輸入到第一復合多級串聯平推流反應器中的第一級反 應器中，在該復合多級平推流反應器的催化劑床層中包括有一種催化劑，具有代表 性的是金屬硫化物催化劑，其能夠催化不潔原料與氫氣的反應從而移除原料中雜環(huán) 分子中的雜原子。在此第一復合多級串聯反應器中的催化作用最初先生成中間體醇 (Alcohols)、硫醇(Thiols)和胺(Amines),然后這些中間體再分別轉化為在反應溫度條件下極易揮發(fā)的水、硫化氫和氨氣，從而以氣態(tài)方式從系統中移除。當在 反應條件下這些中間體沒有被完全轉化時，它們就會遺留在系統中使催化劑中毒而 給后續(xù)的步驟造成困擾。通過把處理雜環(huán)分子的催化劑床層分成分別裝載于獨立的 反應器中的一系列三個或多個縱向催化劑床層片斷，并對每級反應器的排出物進行 采樣確定每級反應器的排出物中反應物、中間體和最終產物的量，這樣，就能夠確 定雜環(huán)分子中雜原子被移除的程度及在每一級反應器中生成的中間體、最終產物和 副產物，進而來優(yōu)化工藝條件以確保中間物全轉化為揮發(fā)性產物而在系統中沒有中 間物遺留。對排出物的分析可采用氣相或高壓液相色譜儀結合質譜儀來分析。另外， 可使用脈沖火焰光度檢測器來檢測硫的存在，使用GC/MS或氧17核磁共振儀器(017 Nuclear Magnetic Resonance, 017NMR)來檢測氧及使用化學發(fā)光法(Chemiluminescence techniques )來檢領!j氮。相似的，后續(xù)的每一步加氫處理步驟均在連續(xù)的復合多級串聯固定床反應器中 進行，且每個復合多級串聯反應器均為三級或多級反應器。同時，后續(xù)連續(xù)的每一 步加氫處理步驟均涉及把上一步驟中的復合多級反應器的最后一級反應器的排出 物及氫氣輸入到下一步驟中的復合多級反應器的第一級反應器中，并且測量輸入到 所述下一步驟中的復合多級反應器中的原料的濃度及所述下一步驟中的復合多級 反應器的每一級反應器的排出物中的反應產物和副產物的濃度。通過對加氫處理不 潔原料的催化劑床層進行分段，并采樣分析每一級反應器排出物中不同組分的濃 度，這樣就能夠使用上述小型設備來建立一個用于優(yōu)化每一個加氫處理步驟操作條 件的模型，'利用該模型就可以來分析用于加氫處理不潔原料的工業(yè)規(guī)模加氫處理催 化系統的性能。在使用加氫處理多核芳香烴使其飽和的步驟中，可通過對其中的每一級反應器 的排出物進行采樣并利用高分辨磷核磁共振儀器(High-resolutionP-NMR)或碳13 核磁共振儀器(C13 Nuclear Magnetic Resonance, C13NMR)來進行測量以研究每一 級反應器中催化反應的工藝。對于裂開碳碳鍵及異構化步驟中的催化工藝，可使用 氣相色譜儀結合高分辨質譜儀(High-resolution Mass Spectroscopy)或高分辨碳13 核磁共振儀器對相關反應器的排出物進行測量來研究。另外，也可使用GC/MS來 辨別和測量不同的碳氫化合物。在本發(fā)明實施例中，還可以來研究在初始的雜環(huán)分子處理步驟后，小量的雜原子對反應器中催化劑功能的影響，這可通過比如使用圖2-4或6中所述檢測反應器來研究。根據研究所獲得的數據，通過使用小型反應器來開發(fā)預測型反應器模型來反映 工業(yè)規(guī)模加氫處理催化系統的行為。動力學迄今為止，對一個平推流反應器的動力學測量僅僅是通過對催化劑床層的入口 及出口處進行測量來進行的，這種測量法其實就是對于催化劑床層厚度的平均化。 在分析反應器的動力學特性時， 一般先對反應的動力學級數進行假定，而且往往假 定在反應器中沿著催化劑床層反應級數保持不變，然而，在很多情況下，這種假定是不正確的。借助于本發(fā)明圖l-7中所示的多級串聯平推流反應器，就能夠測量在 反應器中沿著催化劑床層的厚度方向，平推流催化系統的動力學沿縱向的變化情 況。以圖7所示的裝置為例，使用本實施例中的多級串聯反應器及方法就能夠開發(fā) 在反應器中沿著催化劑床層與縱向位置有關的平推流催化系統的積分、微分及本征 動力學的用于放大的數據。為了確定一個固定床反應器系統的積分動力學，在模組 151， 155， 157及反應器171中裝載有系統所需的催化劑床層。模組151中的平行 設置的反應器151-1到151-n可接收不同比例的來自新鮮反應物源167的新鮮反物 料和來自反應器171的排出物。比如，通過控制閥169-1到169-n及173-1到173-n， 使反應器151僅接收100%的新鮮反應物，反應器151-2到151-n可接收不斷減少 的新鮮反應物及不斷增加的排出物。這樣，連續(xù)反應器151-1到151-n就分別相當 于一個固定床反應器的催化劑床層的連續(xù)的彼此間具有一定間距的片段(slice)。 其中，反應器151-1相當于催化劑床層入口處的一段，反應器151-2到151-n相當 于沿著催化劑床層其他的連續(xù)的且彼此間有一定間距的縱向段。這樣，模組155和 157就能夠用來對一個固定床反應器中的位于模組151中的連續(xù)的催化劑床層之間 的催化劑段提供放大的數據。如當反應器171具有90%的轉化率，那么在其出口處 其排出物包括10%的新鮮反應物，其余的是反應產物及副產物。當反應器151-2接 收88%的新鮮反應物和12%的反應器171的排出物時，在反應器151-2的入口處的 物料組分中有89.2%的新鮮反應物，其余的是反應產物及副產物。當反應器151-1， 155-1禾P 157-1均具有3%的轉化率，那么它們的排出物分別包括97%， 94.1%和 91.3%的新鮮反應物，其余的是反應產物及副產物。這樣，模組151， 155和157中新鮮反應物、反應產物及副產物的組分及比例就相當于一個固定床反應器中的催 化劑床層的連續(xù)的縱向段中的組分和比例。為了確定與催化劑床層的縱向位置相關的催化系統的積分動力學，就有必要比 如在標準溫度和壓力(STP)下分析每標準公升的催化劑床層每個連續(xù)的縱向段入 口及出口處的物料流體和組分。這樣，就能夠確定一個完整的工業(yè)規(guī)模系統的每一 個有效段的反應動力學，當速率常數相對于距催化劑床層入口處的距離的曲線是一 條直線時，表明沿著催化劑床層的長度，系統的積分動力學是常數；當曲線的斜率 不斷變化時，表明與距入口處的距離相關的動力學(也可能是催化劑的狀態(tài))發(fā)生 了變化。當動力學雙對數曲線圖不是一條直線時，說明系統的積分動力學沿著催化劑床層的厚度不斷變化，此時就需要利用回歸分析法(RegressionAnalysis)使曲線圖和 與反應速率及新鮮反應物濃度相關的公式彼此相吻合。然后對公式進行微分，利用 制圖或數學方法給出速率模型與沿著催化劑床層的縱向位置的相互關系。制圖方法 可參看John M. Chambers, Chapman禾B Hall的《數據分析制圖方法》(Graphical Methods for Data Analysis), 1983年5月，ISBN: 0412052717。為了確定溫度和壓力對系統積分動力學的影響，上述測試可在不同的溫度和壓 力下進行。此外，也可使用不同尺寸的催化劑，如工業(yè)尺寸和形狀的催化劑及稀釋 的壓碎的或粉末狀催化劑。使用圖l-7所示的裝置系統，可以在不考慮質傳和熱傳影響的條件下對復合多 級串聯固定床催化系統的本征和微分動力學進行測試，以加快系統的工業(yè)化進程。 以圖7所示的裝置為例，反應器中裝載的催化劑床層使用經過稀釋的微小的壓碎的 或粉末狀催化劑顆粒來避免熱傳及質傳的影響。另外，反應器中催化劑床層的厚度 常在5-10厘米，反應器的直徑較小為宜，通常在5-12毫米，同樣以避免熱傳影響。 當然，可以通過在反應器中設置導熱套管來減小反應器的內徑。對于系統積分動力 學的測量可依次采用上述方法。當需要確定系統的微分動力學時，每一級反應器的 轉化率都需要很小，如小于20%，較好的是只有2-5%的轉化率。同樣，測試可在 不同的溫度和壓力下進行以確定溫度和壓力對系統本征及微分動力學的影響。與圖7為例的上述動力學測量方法也可使用于如圖1或圖5所示的其他反應器 系統，只要該反應器系統具有足夠多級的能夠提供復合催化劑床層所需的縱向信息 串聯反應器就行。在圖7所示的反應器裝置中，反應器171可以向模組151中所有的反應器輸入其排出物，這樣，模組151中的每個反應器就可接收到同樣精確的反應產物、副產物及痕量組分(Trace Element),從而可以更精確的模擬真實的反應 器條件并減小由于物料組分的變動而產生的誤差。另外，在圖7，對于所有模組中 的反應器的輸入和輸出可同時進行采樣，便于對特定時刻反應器的性能進行分析； 當然，在反應器運行過程中也可定期的重復采樣，以測定反應系統的性能與反應時 間的關系，進而了解那些性能發(fā)生了變化及整個催化劑床層的縱向區(qū)域發(fā)生了哪些 情況。這些數據對于研究催化劑的穩(wěn)定性及其他特性非常有用。深度脫硫的動力學由直接硫抽取(direct sulfur extraction)進行的脫硫處理的 程度或是硫抽取之前的含硫分子的氫化處理程度所支配。其中直接脫硫方式主要會 由于硫化氫而被抑制，而氫化處理方式會被含氮化合物所抑制。業(yè)界已知一些催化 劑在這兩種方式上的不同表現，這無疑對用于處理已知量的含硫原料所需要的全部 氫的量是很重要的。這樣，對深度脫硫動力學的詳細理解可用于針對已知的需求選 擇最適合的催化劑；以及在考慮投入、氫成本及產品品質的情況下，評估對基層單 位的修訂所能得到的相對優(yōu)勢。由于成品汽油和柴油中規(guī)定的硫含量的一步步降低，而原油中的硫含量越來越 高，深度脫硫的問題變得越來越重要。 一項關于過去二十年的原油中硫含量及API 度的數據調查顯示美國精煉原油的原料持續(xù)朝含硫量高的的方向發(fā)展。隨之而來的 即是對新型且更具效能的深度脫硫催化劑的需求大大增加，而本發(fā)明涉及的方法即 可使此種催化劑的開發(fā)更具實效性，成本更低，效率更高。質量傳遞通常，典型的研究一個平推流反應器，如固定床反應器催化工藝中的質傳 性能的方法是通過在給定的一組操作條件下來比較裝載有壓碎的細小的催化劑 的反應器和裝載有工業(yè)規(guī)格的催化劑的反應器中的轉化率相對于停留時間的特 點來完成的。所述壓碎的催化劑的顆粒常選用很小的顆粒尺寸，較好的是選用 可以獲得的最小尺寸的催化劑顆粒，當然，前提是它仍然保持其催化性能。催 化劑顆粒的最小尺寸取決于所使用的催化劑的性能，而且該最小尺寸可通過一 個簡單的實驗來確定。另外， 一個更簡單來確定質傳性能的方法就是假定壓碎 的細小的催化劑不存在任何質傳阻滯，那么通過比較壓碎的催化劑和工業(yè)規(guī)格 的催化劑中的轉化率相對于停留時間的特點的差異，就能夠得到質傳阻滯的信息。對于一個給定原料的反應，通過對所述兩個反應器的排出物進行采樣分析 就能夠得到轉化率的數值。另外，提供給所述兩個反應器的輸入的流速也是可 以調整的，比如可提高輸入到裝載有壓碎的催化劑的反應器中的輸入的流速或 者降低輸入到裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑的反應器中的輸入的流速。這樣，可以通 過使兩個反應器具有相同的轉化率，那么停留時間的不同就能夠反應工業(yè)規(guī)格 催化劑中的質傳阻滯了。此夕卜，Hougen和Watson在由Wiley于1966年3月出版的《化學工藝原理》 (Chemical Process Principles)的第三部分"動力學和催化劑"(Kinetics and Catalysts),第998-1000頁中揭示了一種更加嚴格且在技術上很精確的用于確定 工業(yè)規(guī)格催化劑的質傳性能的方法。所述方法并不假定壓碎的細小的催化劑的 質傳阻滯為零，其先通過壓碎催化劑和工業(yè)規(guī)格催化劑中的宏觀反應速率的比 值及催化劑顆粒的尺寸的比值來確定該工業(yè)規(guī)格催化劑的Thiele模數，進而通過 其效率因子與Thiele模數的關系圖來確定出工業(yè)規(guī)格催化劑的效率因子。粒子內的擴散對輕循環(huán)油中模型化合物如硫芴化合物的加氫脫硫的效力可 通過改變粒子平均粒徑和檢測這種改變對催化加的活性和選擇性的綜合影響來 實驗性地確定。在相似的操作條件下，完整尺寸的催化劑以及其壓碎催化劑的 效力因子可以確定。對于完整尺寸的工業(yè)催化劑，因粒子內的擴散阻力可能非 常大，導致對原料中所有的硫芴和有關的含硫反應物的脫硫反應速率降低。效 力因子是衡量粒子內的物質傳遞程度的一個很好的指標。為獲得所需的性能， 效力因子的數值需大于或等于0.3，優(yōu)選地在0.8至0.9之間。確定含硫反應物 粒子內的物質傳遞阻力的效力也是非常重要的，粒子內質傳阻滯是與含硫反應 物的幾何性能有關，質傳阻滯的影響可通過使用帶有各種可增加分子尺寸的取 代基的典型硫芴化合物(DBT)獲得。然而，所述方法都沒有提供任何關于沿著催化劑床層質傳性能縱向變化的信 息，而且其通常都是假定在催化劑床層中各處質傳性能都是相同的。可是這種假定 在很多催化系統中都是不正確的。這樣，由于不能確定一個固定床反應器+催化劑 床層的質傳性能的縱向變化，就不能沿著催化劑床層對其進行優(yōu)化。在本發(fā)明的實施例中，通過把一個平推流反應器中的催化劑床層沿縱向分成至 少三個串聯的催化劑床層段，進而對每個催化劑床層段的排出物進行采樣分析來確 定每個縱向段的轉化率。繼續(xù)參看圖2所示，多級反應器11和35均可包括三個或更多個單級反應器，在每級反應器的出口處均設置有采用閥，用以測量每級反應器 排出物的成分。多級反應器11和35設置在一個共同的溫度控制裝置33中以維持 相同的溫度環(huán)境，同時，其可以接收來自反應物源31的相同的反應物輸入。在進行基本的質傳研究時，給料源55， 57和59暫時可以不用。多級反應器ll中的反 應器13， 15和17中的催化劑床層19, 21和23中是經過篩選的壓碎的細小的催化 劑顆?；蚍勰畹拇呋瘎╊w粒，且其中混有足夠多的惰性稀釋顆粒用來確保多級反 應器11在等溫條件下進行操作。在多級反應器35中的反應器37， 39和41中的催化劑床層43， 45和47中是 工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，其同樣經過惰性稀釋顆粒進行稀釋以確保反應器35也能 在等溫條件下進行操作，只不過稀釋比例較小。為了研究工業(yè)規(guī)格催化劑的與經度 相關的質傳性能，設定所述多級反應器11和35接收來自反應物源31的相同的反 應物輸入，且壓力和原料流速均保持一致。在給定的一組反應條件下，多級反應器 11和35的每級反應器中的轉化率和停留時間的關系就可以通過流速及在每級反應 器入口和出口處反應物原料的不同的量來確定。在一個簡化的測定質傳方法中，通過多級反應器35的每級反應器中工業(yè)規(guī)格 催化劑的宏觀反應速率及多級反應器11的相應反應器中同種類的壓碎的催化劑的 宏觀反應速率的比值來確定所述多級反應器35中的每級反應器中的工業(yè)規(guī)格催化 劑的效率因子。對于多級反應器11和35來說，對其每級反應器的出口處不斷累積 的反應物的轉化率及不斷生成的反應產物和副產物與停留時間作圖，并且使圖示與 獲得的數據相吻合，這樣，通過所得在任意停留時間對應的產物或轉化率的圖示的 斜率就可得到對應的多級反應器11或35的宏觀反應速率Ko (單位停留時間的轉 化率)。具體的制圖方法可參看JohnM. Chambers, Chapman禾Q Hall的《數據分析 制圖方法》(Graphical Methods for Data Analysis), 1983年5月，ISBN: 0412052717。 當質傳不受限制時，宏觀反應速率Ko就不受催化劑顆粒直徑的約束。通過分別對 多級反應器11和35中的反應器的宏觀反應速率Ko與相應的轉化率作圖并進行比 較，就能夠確定出多級反應器35的復合催化劑床層中的通過催化劑孔洞時質傳受 限的縱向區(qū)域。在一個反應器中一種催化劑的效率因子等于該催化劑的宏觀反應速 率Ko與其本征反應速率Ki的比值。在簡化的方法中，常認為壓碎的催化劑是沒 有任何質傳阻滯的，所以它的宏觀反應速率Ko就被認為是該催化劑的本征反應速 率Ki。這樣，在多級反應器35中的復合催化劑床層的任意位置上，所述工業(yè)規(guī)格催化劑的效率因子就等于在該位置上該工業(yè)規(guī)格催化劑的宏觀反應速率KO與相應 位置上的壓碎的催化劑的宏觀反應速率KO的比值。當使用Hougen和Watson的方法時，就認為壓碎的催化劑的宏觀反應速率Ko 與其本征反應速率Ki是不相同的。利用圖8所示的圖示，根據該方法可以確定出 工業(yè)規(guī)格催化劑床層中任意位置的Thiele模數，該Thide模數是通過在該位置的工 業(yè)規(guī)格催化劑和相應位置的壓碎的催化劑的宏觀反應速率的比值及其顆粒直徑的 比例來確定。比如，在圖8中，當所述壓碎的催化劑與所述工業(yè)規(guī)格催化劑的顆粒 直徑比值為0.2且工業(yè)規(guī)格催化劑與壓碎的催化劑的宏觀反應速率Ko的比值為 0.34時，那么在該位置催化劑的Thide模數大約為9。此時，再參看圖9所示，那 么沿著反應器35中的工業(yè)規(guī)格的催化劑床層，在該位置的效率因子大約就為0.27。 在多級反應器11和35的運行過程中，可對工業(yè)規(guī)格催化劑床層中與經度相關的效 率因子進行重復測定，這樣就可以確定反應時間對平推流催化系統的質傳性能的影 響。當然，也可在不同的溫度和壓力條件下進行測定，從而確定這些參數的改變對 反應器35中的復合催化劑床層中質傳的影響。由于效率因子是催化劑宏觀反應速率Ko與其本征反應速率Ki的比值，那么 沿著催化劑床層在一個給定的縱向位置，由催化劑在該位置的效率因子和其宏觀反 應速率Ko就能推算出其本征反應速率Ki。不管對于壓碎的催化劑還是工業(yè)規(guī)格的 催化劑，其本征反應速率Ki都是相同的，所以沿著工業(yè)規(guī)格催化劑的床層，其任 意位置的效率因子就可以通過工業(yè)規(guī)格的催化劑在該位置的宏觀反應速率Ko和本 征反應速率Ki來確定。對于一個反應來說，在平推流反應器催化劑床層中不同的縱向位置可能存在不 同的反應路徑，比如含硫或氮原料的轉化、滲碳或是通過氫解作用生成甲垸。為了 探究系統中與經度相關的動力學區(qū)間和質傳區(qū)間及區(qū)分系統中質傳效應和動力學 效應的發(fā)生，那么對生成存在于系統中且沿著復合催化劑床層厚度變化的產物和副 產物的不同動力學路徑的行為進行表征就很重要。當所述區(qū)間明了后，就能來研究 在一組給定的且對特定的催化劑而言具有最優(yōu)權衡的操作條件下的系統中由反應 物生成產物的質傳性能。如圖10所示，本實施例提供了優(yōu)化一個固定床反應器中催化劑床層的縱向特 性的范例。在圖10中，其揭示了在具有共同的反應物原料及一組給定的溫度和壓 力條件下在裝載有壓碎的和同種類工業(yè)規(guī)格的費托合成催化劑在固定床反應器中效率因子和轉化率的典型關系圖。如圖10所示，在轉化率達到大約50-60%的那部 分的催化劑床層中，其質量傳遞阻滯是明顯存在的；在轉化率為大于70%的催化劑 床層中，其質量傳遞阻滯就不存在了?？梢姡晒I(yè)規(guī)格催化劑顆粒形成的催化劑 床層在較小的效率因子時具有較大的質傳阻滯，且該較大的質傳阻滯可以反映沿壓 碎的催化劑床層和工業(yè)規(guī)格的催化劑床層的厚度反應路徑上的差異。同時，較大的 質傳阻滯表明在轉化率較低的那部分催化劑床層，如接觸完全新鮮原料的催化劑床 層的入口處有物質，如蠟在催化劑孔洞中累積。但是這種情況在轉化率已經較高的 催化劑床層的較低部位就不存在了 。在加氫處理反應器中，效率因子低時往往會導致產生大量不需要的甲烷或是形 成碳覆蓋層。特別的是對于裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑床層的費托合成反應器來說，催 化劑床層的上部會產生實質數量的甲烷。這導致了反應物氣體在催化劑孔洞中的擴 散率很低，從而催化劑的活性位接觸不到足夠的反應物氣體便轉而生成大量的甲 烷。為了優(yōu)化固定床反應器中的催化劑床層結構以避免在催化劑床層的入口處生成 大量不需要的甲烷，就比如可以在催化劑床層的入口處使用活性較低的催化劑，這 樣就可以產生較少甲烷。除了使用具有不同尺寸的壓碎的和工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒來研究固定床反應 器中催化劑床層的質傳性能外，也可使用相同尺寸的含有不同量催化劑的顆粒來研 究。所述顆粒由壓碎的細小的或粉末狀催化劑及惰性稀釋物，如氧化鋁或硅石組成。 粉末狀或細小的催化劑與細小的壓碎惰性稀釋物均勻混合并進行燒結以形成一定 尺寸的顆粒。此時，就可選擇具有較低含量催化劑的顆粒使其相當于上述方法中所 述的壓碎的催化劑，選擇具有較高含量催化劑的微粒使其相當于工業(yè)規(guī)格的催化 劑，這種含量的選擇依賴于催化劑的活性及反應的本質。對反應器進行工業(yè)規(guī)模放大過程中，較好的做法是在一個絕熱反應器中驗證在 等溫條件下獲得的質傳性能。在絕熱反應器中，工業(yè)規(guī)格催化劑中混有的惰性稀釋 物的量就需要較少，而且要控制導熱管的直徑以使該絕熱反應器的熱量性能能夠反 映預期的工業(yè)規(guī)模反應器的熱量性能。在研究加氫處理反應器的質傳效應時，除了對反應速率相對于轉化率或停留時 間進行作圖外，也可對甲烷的選擇性與轉化率進行作圖。當質傳阻滯存在時，甲烷 的選擇性就很高。以裝載有高活性催化劑的穩(wěn)態(tài)的費托合成固定床反應器中甲烷的 選擇性和一氧化碳的轉化率之間的典型關系為例(未圖示)。在該反應器中，質傳阻滯對選擇性的影響被最大化。對于反應器中工業(yè)規(guī)格催化劑和壓碎的催化劑對.甲 烷的選擇性差別較大的那部分而言，質傳就是個影響。在一氧化碳的轉化率在 35-80%的催化劑床層中，其對甲烷的選擇性都很小，在這個區(qū)域，質傳影響的作用 就很小。在一氧化碳的轉化率大于80%的催化劑床層中，對于工業(yè)規(guī)格催化劑和壓 碎的催化劑而言，甲烷的選擇性都增加的非常快，而且反應速率也降低下來，此時， 意味著有其他因素，而非質傳限制著催化劑的活性且增加了甲烷的選擇性。熱量傳遞在平推流反應器中，對其熱傳性能的了解對增加反應器的生產率來說至關 重要。在放熱反應，如費托合成反應中，高溫時的反應速率很高，然而，溫度 太高時就有失控的危險。平推流反應器中催化劑床層中的溫度可沿催化劑床層 的縱向和橫向不斷變化，對其內發(fā)生的吸熱反應來說，就需要對反應器進行加 熱以避免催化劑床層冷點或反應器停車的發(fā)生。圖2所示的裝置可以用來研究平推流反應器系統的熱傳性能，其中，多級反應 器11中的反應器13， 15和17中裝載有經過惰性顆粒稀釋的壓碎的催化劑顆粒， 多級反應器35中的反應器37， 39和41中裝載有經過惰性顆粒稀釋完整尺寸的催 化劑顆粒。通過調整惰性稀釋顆粒與催化劑顆粒的比例從而使反應器11和35可在 等溫條件下操作。采樣閥25， 27， 29， 49， 51和53分別對相應的反應器的排出物 進行采樣。此外，沿著所述多級反應器11和35中的每個單級反應器的催化劑床層 的縱向，在其中間部位及外圍設置有熱電偶來測量催化劑床層的溫度。另外，在反 應器中可設置較厚的導熱套管(Conductive Sleeves)來相應的減小催化劑床層的直 徑，進而減小催化劑床層中間部位產生的反應熱到達由反應器壁及包圍著反應器壁 的溫度控制裝置所形成的散熱器(Heat Sink)的路徑，這樣就能夠研究橫向熱傳效 應(Lateral Heat Transfer Effects),當然，與之相較，也可使用連續(xù)的較薄的導熱套 管來增加催化劑床層的直徑，直到反應熱不能從催化劑床層的中間部分通過反應器 壁很好的移除。在本實施例中，較好的是在不同的反應器流速、壓力和產率及反應開始和反應 過程中對溫度和產物進行重復測試。另外，利用本發(fā)明的方法，也可以來研究催化 劑床層中不同尺寸和形狀的催化劑顆粒對熱量傳遞性能及其他工藝參數，如對轉化 率、選擇性和動力學的影響。這樣，通過所獲得測量數據，就能夠探究熱傳特性在整個多變量空間中是如何影響反應器的性能的，所述多變量空間正是工業(yè)規(guī)模的反 應器所具有的特點。如圖11所示，使用本實施例的裝置同樣可以來研究一個平推流反應器中與經 度相關的質傳、熱傳及動力學特性。在本實施例中，包括一個實驗室規(guī)模的平推流 反應器201，在本實施例中，其為固定床反應器且其內裝載有由工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒組成的催化劑床層203。 一個新鮮反應物源205可輸入新鮮物料到反應器201 中。同時，通過控制控制閥209-1到209-n，反應器201的排出物可定量的被輸入 到相應的實驗室規(guī)模的固定床反應器207-1到207-n中。反應器207-1到207-n中 分別裝載有對應的較淺的具有較低轉化率的催化劑床層211-1到211-n，其通過足 夠多的惰性顆粒進行稀釋以使該等催化劑床層在等溫條件下進行操作。另外，通過 控制控制閥213-1到213-n，反應物源205也可提供定量的新鮮物料到對應的反應 器207-1到207-n。反應器207-1到207-n的排出物可通過相應的采樣閥215-1到 215-n對其進行采樣。當反應器201在既定的轉化率如80%條件下操作時，可通過控制控制閥209-1 到209-n及213-1到213-n來調整輸入到反應器207-1到207-n中的反應器201的排 出物和來自新鮮反應物源205的新鮮反應物之間的比例，進而可調整反應器207-1 到207-n的轉化率，使其處于0到80%之間。以反應器207-1為例，控制控制閥209-1 和213-1僅使反應器201的排出物進入反應器207-1中，控制催化劑床層211-1的 厚度使于反應器201進入反應器207-1中的反應器201的排出物再轉化5%左右。 這樣，催化劑床層211-1就相當于轉化率在80-85%間的一個平推流反應器催化劑 層的一個截面段(Cross-sectional Slice)。類似的，控制閥209-2和213-2使進入反 應器207-2的物料已具有40%的轉化率，且控制催化劑層211-2的厚度使該物料再 轉化5%左右，這樣，催化劑層211-2就可以用來模擬轉化率在40-45%間的一個催 化劑層的一個截面段。進而，催化劑層211-1到211-n便可用來模擬一個平推流反 應器沿催化劑層任意縱向位置截面段的性能。催化劑層211-1到211-n可以具有不同的組分，比如，催化劑層211-1和211-2 分別裝載有壓碎的催化劑顆粒和工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，兩個催化劑層中均裝載有 惰性的稀釋顆粒用以確保催化劑層在等溫條件操作。這樣就可以來測量催化劑層任 意縱向位置截面段的質傳、熱傳及動力學特性。當然，對于不同的應用，催化劑層 211-1到211-n可裝載有具有不同化學或物理成分的催化劑顆粒。為了避免反應器201的排出物進入反應器207-1到207-n過程中熱量損失或其溫度升高，往往于連 接反應器201和207-l到207-n的管道及控制闊上覆蓋有絕緣材料以避免上述情況。 此外，可以對反應器201和反應器207-1到207-n設置共同的溫度控制裝置217來 控制其溫度，或者對于不同的需求，反應器201和反應器207-1到207-n也可分別 設置獨立的溫度控制裝置。另外，反應物源205的新鮮反應物在供給反應器207-1 到207-n之前常需要進行加熱。加熱方式可采用業(yè)界已知的直接加熱方式對反應物 進行加熱，如沙浴加熱線圈(Heating Coil in a Fluidized Sand Bath)或紅外加熱爐 等，以使反應器入口處的催化劑層達到合適的溫度條件。根據不同的發(fā)明目的，如放大或其他目的等，如圖2， 4， 7及12所示的本發(fā) 明反應裝置可用來檢測平推流反應器在不同目的下的運行參數，比如，在不同的反 應溫度、壓力、催化劑形狀和尺寸的條件下，檢測與經度相關聯的活性和質傳特性 與反應時間的關系。當然也可檢測其他與經度相關聯的工藝參數，這些工藝參數包 括不同的空速、反應物和副反應物、不同的操作溫度和壓力、反應時間、不同的催 化劑尺寸和形狀及轉化率、收率、動力學和選擇率；另外還有催化劑物理及化學特 性改變的參數，如活性位晶化尺寸、氧化及活性位表面覆蓋層的成長等。利用本發(fā)明反應裝置，可以加快從催化過程的最初發(fā)現到其商業(yè)應用的進程。 舉例來說，在本發(fā)明的一個實施例中，四個多級反應器平行設置。其中，第一個多 級反應器中的反應器均裝載有壓碎的催化劑，這樣，該多級反應器就可用來提供本 征反應速率和選擇性數據。第二個多級反應器中的反應器均裝載有工業(yè)規(guī)格的催化 劑。在均達到給定的轉化率時，基于對裝載有壓碎催化劑的反應器與工業(yè)規(guī)格催化 劑的反應器中反應物相對的停留時間的直接比較，于第二個反應器獲得的數據就可 來確定質傳阻滯的程度。通過針對一系列停留時間所對應的轉化率數據的獲得，就 能夠確定效率因子(Effectiveness Factor),進而確定有效擴散率相對于轉化率或停 留時間的關系。同時，該數據也可來提供質傳對選擇性的影響信息。第三個多級反 應器，也可為單級反應器，其作為檢測反應器。該檢測反應器是裝載有較淺的催化 劑床層的反應器或是全混流反應器，且來自前述兩個多級反應器中的任一反應器的 流體可直接輸入相關的檢測反應器中。此外，也可向檢測反應器中輸入另外的氣體 或液體以確定催化劑的吸附速率或催化劑表面性能的變化。這些信息對建立一個固 定床反應器的模型具有很大的價值。最后，第四多級反應器，其為絕熱反應器，用 來測試由前述反應器發(fā)展而來的反應器模型的性能。這種平行的操作串聯反應器的模式可以快速獲得放大所需的數據。實際上，目前即使在一個溫度下，獲取包括催化劑失活(Deactivation)及其再生數據在內的所有用于放大的數據，常需要1-2年 的時間，然而，利用本發(fā)明所述的裝置一下子就可以節(jié)省好幾年的研發(fā)時間。本發(fā) 明的另一個好處是可以同時操作多組反應器，而且可在不同的溫度、壓力和物料組 分下操作。另外，本發(fā)明所述的裝置對于工業(yè)化設計來說可產生最優(yōu)的經濟性，比 起快速放大一個新型催化劑到其工業(yè)化的進程中節(jié)省的成本來說，同時操作多組平 行設置的串聯反應器的花費還是很小的，比如開發(fā)出一種新型的催化劑可以使生產 每桶油節(jié)省1美元，那么一個日產量10萬桶的工廠一年就可節(jié)省超過3000萬美元。 很明顯，這些節(jié)省可以很容易的遠遠抵消掉操作平行設置的多組串聯反應器的成 本。在絕熱反應器中，反應器內的溫度不斷變化，控制不好時就可能產生熱點而發(fā) 生飛溫現象。同時，由于絕熱反應器中的反應參數處于不斷的變化中，這樣，如直 接測量該反應器，就不能得到絕熱反應器中具體、準確的信息。把一個完整的絕熱 反應器分成多級串聯的反應器有助于研究催化劑床層中不同位置的信息。然而，控 制相鄰兩級反應器之間的反應參數的連續(xù)性就會面臨困難。因此，直接通過檢測絕熱反應器的特性就可能很難得到絕熱反應器的動力學、 質傳及熱傳等特性。如圖12所示，在本發(fā)明一個實施例中，其利用實驗室規(guī)模的等溫反應器來模 擬裝載有相同催化劑床層的一個絕熱反應器中的特性，這樣就可以較低的成本快速 開發(fā)一種工業(yè)絕熱反應器的催化工藝。在本實施例中，所述實驗室規(guī)模的等溫反應 器為一個復合多級平推流反應器607，其由三個彼此平行且串聯的反應器61， 63 和65組成，其內分別裝載有催化劑床層段62， 64和66?？啥x反應器61， 63和 65分別為第一級、第二級和第三級反應器。原料源60通過新鮮反應物管道70與 第一級反應器61的入口相連；在反應器61的出口與反應器63的入口間，反應器 63的出口及反應器65的入口間及反應器65的出口處可分別設置有采樣裝置67， 68和69，并且反應器65的出口可通過采樣閥69與一個分離器(未圖示)相連。 采樣裝置67， 68和69還分別開設有一個開口 601， 602和603，用以輸送相應反 應器的排出物到與該開口相連的裝置中去。另外，也可在新鮮反應物管道70上設 置有采樣裝置(未圖示)來對新鮮物料進行采樣分析。在反應器61， 63和65上分 別設置有溫度控制裝置，其包括第一、第二及第三溫度控制裝置604, 605和606用以分別控制相應反應器61， 63和65的溫度。在本實施例中，所述反應器61,63和 65均可在等溫條件下進行操作。另外，在原料源60與第一級反應器61間可設置 有預熱裝置(未圖示)，用以把原料加熱到合適的溫度，當然也可在第一級反應器 61內設置有預熱裝置。由于在絕熱反應器中沿著反應器的長度溫度是不斷變化的，所以當用多級等溫 反應器來模擬一個絕熱反應器的催化特性時，就需要首先確定每一級等溫反應器上 的溫度控制裝置的溫度。通常，可通過在實踐中操作絕熱反應器獲得的在給定的反 應條件和催化工藝下的數據先確定第一級反應器上的溫度控制裝置的溫度及第一 級反應器中發(fā)生反應所引起的溫度變化情況，如升溫/降溫的情況；進而通過第一 級反應器上的溫度控制裝置的溫度及在反應過程中第一級反應器內的溫度變化來 確定第二級反應器的控制溫度；然后通過對第二級反應器的計算來確定第三級反應 器的控制溫度等等。這樣，當每個溫度控制裝置的溫度確定后，所述等溫反應器就 可以來模擬絕熱反應器的特性。在本實施例中，第一溫度控制裝置604控制第一級反應器61的溫度為T1;第 二溫度控制裝置605控制第二級反應器63的溫度為T2;第三溫度控制裝置606控 制第三級反應器65的溫度為T3。其中，Tl、 T2和T3不同。當然，根據不同的應 用和操作條件來確定相應的不同的溫度Tl、 T2和T3或使用一個共同的溫度控制 裝置來分別控制每級反應器61 ， 63和65的溫度。這樣，在本實施例中，就可以通過均為等溫反應器的第一級、第二級和第三級 反應器61, 63和65來分別模擬一個絕熱反應器內的催化劑床層中的不同的連續(xù)的 催化劑床層段的特性，從而可得到由催化劑床層段62, 64和66組成的裝載于一個 絕熱反應器中的復合催化劑床層的催化工藝特性。由于等溫反應的易操作性，在本 實施例中，通過等溫反應器就可以通過較為簡單、安全的方式來模擬一個工業(yè)規(guī)模 的絕熱反應器內的工藝特性。在操作至少兩級相連的平推流反應器，比如當把一個完整的催化劑床層分成多 級催化劑床層段時，上一級反應器的排出物要經過一段輸送管道后進入下一級反應 器中，這樣，保證上一級反應器的排出物經過輸送管道后進入下一級反應器中時仍 保持物料參數的連續(xù)性或一致性，而不發(fā)生物料狀態(tài)等的變化就顯得非常重要.在一個特定的化學工藝及給定的反應條件下時，當一級反應器的排出物為均 相，即單一相態(tài)，如氣相態(tài)時，往往該均相排出物就可直接通過上下級反應器間的輸送管道傳送。另外，在一些反應中，所述排出物為多相，較典型的如氣相和液相。 所述氣相可以包括氣體、水蒸氣或其混合物；所述液相中可能包括有水相、油相、 其他不互溶物相及乳狀液等。通常，多相排出物中具有多個不同的物料組分，且每一中物料組分具有各自的 狀態(tài)。當所述多相排出物中的物料組分在所述氣相和液相間處于熱力學平衡(ThermodynamicEquilibrium)時，該排出物也可直接通過上下級反應器間的輸送管 道傳送。然而，在一些反應中，如在加氫脫硫反應(Hydrodesulphurization， HDS)中，多相排出物中的物料組分并不處于熱力學平衡狀態(tài)。此時，若把從上一級反應器中 排出的多相排出物直接通過輸送管道輸送到下一級反應器的過程中，其中的物料組 分、組分的分壓等狀態(tài)就可能會發(fā)生變化，從而上一級反應器的排出物進入下一級 反應器中時就不能保持物料參數的連續(xù)性或一致性。這樣，對于催化工藝的測量和 優(yōu)化來說就可能會有較大的不利影響。如圖13所示的本發(fā)明的一個實施例中，其可以在多相流體傳輸過程中很好的 保持物料傳輸的連續(xù)性或一致性。在本實施例中，復合多級平推流反應器707可為 實驗室規(guī)模的平推流反應器，其由兩個彼此平行且串聯的反應器71和反應器73組 成。可定義反應器71為第一級反應器，定義反應器73為第二級反應器。反應器 71和73內分別裝載有催化劑床層72和74，其上分別設置有溫度控制裝置701和 702，該溫度控制裝置701和702可以相同，也可以不同。原料源70可通過原料輸 送管道77把原料輸送入第一反應器71內。在本實施例中，在第一反應器71和第 二級反應器73間還設置有一個分離裝置703。第一級反應器71的出口處設置有排 出物管道78，其可與所述分離器703的入口相連。同時，在分離裝置703上設置 有氣相輸送管道75和液相輸送管道76分別和第二級反應器73的入口相連；第二 級反應器73的出口處也設置有排出物管道78。在進行反應時，原料進入第一級反 應器71中進行反應，第一級反應器的多相排出物進入所述分離裝置703內并分離 成為氣相流體和液相流體，隨后，氣相流體和液相流體分別經由氣相輸送管道75 和液相輸送管道76進入第二級反應器內進行下一步的反應。如圖13所示，在本發(fā)明的實施例中，在輸送管道75上設置一個限流裝置705 來控制氣相流體的流阻，以在氣相流體上產生壓力差。假定第一級反應器71及分 離裝置703上的壓力為P1;此時，由于限流裝置705的存在，第二級反應器73的壓力就為P2，且P1沖2。這樣，在氣相輸送管道75上就產生了一個壓力差AP-P1-P2。 由于壓力差(壓降)AP的存在，當該AP足以克服液相輸送管道76內的摩擦力和/ 或進入液相液相輸送管道76內的液相流體的重力時，便可以把液相流體壓入液相 輸送管道76進而進入第二級反應器73內。這樣，就可以借助于氣相流體上產生的 壓力差AP來驅動液相流體且該壓力差很小而不至于影響后續(xù)的反應。所述限流裝 置705可以是限流閥，喉口或其他限流方式等。當選擇合適尺寸和形狀的氣相輸送 管道后，如毛細管等，該管道本身也就作為限流裝置705來控制氣相流體的流阻以 起到限流的作用。另外，本實施例中，可在限流裝置705上或氣相輸送管道75兩端設置有壓差 傳感器(未圖示)來測量壓差AP的變化。通過AP和氣相流體的物理特性，就能 計算出氣相物質的信息。 ^繼續(xù)參看圖13所示，當AP太小不足以驅動液相流體時，所述液相流體就會 不斷在分離器703內累積；當AP足夠大的時候，液相流體就會不斷地被壓入第二 級反應器73內直到所有的液相流體都被壓入。當所有液相流體都被壓入第二級反 應器73內時，氣相流體就會從液相輸送管道76進入第二級反應器73內，這樣，AP 就會下降，液相流體就會隨著反應的進行重新累積而占據液相輸送管道76。隨后AP 又會恢復到預定的值，液相流體又會被壓空。這樣，由于輸入到第一級反應器71 的原料及反應的局限，往往就很難在分離器703內維持液面704的平衡，而且不能 保持液相和氣相流體均勻的供應，其流量處在不斷的波動中，這樣對后續(xù)反應的進 行是很不利的。在一個較佳的實施例中，在所述分離裝置703內設置有液面感應器706用來監(jiān) 測液面704的變化，同時，該液面感應器706輸出的信號可用來控制所述限流裝置 705，以產生合適的AP來驅動液相流體，以使液面704處于預定的位置。這樣就 可以避免液相和氣相流體的波動，便于后續(xù)反應的進行。所述液面感應器可采用非 接觸式的、光學的、激光感應等。較好的是使用非接觸式光學感應裝置。這樣，當 實現液相物質通過液相輸送管道76的穩(wěn)定供給后，通過AP和液相流體的物理特 性就能夠計算出液相流體的流量信息。在一些低壓及應，如低壓費托合成中，盡管壓力差AP很小，其也是該反應所 不能承受的，特別是當每一級反應器長度較大或有更多級反應器的時候，就會造成 整個壓降較大，對反應的進行造成不利的影響。另外，由于通過液面感應器706和限流裝置705來調整壓差AP以維持液面704。在調整AP的過程中，就也有可能對 第一級反應器71內的壓力產生一些影響，進而影響到第一級反應器71內的流體的 流動。參看圖14所示，其與圖13所示的實施例相似。在本實施例中，取消了設置于 氣相輸送管道75上的限流裝置705。由于沒有了限流裝置705的存在，就消除了 由于氣相輸送管道75而產生的壓力差。同時，于液相輸送管道76上設置有一個液 體泵707來輸送液相流體，而且可通過液面感應器706來監(jiān)測液面704的變化并把 其輸出信號輸送給液體泵707以維持液面704在一個預定的位置，這樣可以確保液 相流體流動的均勻性。當第一級反應器71及分離裝置703上的壓力為P1時，第二 級反應器73的壓力也就為P1。由于氣相輸送管道75上沒有了壓力差，也就不必 像圖13所示的那樣為了保持液面704而調整氣相輸送管道75上的AP，從而減小 了反應器內的壓力變化。這樣，就可以在保證液相流體穩(wěn)定流動的情況下消除在反 應器上及反應器間的壓降，保證了反應的良好進行。在本實施例中，所述液體泵707可以是容積式泵(Positive displacement pump) 或離心泵(Centrifuge pump)等，較佳的是使用容積式泵。同時，液體泵707較好 的是具有測量的功能，以便于實時的檢測液相流體的流速。為了使液相流體均勻的 分布于第二級反應器73內，可于第二級反應器73內設置有噴霧裝置(未圖示)， 從而使從液相輸送管道76輸送的液相流體進入第一級反應器73后均勻的分布于催 化劑床層74內。另外，在本實施例中，也可在液體泵707后于液相輸送管道76上 設置有止回閥(未圖示)以防止液體倒流?？梢?，在本發(fā)明的實施例中，通過對第一級反應器71的多相排出物進行分離， 減小了在輸送過程中氣相流體和液相流體相互作用的可能性，保證了物料傳送中的 連續(xù)性或一致性，從而多級反應器就可以更好的模擬由所述多級反應器的催化劑床 層組成的一個催化劑床層的性能。另外，由于通過分離器703對多相排出物進行了 分離，就能更準確的對排出物的組分進行采樣分析，從而避免了傳統的對多相流體 進行采樣不完全的問題。在一些反應，液相流體也是多相的，如費托合成中，液相流體包括有水相和油 相。此時，就可能在分離器703內設置有攪拌裝置(未圖示)對所述具有多相的液 相流體進行攪拌以進行充分混合來確保液相流體輸送過程中的均勻性。所述攪拌可采用機械攪拌、磁力攪拌等。在一個較佳實施例中，采用超聲波攪拌裝置，該裝置可安裝于靠近分離器703底部的位置，其可以充分的攪拌液相流體，盡可能的減小 對液面感應器706的干擾及避免由于攪拌而增加液相流體的溫度。如圖13-14所示，與第一級反應器71出口處排出物的溫度相比，當分離器703 的溫度高時，進入分離器703中的液相流體中容易揮發(fā)的組分就會揮發(fā)進入到氣相 流體中去；當分離器703的溫度低時， 一部分氣相流體就可能發(fā)生冷凝進入到液相 流體中?？梢姴徽摲蛛x器703的溫度是高或低，均會對與其相連的第一級反應器的 排出物流體的組分或狀態(tài)產生影響。這樣，下一級反應器接收到流體與上一級反應 器出口處排出的流體間己經發(fā)生了變化，從而就不能保證流體在傳送過程的連續(xù)性 或一致性。為了保持排出物組分及狀態(tài)的穩(wěn)定，較好的是保持所述分離裝置703的 溫度與所述第一級反應器71出口處排出物的溫度相同，這樣就盡可能的保證第一 反應器的排出物進入所述分離裝置703內其狀態(tài)不發(fā)生變化。如圖15所示，以第一級反應器71為例，為了更好的確保第一級反應器71的 排出物進入分離器703后溫度不發(fā)生變化，所述第一級反應器71和分離器703 — 體成型，這樣，分離器703和第一級反應器71處于一個體系中，從而可確保溫度 的一致，就更好的避免了組分、狀態(tài)發(fā)生變化的可能性。在本發(fā)明實施例中，所述多級平推流反應器707也可由三個或更多個彼此平行 且串聯的反應器組成。所述分離器可安裝于每一級反應器的出口處，其與反應器分 別單獨設置，甚或一體成型設置，且可根據不同的反應在氣相輸送管道上設置限流 裝置或者在液相輸送管道上設置液體泵。此外，所述多個串聯反應器也可豎直設置。
權利要求
1.一種研究用于工業(yè)規(guī)模平推流催化工藝及反應器系統中的加氫處理不潔原料的運行參數的方法，其包括a)設置第一實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，其至少為三級串聯反應器，于所述第一復合多級反應器中的第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓的不潔原料和氫氣以移除所述不潔原料中雜環(huán)分子中的雜原子；所述第一復合多級反應器的每一級反應器中的催化劑床層包括能夠催化通過氫氣移除所述雜環(huán)分子中的雜原子的催化劑顆粒，所述移除不潔原料中雜環(huán)分子中的雜原子是在選定的一組溫度、壓力、反應物流速和反應產物流速的操作條件下進行，所述實驗室規(guī)模反應器中的催化劑床層中的催化劑具有選定的特性；b)對所述復合多級反應器中的每一級反應器的排出物進行采樣；c)測量所述不潔原料中雜環(huán)分子的濃度及每一級反應器排出物中雜環(huán)分子、中間體、最終產物和副產物的濃度；d)在選定的不同的所述操作條件下和/或在選定的不同的催化劑特性下重復步驟a)到c)；e)利用在一次雜原子移除操作中測量所得的結果來選擇在后續(xù)雜原子移除操作中的催化劑床層的特性和運行參數以提高所述試驗室規(guī)模平推流反應器的產率和選擇性。
2. —種如權利要求1所述的方法，其特征在于所述測量中包括測量每一級反應 器排出物中硫醇、胺和醇。
3. —種如權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，f) 設置第二實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，于所述第二多級反應器中 的第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓的來自所述第一多級反應器的最 后一級反應器的排出物及氫氣，以使所述排出物中的多核芳香烴分子飽和；所述第二 復合多級反應器的每一級反應器中的催化劑床層包括能夠催化通過氫氣使輸入到所 述第二多級反應器的第一級反應器中的排出物中的多核芳香烴分子飽和的催化劑顆 粒；所述使排出物中的多核芳香烴分子飽和的操作是在選定的一組溫度、壓力、反應物流速和反應產物流速的操作條件下進行，所述第二實驗室規(guī)模反應器中的催化劑床 層中的催化劑具有選定的特性；g) 對所述第二多級反應器的每一級反應器的排出物進行采樣；h) 測量所述第二多級反應器的每一級反應器的排出物中由催化反應生成的產物和 副產物的濃度；i) 在選定的不同的所述操作條件下和/或在選定的不同的催化劑特性下重復步驟f) 到h);和j)利用在一次多核芳香烴分子飽和操作中測量所得的結果來選擇在后續(xù)多核芳香 烴分子飽和操作中的催化劑床層的特性和運行參數以提高所述第二實驗室規(guī)模平推 流反應器的產率和選擇性。
4. 一種如權利要求3所述的方法，其特征在于所述方法還包括，k)設置第三實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，于所述第三多級反應器中 的第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓的來自所述第二多級反應器的最 后一級反應器的排出物及氫氣，以使來自所述第二多級反應器的排出物中的環(huán)狀分子 內的碳碳鍵斷開；所述第三復合多級反應器的每一級反應器中的催化劑床層包括能夠 催化通過氫氣使輸入到所述第三多級反應器的第一級反應器中的排出物中的環(huán)狀分 子的碳碳鍵斷開的催化劑顆粒；所述使排出物中的碳碳鍵斷開的操作是在選定的一組 溫度、壓力、反應物流速和反應產物流速的操作條件下進行，所述第三實驗室規(guī)模反 應器中的催化劑床層中的催化劑具有選定的特性；1)對所述第三多級反應器的每一級反應器的排出物進行采樣；m)測量所述第三多級反應器的每一級反應器的排出物中由催化反應生成的產物 和副產物的濃度；n)在選定的不同的所述操作條件下和/或在選定的不同的催化劑特性下重復步驟k) 到m);禾口0)利用在一次碳碳鍵斷開的操作中測量所得的結果來選擇在后續(xù)碳碳鍵斷開的操作中的催化劑床層的特性和運行參數以提高所述第三實驗室規(guī)模平推流反應器的產 率和選擇性。
5. —種如權利要求4所述的方法，其特征在于所述方法還包括，p)設置第四實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，'于所述第四多級反應器中的第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓的來自所述第三多級反應器的最 后一級反應器的排出物及氫氣，以使所述第三多級反應器的排出物中的碳氫化合物分 子加氫裂解和異構化；所述第四復合多級反應器的每一級反應器中的催化劑床層包括 能夠催化通過氫氣使輸入到所述第三多級反應器的第一級反應器中的排出物中的碳 氫化合物分子加氫裂解和異構化的催化劑顆粒；所述使排出物中氫化合物分子加氫裂 解和異構化的操作是在選定的一組溫度、壓力、反應物流速和反應產物流速的操作條 件下進行，所述第四實驗室規(guī)模反應器中的催化劑床層中的催化劑具有選定的特性； q)對所述第四多級反應器的每一級反應器的排出物進行采樣；r)測量所述第四多級反應器的每一級反應器的排出物中由催化反應生成的產物和 副產物的濃度；s)在選定的不同的所述操作條件下和/或在選定的不同的催化劑特性下重復步驟p) 到r);和t)利用在一次加氫裂解和異構化的操作中測量所得的結果來選擇在后續(xù)加氫裂解 和異構化的操作中的催化劑床層的特性和運行參數以提高所述第四實驗室規(guī)模平推 流反應器的產率和選擇性。
6. —種如權利要求4所述的方法，其特征在于所述方法還包括，u)設置第四實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，于所述第四多級反應器中的第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓的來自所述第三多級反應器的最后一級反應器的排出物及氫氣，以使第一級反應器中的排出物中的不飽和分子飽和； 所述第四復合多級反應器的每一級反應器中的催化劑床層包括能夠催化通過氫氣使 輸入到所述第三多級反應器的第一級反應器中的排出物中的不飽和分子飽和的催化 劑顆粒；所述使排出物中不飽和分子飽和的操作是在選定的一組溫度、壓力、反應物流速和反應產物流速的操作條件下進行，所述第四實驗室規(guī)模反應器中的催化劑床層中的催化劑具有選定的特性；V)對所述第四多級反應器的每一級反應器的排出物進行采樣；W)測量所述第四多級反應器的每一級反應器的排出物中由催化反應生成的產物 和副產物的濃度；X)在選定的不同的所述操作條件下和/或在選定的不同的催化劑特性下重復步驟U) 到W);和y)利用在一次不飽和分子飽和的操作中測量所得的結果來選擇在后續(xù)不飽和分子飽和的操作中的催化劑床層的特性和運行參數以提高所述第四實驗室規(guī)模平推流反 應器的產率和選擇性。
7. —種如權利要求6所述的方法，其特征在于所述方法還包括，z)設置第五實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，與所述第五多級反應器的中第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓在的來自第四多級反應器的最后一級反應器的排出物及氫氣,以使排出物中的碳氫化合物分子加氫裂解和異構化；所 述第五復合多級反應器的每一級反應器中的催化劑床層包括能夠催化通過通過氫氣 使輸入到所述第五多級反應器的第一級反應器中的排出物中的碳氫化合物分子加氫 裂解和異構化的催化劑顆粒；所述使排出物中氫化合物分子加氫裂解和異構化的操作是在選定的一組溫度、壓力、反應物流速和反應產物流速的操作條件下進行，所述第 四實驗室規(guī)模反應器中的催化劑床層中的催化劑具有選定的特性； Zl)對所述第五多級反應器的每一級反應器的排出物進行采樣；Z2)測量所述第五多級反應器的每一級反應器的排出物中由催化反應生成的產物 和副產物的濃度；z3)在選定的不同的所述操作條件下和/或在選定的不同的催化劑特性下重復步驟Z)到z2);禾口z4)利用在一次加氫裂解和異構化的操作中測量所得的結果來選擇在后續(xù)加氫裂解和異構化的操作中的催化劑床層的特性和運行參數以提高所述第五實驗室規(guī)模平 推流反應器的產率和選擇性。
全文摘要
一種催化加氫處理不潔原料的研究方法，其包括設置第一實驗室規(guī)模的復合多級串聯平推流反應器，其至少為三級串聯反應器，于所述第一復合多級反應器中的第一級反應器的入口處向其內輸入具有選定分壓的不潔原料和氫氣以移除所述不潔原料中雜環(huán)分子中的雜原子；對所述復合多級反應器中的每一級反應器的排出物進行采樣；測量所述不潔原料中雜環(huán)分子的濃度及每一級反應器排出物中雜環(huán)分子、中間體、最終產物和副產物的濃度。
文檔編號B01L99/00GK101274260SQ20071030753
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2006年12月29日
發(fā)明者理查德·F·鮑曼 申請人:亞申科技研發(fā)中心(上海)有限公司