專利名稱：催化劑處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
催化劑表征系統(tǒng)是研究固體催化劑表面特性和催化劑動態(tài)分析的常用實(shí)驗(yàn)裝置。 催化劑的酸強(qiáng)度和酸密度對其活性和產(chǎn)品選擇性影響較大。失活催化劑的積炭分析，可以 表征不同催化劑的積炭程度，從而判斷催化劑的失活性能。催化劑水熱老化裝置是研究催 化劑在苛刻的實(shí)驗(yàn)條件下，骨架結(jié)構(gòu)及催化性能的穩(wěn)定性。表征系統(tǒng)一般由氣體計(jì)量儀表， 反應(yīng)器、加熱爐及其控溫裝置、分析檢測裝置組成。現(xiàn)有技術(shù)中，催化劑的酸性表征、積炭分析、焙燒活化操作、水熱處理等分別采用 單獨(dú)的進(jìn)氣系統(tǒng)、氣體流量控制系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、加熱及控溫系統(tǒng)、分析檢測系統(tǒng)。要完成上 述各功能通常需要各自采用已商業(yè)化的專有設(shè)備，各專有設(shè)備功能單一、價格昂貴，導(dǎo)致能 實(shí)現(xiàn)上述各功能的催化劑處理裝置的整體造價高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種催化劑處理裝置，以解決催化劑處理裝置需要各自采用專有 設(shè)備，各專有設(shè)備功能單一、價格昂貴，導(dǎo)致催化劑處理裝置的整體造價高等問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種催化劑處理裝置，包括氮?dú)鈿饴罚缓邪睔?的氣路；空氣氣路；氦氣氣路；氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；去離子水管路；預(yù)熱器R1，與空氣氣 路和去離子水管路連接；第二反應(yīng)器R2，連接含有氨氣的氣路、氮?dú)鈿饴泛涂諝鈿饴罚诙?反應(yīng)器R2連接預(yù)熱器Rl ；第三反應(yīng)器R3，連接第二反應(yīng)器R2、含有氨氣的氣路和氮?dú)鈿?路；熱導(dǎo)檢測器，連接第二反應(yīng)器R2、第三反應(yīng)器R3、氦氣氣路、氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；第?加熱爐HT2，加熱第二反應(yīng)器R2 ；第三加熱爐HT3，加熱第三反應(yīng)器R3。進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括第一球閥BV1，設(shè)置在氦氣氣路上；第二球閥 BV2,設(shè)置在氮?dú)鈿饴飞希坏谌蜷yBV3，設(shè)置在含有氨氣的氣路上；第二三通閥3V2，其第一 端連接第一三通閥3V1，其第二端連接第三球閥BV3 ；第一減壓閥JV1，與第二三通閥3V2的 第三端連接；第一質(zhì)量流量控制計(jì)MFC1，與第一減壓閥JVl串聯(lián)。進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括第四球閥BV4，設(shè)置在氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?上；第五球閥BV5，設(shè)置在氦氣氣路上；第三三通閥3V3，其第一端連接第四球閥BV4，其第二 端連接第五球閥BV5 ；第二減壓閥JV2，與第三三通閥3V3的第三端連接；第二減壓閥JV2， 與第二質(zhì)量流量計(jì)MFC2串聯(lián)；單向閥CKV1，其一端與第二減壓閥JV2串聯(lián)，另一端與熱導(dǎo) 檢測器連接。進(jìn)一步地，去離子水管路還包括去離子水存儲罐；去離子水泵，連接去離子水存 儲罐；預(yù)熱器Rl，與去離子水泵出口連接；預(yù)熱爐HTl，加熱預(yù)熱器Rl。進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括控制閥，分別連接預(yù)熱器R1、第二反應(yīng)器R2、 第三反應(yīng)器R3、熱導(dǎo)檢測器、氮?dú)鈿饴?、含有氨氣的氣路?br> 進(jìn)一步地，控制閥包括第一六通閥6V1，和第一四通閥4V1 ；第一六通閥6V1的第一端連接第一質(zhì)量流量控制計(jì)MFC1，其第二端連接第一四通 閥4V1的第二端，其第三端連接熱導(dǎo)檢測器的測量臂，其第四端連接熱導(dǎo)檢測器的參考臂， 其第五端連接第二反應(yīng)器R2，其第六端為第一六通閥6V1的放空端；第一四通閥4V1的第一端連接第二反應(yīng)器R2，其第三端連接第三反應(yīng)器R3的底 端，其第四端連接第三反應(yīng)器R3的頂端。進(jìn)一步地，控制閥還包括第五三通閥3V5，第一六通閥6V1通過第五三通閥3V5 與第二反應(yīng)器R2連接。進(jìn)一步地，控制閥還包括第四三通閥3V4，其第一端與預(yù)熱器Rl的出口連接，其 第二端與第五三通閥3V5連接，其第三端為第四三通閥3V4的放空端。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種催化劑處理方法，使用前面的催化劑處理 裝置，實(shí)現(xiàn)催化劑的表征、水熱老化處理、積炭分析、焙燒活化或失活催化劑的再生。進(jìn)一步地，含有氨氣的氣路中氨氣的體積百分比含量為5%，氦氣的體積百分比 含量為95%。進(jìn)一步地，氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴分械獨(dú)獾捏w積百分比含量為95%，氧氣的體積 百分比含量為5%。進(jìn)一步地，在催化劑的表征的物理脫附階段，先用氮?dú)鈿饴愤M(jìn)行初步物理脫附，然 后用氦氣氣路進(jìn)行后續(xù)物理脫附。通過含有氨氣的氣路、所述氮?dú)鈿饴?、第二反?yīng)器R2和氦氣氣路可以實(shí)現(xiàn)催化劑 的NH3-TPD表征；通過空氣氣路、去離子水進(jìn)料管路以及預(yù)熱器Rl和第二反應(yīng)器R2可以實(shí) 現(xiàn)水熱老化處理；通過氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?、氦氣氣路、熱?dǎo)檢測器(TCD檢測器)、第二反 應(yīng)器R2、第三反應(yīng)器R3可以實(shí)現(xiàn)積炭分析；通過第二反應(yīng)器R2以及本發(fā)明的催化劑處理 裝置中的相關(guān)氣路，可以實(shí)現(xiàn)催化劑焙燒活化；通過第二反應(yīng)器R2、空氣氣路和氮?dú)鈿饴?實(shí)現(xiàn)失活催化劑的再生；因此，本發(fā)明的催化劑處理裝置利用同一套包含上述氣路的氣路 系統(tǒng)，集NH3-TPD表征、水熱老化處理、積炭分析、焙燒活化和失活催化劑的再生的功能為一 體，使各功能有機(jī)的結(jié)合起來，解決了現(xiàn)有的催化劑處理裝置功能單一、價格昂貴，從而導(dǎo) 致催化劑處理裝置為了達(dá)到上述各功能，需要多套設(shè)備來各自實(shí)現(xiàn)，抬高整體造價等問題。


構(gòu)成本說明書的一部分、用于進(jìn)一步理解本發(fā)明的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的催化劑處理裝置的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的催化劑處理裝置，包括氮?dú)鈿饴?；含有氨氣?氣路；空氣氣路；氦氣氣路；氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；預(yù)熱器R1，與空氣氣路和去離子水管路 連接；第二反應(yīng)器R2，連接含有氨氣的氣路、氮?dú)鈿饴泛涂諝鈿饴?，第二反?yīng)器R2連接預(yù)熱器Rl ；第三反應(yīng)器R3，連接第二反應(yīng)器R2、含有氨氣的氣路和氮?dú)鈿饴?；熱?dǎo)檢測器(即 TCD檢測器)，連接第二反應(yīng)器R2、第三反應(yīng)器R3、氦氣氣路、氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；第二?熱爐HT2，加熱第二反應(yīng)器R2 ；第三加熱爐HT3，加熱第三反應(yīng)器R3。上述各氣路中的氣體可以來源于容納有該氣體的鋼瓶(圖中未示出)，例如氮?dú)?氣路中的氮?dú)鈦碓从诘獨(dú)怃撈浚諝鈿饴分械目諝鈦碓从诳諝怃撈?，氦氣氣路的氦氣來?于氦氣鋼瓶，氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴分械牡獨(dú)夂脱鯕饣旌蠚怏w來源于氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚怏w鋼 瓶，含有氨氣的氣路的氣體，例如可以為純氨氣，也可以為氨氣與其他氣體的混合氣體，該 氣體同理也可以使用鋼瓶容納。鋼瓶容易購買、運(yùn)輸和使用，而且鋼瓶上設(shè)有壓力表，觀察 方便，使用安全。進(jìn)一步地，含有氨氣的氣路中氨氣的體積百分比含量為5%，氦氣的體積百分比 含量為95%。這樣可以避免由于使用純NH3對流量計(jì)、管道、閥門、設(shè)備的腐蝕，采用含有 5% NH3的He作為吸附氣體。通過含有氨氣的氣路、所述氮?dú)鈿饴贰⒌诙磻?yīng)器R2和氦氣氣路可以實(shí)現(xiàn)催化劑 的酸強(qiáng)度和酸密度表征(NH3-TPD)；通過空氣氣路、去離子水管路以及預(yù)熱器Rl和第二反 應(yīng)器R2可以實(shí)現(xiàn)水熱老化處理；通過氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?、氦氣氣路、TCD檢測器、第二反 應(yīng)器R2、第三反應(yīng)器R3可以實(shí)現(xiàn)催化劑積炭分析；通過第二反應(yīng)器R2以及本發(fā)明的催化 劑處理裝置中的相關(guān)氣路，可以實(shí)現(xiàn)催化劑焙燒活化；通過第二反應(yīng)器R2、空氣氣路和氮 氣氣路實(shí)現(xiàn)失活催化劑的再生；因此，本發(fā)明的催化劑處理裝置利用同一套包含上述氣路 的氣路系統(tǒng)，集NH3-TPD表征、水熱老化處理、積炭分析、焙燒活化和失活催化劑的再生的功 能為一體，使各功能有機(jī)的結(jié)合起來，解決了現(xiàn)有的催化劑處理裝置功能單一、價格昂貴， 從而導(dǎo)致催化劑處理裝置為了達(dá)到上述各功能，需要多套設(shè)備來各自實(shí)現(xiàn)，抬高整體造價 等問題。進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括第一球閥BV1，設(shè)置在氦氣氣路上；第二球閥 BV2，設(shè)置在氮?dú)鈿饴飞希坏谌蜷yBV3，設(shè)置在含有氨氣的氣路上；第二三通閥3V2，其第一 端連接第一三通閥3V1，其第二端連接第三球閥BV3 ；第一減壓閥JV1，與第二三通閥3V2的 第三端連接；第一質(zhì)量流量控制計(jì)MFC1，與第一減壓閥JVl串聯(lián)。第一球閥BV1、第二球閥 BV2、第三球閥BV3起到截止閥的作用。上述氣路的連接，例如，通過第一三通閥3V1、第二三 通閥3V2，可以實(shí)現(xiàn)各氣路的方便轉(zhuǎn)換，而且其相對氣體多個連接閥來說，節(jié)省設(shè)備安裝時 間。進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括第四球閥BV4，設(shè)置在氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?上；第五球閥BV5，設(shè)置在氦氣氣路上；第三三通閥3V3，其第一端連接第四球閥BV4，其第二 端連接第五球閥BV5 ；第二減壓閥JV2，與第三三通閥3V3的第三端連接；第二減壓閥JV2， 與第二減壓閥JV2串聯(lián)；單向閥CKV1，其一端與第二減壓閥JV2串聯(lián)，另一端與TCD檢測器 連接。第四球閥BV4和第五球閥BV5起到截止閥的作用。上述氣路的連接，可以實(shí)現(xiàn)各氣 路的方便轉(zhuǎn)換，節(jié)省設(shè)備安裝時間。進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括去離子水存儲罐20 ；去離子水泵21，連接去離 子水存儲罐20 ；預(yù)熱器Rl與去離子水泵21出口連接。去離子水泵21可以為柱塞泵，可以 計(jì)算和控制進(jìn)入預(yù)熱器Rl的流量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確進(jìn)料，通過去離子水存儲罐和去離子水泵可 以向預(yù)熱器Rl提供蒸餾水以實(shí)現(xiàn)催化劑水熱處理。
進(jìn)一步地，催化劑處理裝置還包括控制閥，分別連接預(yù)熱器R1、第二反應(yīng)器R2、 第三反應(yīng)器R3、TCD檢測器、氮?dú)鈿饴?、含有氨氣的氣路。通過控制閥可以實(shí)現(xiàn)對各氣路與 各反應(yīng)器、檢測器、預(yù)熱器的連接和進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)在不同的條件下實(shí)現(xiàn)不同的功能。進(jìn)一步地，控制閥包括第一六通閥6V1和第一四通閥4V1。第一六通閥6V1的第一端連接第一質(zhì)量流量控制計(jì)MFC1，其第二端連接第一四通 閥4V1的第二端，其第三端連接TCD檢測器的測量臂11，其第四端連接TCD檢測器的參考臂 13，其第五端連接第二反應(yīng)器R2，其第六端為第一六通閥6V1的放空端。第一四通閥4V1的第一端連接第二反應(yīng)器R2，其第三端連接第三反應(yīng)器R3的底 端，其第四端連接第三反應(yīng)器R3的頂端。通過第一六通閥6V1和第一四通閥4V1實(shí)現(xiàn)了各氣路與各反應(yīng)器、檢測器、預(yù)熱器 的連接和進(jìn)行控制，在實(shí)現(xiàn)各功能復(fù)雜的操作中，只用這兩個閥門部件即可進(jìn)行連接和控 制，使得催化劑處理裝置結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省成本，節(jié)約設(shè)備安裝時問。當(dāng)然，可以不 用第一六通閥6V1和第一四通閥4V1，改用例如包含多個三通閥、二通閥、四通閥的控制閥 系統(tǒng)，但這樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，安裝時間長。進(jìn)一步地，控制閥還包括第五三通閥3V5，第一六通閥6V1通過第五三通閥3V5 與第二反應(yīng)器R2連接。這樣，可以方便地實(shí)現(xiàn)第二反應(yīng)器R2與預(yù)熱器Rl的連接。進(jìn)一步地，控制閥還包括第四三通閥3V4，其第一端與預(yù)熱器Rl的出口連接，其 第二端與第五三通閥3V5連接，其第三端為第四三通閥3V4的放空端，該放空端用于排氣。 這樣，可以進(jìn)一步地控制預(yù)熱器Rl與第二反應(yīng)器R2的連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種催化劑處理方法，其使用前面的催化劑處 理裝置，實(shí)現(xiàn)催化劑酸性表征、水熱老化處理、積炭分析、焙燒活化或失活催化劑的再生。進(jìn)一步地，含有氨氣的氣路中氨氣的體積百分比含量為5%，氦氣的體積百分比 含量為95%。這樣，可以保護(hù)設(shè)備不受氨氣侵蝕。進(jìn)一步地，氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴分械獨(dú)獾捏w積百分比含量為95%，氧氣的體積 百分比含量為5%，以更好地實(shí)現(xiàn)焙燒活化。進(jìn)一步地，在催化劑的表征的物理脫附階段，先用氮?dú)鈿饴愤M(jìn)行初步物理脫附，然 后用氦氣氣路進(jìn)行后續(xù)物理脫附。這樣，可以節(jié)省氦氣的用量，降低成本。下面以甲醇制烯烴催化劑SAP0-34分析為例，對本發(fā)明裝置的具體實(shí)施步驟進(jìn)行 說明。1、NH3-TPD 表征NH3-TPD表征主要包括高溫吹掃、降溫、低溫吸附、物理脫附和化學(xué)脫附等過程。為 避免由于使用純NH3對流量計(jì)、管道、閥門、設(shè)備的腐蝕，采用含有5 % NH3的He作為吸附氣 體。進(jìn)行NH3-TPD表征時，氣路系統(tǒng)分為兩套，其中一路是He經(jīng)球閥BV5、三通閥3V3、減壓 閥JV2、質(zhì)量流量計(jì)MFC2進(jìn)入TCD檢測器的參考臂13和測量臂11走基線，He流量采用質(zhì) 量流量計(jì)控制。另一路是N2吹掃、NH3吸附氣路。裝填催化劑及氣密型檢查稱取0. 2g催化劑，裝入R2反應(yīng)器中，催化劑床層上下 均裝有少量石英棉。將反應(yīng)器裝入加熱爐HT2中，連接反應(yīng)器入口、出口管線。打開N2鋼瓶 總閥和截止閥BV2，將三通閥3V1、3V2切換到N2氣路一側(cè)。設(shè)定質(zhì)量流量計(jì)MFCl的流量為 20ml/min。將六通閥6V1、四通閥4V1切換到N2進(jìn)入R2反應(yīng)器的狀態(tài)，檢查系統(tǒng)氣密性。
7
TCD檢測器走基線打開He鋼瓶總閥、截止閥BV5，將三通閥3V3切換到He，設(shè)定 質(zhì)量流量計(jì)MFC2的流量為20ml/min，打開TCD檢測器電源，設(shè)定TCD電流為170mA，He先 后經(jīng)過TCD檢測器的參考臂和測量臂，TCD檢測器走基線。N2吹掃、降溫吸附確定系統(tǒng)無漏氣后，將R2加熱爐的溫度設(shè)定為500°C，500°C下 高純N2以20ml/min吹掃催化劑床層。N2在500°C下連續(xù)吹掃催化劑床層Ih后，將催化劑床 層溫度降至50°C。關(guān)閉截止閥BV2，停止N2吹掃。打開NH3/He鋼瓶總閥，打開截止閥BV3， 將三通閥3V2切換到NH3Afe側(cè)，通入5% (體積百分比)的NH3/He。NH3/He以lml/min的 流量流過催化劑床層，進(jìn)行催化劑NH3吸附，催化劑床層在50°C吸附45min。物理脫附催化劑NH3吸附飽和后，關(guān)閉截止閥BV3，將三通閥3V1、3V2切換到N2 氣路，打開截止閥BV2，催化劑床層升溫至100°C，N2連續(xù)吹掃45min，脫附物理吸附在分子 篩上的NH3。由于氦氣較貴，先采用N2進(jìn)行物理脫附，再關(guān)閉截止閥BV2，打開截止閥BV1， 將三通閥3V1切換到He氣路，用He置換N2管線和催化劑表面吸附的N2，節(jié)省He用量，降 低分析成本?；瘜W(xué)脫附物理吹掃結(jié)束后，手動切換六通閥6V1，He以20ml/min的流量經(jīng)TCD 參考臂進(jìn)入NH3K附飽和的催化劑床層，進(jìn)行化學(xué)脫附，將HT2爐以15°C /min速率升溫至 650°C，從反應(yīng)器上部出來的氣體先后經(jīng)過四通閥4V1、六通閥6V1，進(jìn)入TCD的測量臂，TCD 在線檢測脫附的NH3, TCD檢測器出口放空后的NH3采用酸性溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，脫附完畢 后，采用酸堿滴定法可得到催化劑上的總酸量。標(biāo)定注入5mL、5% NH3,以單位質(zhì)量NH3的出峰面積作為NH3-TPD分析基準(zhǔn)，以計(jì) 算催化劑上NH3的脫附量。降溫、關(guān)閉系統(tǒng)=NH3脫附完成后，關(guān)閉TCD電源，He繼續(xù)吹掃系統(tǒng)，一方面為吹掃 管線中殘留的NH3，避免NHjf管線的腐蝕。另外，He氣流吹過TCD的熱導(dǎo)池，對熱導(dǎo)池進(jìn)行 降溫。分析結(jié)束后，關(guān)閉He鋼瓶總閥，關(guān)閉N2鋼瓶總閥，關(guān)閉多功能裝置的電源總閥，完成 了對催化劑樣品的酸性分析，NH3-TPD試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理確定NH3出峰的起點(diǎn)和終點(diǎn)，將熱導(dǎo)信號對時間積分，計(jì)算得到脫 附NH3對應(yīng)的峰面積。根據(jù)NH3標(biāo)定結(jié)果及催化劑裝填量，計(jì)算得到單位質(zhì)量催化劑上弱酸 和中等強(qiáng)度酸中心酸量。2.催化劑積炭分析SAP0-34屬于微孔分子篩，孔道直徑為0. 38nm,其催化甲醇制烯烴反應(yīng)乙烯和丙 烯選擇性高，但由于孔道較小，易于結(jié)焦失活。焦炭沉積在催化劑的表面會使活性降低，選 擇性變差。因此，對催化劑進(jìn)行積炭分析，考察催化劑抗積炭能力、積炭機(jī)理及其行為的研 究十分必要、掌握催化劑的積炭失活反應(yīng)規(guī)律，從而對催化劑開發(fā)、優(yōu)化工藝條件具有重 要的意義，本發(fā)明一個重要的功能是可以進(jìn)行催化劑積炭分析。裝填催化劑、CuO、脫水劑及氣密型檢查稱取Ig催化劑，裝入R2反應(yīng)器中，催化 劑床層上下均裝有少量石英棉。將反應(yīng)器裝入加熱爐HT2中，連接反應(yīng)器入口、出口管線。 稱取Ig CuO，裝入CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)器R3中，CuO床層上下分別裝填一定量的石英棉。由于燒炭 反應(yīng)會有產(chǎn)物水生成，而產(chǎn)物需要經(jīng)過熱導(dǎo)分析，水的存在會產(chǎn)生較大影響。在CO轉(zhuǎn)化爐 與TCD檢測器之間安裝有一個脫水管，脫水管內(nèi)裝填一定量高鎂酸鉀或無水氯化鈣。尾氣 放空處用石灰水吸收CO2,積炭反應(yīng)完畢，采用化學(xué)滴定法對CO2進(jìn)行定量校正。打開N2鋼瓶總閥和截止閥BV2閥門，將三通閥3V1、3V2切換到N2氣路一側(cè)。設(shè)定質(zhì)量流量計(jì)MFCl的 流量為20ml/min。將六通閥6V1、四通閥4V1切換到N2依次進(jìn)入反應(yīng)器R2、反應(yīng)器R3，最 后從六通閥6V1放空，檢查系統(tǒng)氣密性。TCD檢測器走基線打開He鋼瓶總閥、截止閥BV5，將三通閥3V3切換到He，設(shè)定 質(zhì)量流量計(jì)MFC2的流量為20ml/min，打開TCD檢測器電源，設(shè)定TCD電流為170mA，He先 后經(jīng)過TCD檢測器的參考臂和測量臂，TCD檢測器走基線。N2吹掃催化劑床層由于積炭失活的催化劑孔道內(nèi)除了焦炭外，還吸附了一定量 的反應(yīng)原料、反應(yīng)產(chǎn)物，如不進(jìn)行氣提處理，將給積炭反應(yīng)定量帶來較大的誤差。此外，反應(yīng) 原料與產(chǎn)物在與空氣反應(yīng)時，會放出大量的熱，可能對催化劑骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來一定 影響。確定系統(tǒng)無泄漏后，R2加熱爐的溫度根據(jù)程序自動執(zhí)行反應(yīng)器升降溫過程。氮?dú)馍?溫吹掃催化劑床層的升溫程序?yàn)槭覝?30min-450°C -15min-450°C _150°C -55min。CO轉(zhuǎn) 化爐HT3的爐溫設(shè)定為450°C。溫度設(shè)定好后，程序自動進(jìn)入N2吹掃階段。燒炭試驗(yàn)燒炭爐HT2溫度降到150°C后，關(guān)閉截止閥BV2。打開截止閥BV4，關(guān)閉 截止閥BV5，將三通閥3V3切換到5% 02/95% N2混合氣體中，待以5% 02/95% N2為載氣時 基線平穩(wěn)后，將燒炭爐HT2的溫度設(shè)為750°C，觀察TCD檢測器出峰信號變化隨這燒炭爐 溫度升高，TCD輸出熱導(dǎo)信號逐漸增加，待燒炭實(shí)驗(yàn)完成后，熱導(dǎo)信號恢復(fù)到原來的低電位 信號狀態(tài)，燒炭完成，保存積炭分析數(shù)據(jù)。將R2加熱爐的溫度設(shè)為20°C，關(guān)閉TCD電源，為延長鎢絲壽命，在降溫階段將5% 02/95% N2切換為He，在He氣氛下對TCD熱阻絲進(jìn)行降溫。分析結(jié)束后，關(guān)閉He鋼瓶總閥， 關(guān)閉多功能裝置的電源總閥，完成了對催化劑樣品的積炭分析。標(biāo)定稱取IOmg標(biāo)準(zhǔn)炭黑，按照催化劑燒炭實(shí)驗(yàn)程序，進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算得到單位質(zhì) 量C對應(yīng)的CO2出峰面積。從而實(shí)現(xiàn)對積炭失活催化劑的定炭分析。3.催化劑焙燒活化對分子篩原粉或成型的焙燒處理可采用程序升溫焙燒，也可在恒定溫度下對催化 劑進(jìn)行焙燒處理。焙燒活化可在不同的氣氛下進(jìn)行，如02、空氣、N2、Ar或其他氣體中進(jìn)行 焙燒處理。將2_4g催化劑裝入不銹鋼反應(yīng)器R2中，反應(yīng)器放入HT2加熱爐中，根據(jù)焙燒實(shí)驗(yàn) 的需要，設(shè)備焙燒實(shí)驗(yàn)的升溫曲線，考察焙燒溫度對催化劑性能的影響。分別采用純氧、空 氣、N2, Ar或其他氣體對催化劑進(jìn)行焙燒活化?？疾毂簾龤夥?、焙燒溫度、焙燒時間等不同 焙燒條件對催化劑性能的影響。4.失活催化劑的再生
0064]催化劑再生試驗(yàn)，可以考察不同再生程度的催化劑對產(chǎn)物選擇性的影響。對于MTO 反應(yīng)，燒焦不要完全燒盡，保留一定量的積炭，有利于提高乙烯、丙烯選擇性。將2_6g失活催化劑裝填在反應(yīng)器R2中，反應(yīng)器放入HT2爐中。打開空氣鋼瓶總 閥，設(shè)定空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量為30ml/min，將三通閥3V1、3V2切換到N2氣路一側(cè)，向催化 劑床層通入空氣，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，確定HT2爐溫和催化劑再生時間。5.催化劑水熱老化處理水熱老化裝置主要包括催化劑水熱處理系統(tǒng)、預(yù)熱爐、水熱老化爐、空氣吹掃系 統(tǒng)、供水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。催化劑水熱處理的加熱系統(tǒng)精確度十分關(guān)鍵。在水熱環(huán)境下控溫精度為士 1°C。水熱老化裝置分三段加熱控溫。將2_6g催化劑裝填在反應(yīng)器R2中，反應(yīng)器放入水熱處理爐HT2中。將蒸汽發(fā)生 爐HT1、水熱處理爐HT2按照程序升溫設(shè)定升溫速率及在各溫度下的保留時間?？諝獯祾呦到y(tǒng)水熱老化裝置在升溫過程中用壓縮空氣對催化劑進(jìn)行吹掃，除去 催化劑中的酸性雜質(zhì)，空氣流量為30ml/min。當(dāng)水熱老化爐HT2達(dá)到設(shè)定溫度后，斷開空氣系統(tǒng)，將三通閥3V4切換到與三通 閥3V5相連的位置。打開水蒸汽處理系統(tǒng)，設(shè)定計(jì)量泵P(去離子水泵21)進(jìn)水速度為3g/ min.啟動去離子水泵21，在水槽和去離子水泵21之間設(shè)有一個三通閥3V8。去離子水用 天平計(jì)量，啟動去離子水泵21后，先打回流，除去進(jìn)水管線中存在的氣泡。待回流管線出現(xiàn) 液體后，將三通閥切換到與預(yù)熱爐相連的一側(cè)，水進(jìn)入預(yù)熱爐HTl汽化，預(yù)熱爐的溫度根據(jù) 需要設(shè)定(SAP0-34分子篩水熱老化時預(yù)熱爐的溫度設(shè)定為40(TC)。采用加熱盤管加熱， 經(jīng)過預(yù)熱爐后水被汽化為水蒸汽。水蒸汽從預(yù)熱爐出來后，從底部進(jìn)入到老化裝置，從老化 裝置頂端排出放空。對樣品進(jìn)行水熱處理。可以在一定的條件下(例如常壓、800°C下)，可用水蒸氣處 理4h，或是在水蒸氣氣氛下處理17h，使新鮮催化劑老化，然后測定催化劑活性，通過比較 水熱老化后催化劑的活性就可加以評價該催化劑的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性越好，老化后催化劑的 活性與新鮮劑相比下降越少。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。將2_6g催化劑裝填在反應(yīng)器R2中，反應(yīng)器放入水熱處理爐HT2中。將蒸汽發(fā)生 爐HT1、水熱處理爐HT2按照程序升溫設(shè)定升溫速率及在各溫度下的保留時間。空氣吹掃系統(tǒng)水熱老化裝置在升溫過程中用壓縮空氣對催化劑進(jìn)行吹掃，除去 催化劑中的酸性雜質(zhì)，空氣流量為30ml/min。當(dāng)水熱老化爐HT2達(dá)到設(shè)定溫度后，斷開空氣系統(tǒng)，將三通閥3V3切換到與3V4相 連的位置。打開水蒸汽處理系統(tǒng)，設(shè)定計(jì)量泵P進(jìn)水速度為3g/min。啟動電子泵，在水槽 和泵之間設(shè)有一個三通閥。去離子水用天平計(jì)量，啟動泵后，先打回流，除去進(jìn)水管線中存 在的氣泡。待回流管線出現(xiàn)液體后，將三通閥切換到與預(yù)熱爐相連的一側(cè)，水進(jìn)入預(yù)熱爐 HTl汽化，預(yù)熱爐的溫度根據(jù)需要設(shè)定(SAP0-34分子篩水熱老化時預(yù)熱爐的溫度設(shè)定為 400°C)。采用加熱盤管加熱，經(jīng)過預(yù)熱爐后水被汽化為水蒸汽。水蒸汽從預(yù)熱爐出來后， 從底部進(jìn)入到老化裝置，從老化裝置頂端排出放空。對樣品進(jìn)行水熱處理。可以在一定的條件下(例如常壓、800°C下)，可用水蒸氣處 理4h，或是在水蒸氣氣氛下處理17h，使新鮮催化劑老化，然后測定催化劑活性，通過比較 水熱老化后催化劑的活性就可加以評價該催化劑的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性越好，老化后催化劑的 活性與新鮮劑相比下降越少。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種催化劑處理裝置，其特征在于，包括氮?dú)鈿饴?；含有氨氣的氣路；空氣氣路；氦氣氣路；氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；去離子水管路；預(yù)熱器(R1)，與所述空氣氣路和所述去離子水管路連接；預(yù)熱爐(HT1)，加熱所述預(yù)熱器(R1)；第二反應(yīng)器(R2)，連接所述含有氨氣的氣路、所述氮?dú)鈿饴泛退隹諝鈿饴?，所述第二反?yīng)器(R2)連接所述預(yù)熱器(R1)；第三反應(yīng)器(R3)，連接所述第二反應(yīng)器(R2)、所述含有氨氣的氣路和所述氮?dú)鈿饴?；熱?dǎo)檢測器，連接所述第二反應(yīng)器(R2)、所述第三反應(yīng)器(R3)、所述氦氣氣路、所述氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；第二加熱爐(HT2)，加熱所述第二反應(yīng)器(R2)；第三加熱爐(HT3)，加熱所述第三反應(yīng)器(R3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑處理裝置，其特征在于，還包括 第一球閥(BVl)，設(shè)置在所述含有氦氣的氣路上；第二球閥(BV2)，設(shè)置在所述含有氮?dú)獾臍饴飞?第三球閥(BV3)，設(shè)置在所述含有氨氣的氣路上；第一三通閥(3V1)，其第一端連接所述第一球閥(BVl)，其第二端連接所述第二球閥 (BV2)；第一減壓閥(JVl)，與所述第二三通閥(3V2)的第三端連接； 第一質(zhì)量流量控制計(jì)(MFCl)，與所述第一減壓閥(JVl)串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑處理裝置，其特征在于，還包括 第四球閥(BV4)，設(shè)置在所述氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴飞?；第五球閥(BV5)，設(shè)置在所述氦氣氣路上；第三三通閥(3V3)，其第一端連接所述第四球閥(BV4)，其第二端連接所述第五球閥 (BV5)；第二減壓閥(JV2)，與所述第三三通閥(3V3)的第三端連接； 第二質(zhì)量流量控制計(jì)(MFC2)，與所述第二減壓閥(JV2)串聯(lián)； 單向閥(CKVl)，其一端與所述第二質(zhì)量流量控制計(jì)(MFC2)串聯(lián)，另一端與所述熱導(dǎo)檢 測器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化劑處理裝置，其特征在于，所述去離子水管路還包括 去離子水存儲罐；去離子水泵，連接所述去離子水存儲罐； 其中，預(yù)熱器(Rl)，與去所述離子水泵出口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化劑處理裝置，其特征在于，還包括控制閥，分別連接所述預(yù)熱器(Rl)、所述第二反應(yīng)器(R2)、所述第三反應(yīng)器(R3)、所述熱導(dǎo)檢測器、所述氮?dú)鈿饴?、所述含有氨氣的氣路?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化劑處理裝置，其特征在于，控制閥包括第一六通閥(6V1)，和第一四通閥(4V1)；所述第一六通閥(6V1)的第一端連接所述第一質(zhì)量流量控制計(jì)(MFCl)，其第二端連接 所述第一四通閥(4V1)的第二端，其第三端連接所述熱導(dǎo)檢測器檢測器的測量臂(11)，其 第四端連接所述熱導(dǎo)檢測器檢測器的參考臂(13)，其第五端連接所述第二反應(yīng)器(R2)，其 第六端為第一六通閥(6V1)的放空端；所述第一四通閥(4V1)的第一端連接所述第二反應(yīng)器(R2)，其第三端連接所述第三反 應(yīng)器(R3)的底端，其第四端連接所述第三反應(yīng)器(R3)的頂端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的催化劑處理裝置，其特征在于，控制閥還包括第五三通閥(3V5)，所述第一六通閥(6V1)通過第五三通閥(3V5)與所述第二反應(yīng)器 (R2)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的催化劑處理裝置，其特征在于，控制閥還包括第四三通閥(3V4)，其第一端與所述預(yù)熱器(Rl)的出口連接，其第二端與所述第五三 通閥(3V5)連接，其第三端為所述第四三通閥(3V4)的放空端。
9.一種催化劑處理方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的催化劑處理 裝置，實(shí)現(xiàn)催化劑的表征、水熱老化處理、積炭分析、焙燒活化或失活催化劑的再生。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的催化劑處理方法，其特征在于，所述含有氨氣的氣路中氨 氣的體積百分比含量為5%，氦氣的體積百分比含量為95%。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的催化劑處理方法，其特征在于，所述氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?中氮?dú)獾捏w積百分比含量為95%，氧氣的體積百分比含量為5%。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的催化劑處理方法，其特征在于，在催化劑的表征的物理脫附 階段，先用氮?dú)鈿饴愤M(jìn)行初步物理脫附，然后用氦氣氣路進(jìn)行后續(xù)物理脫附。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種催化劑處理裝置和方法。催化劑處理裝置包括氮?dú)鈿饴罚缓邪睔獾臍饴?；空氣氣路；氦氣氣路；氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴?；預(yù)熱器，與水泵出口連接；第二反應(yīng)器，連接含有氨氣的氣路、氮?dú)鈿饴泛涂諝鈿饴罚坏谌磻?yīng)器，連接第二反應(yīng)器、含有氨氣的氣路和氮?dú)鈿饴?；熱?dǎo)檢測器，連接第二反應(yīng)器、第三反應(yīng)器、氦氣氣路、氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚饴罚活A(yù)熱爐，加熱預(yù)熱器；第二加熱爐，加熱第二反應(yīng)器；第三加熱爐，加熱第三反應(yīng)器。本發(fā)明還提供了一種催化劑處理方法，其使用前面的催化劑處理裝置，實(shí)現(xiàn)催化劑的表征、水熱老化處理、積炭分析、焙燒活化或失活催化劑的再生。
文檔編號B01J37/08GK101923034SQ20101022883
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者岳國, 朱偉平, 邢愛華 申請人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司;中國神華煤制油化工有限公司