專利名稱：一種硫酸生產(chǎn)用釩催化劑活性評(píng)價(jià)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫酸生產(chǎn)用釩催化劑活性評(píng)價(jià)的方法，該評(píng)價(jià)方法使用絕熱反應(yīng) 器，沿反應(yīng)途程測(cè)定反應(yīng)器溫度分布，從而得到催化劑活性信息。
背景技術(shù)：
硫酸是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中極為重要的化學(xué)產(chǎn)品，是化肥、冶金、材料、能源、航天以及民用 輕工各行各業(yè)都不可或缺的基本化工原料。建國(guó)六十年來(lái)，硫酸的產(chǎn)量一直保持著強(qiáng)勁的 增長(zhǎng)勢(shì)頭。1949年我國(guó)硫酸年產(chǎn)量是4. 9萬(wàn)噸，1978年為661萬(wàn)噸，2004年4400萬(wàn)噸，并 從此躍居世界首位。2007年產(chǎn)量達(dá)到5700萬(wàn)噸，生產(chǎn)企業(yè)490家。硫酸生產(chǎn)的原料為硫鐵礦、硫磺及冶煉煙氣等。原料經(jīng)過(guò)焚燒、凈化、反應(yīng)和吸收 等步驟得到硫酸產(chǎn)品。其中反應(yīng)是關(guān)鍵步驟，其轉(zhuǎn)化率的高低決定了硫酸產(chǎn)品的收率和尾 氣中二氧化硫的含量。目前主流技術(shù)一般采用五段反應(yīng)中間吸收的3+2兩轉(zhuǎn)兩吸流程。幾 乎所有二氧化硫氧化反應(yīng)在工業(yè)上都是在多段絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行的。在絕熱反應(yīng)器中，釩 催化劑催化氧化二氧化硫成為三氧化硫，釩催化劑活性好壞是決定硫酸生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵。目前我國(guó)超過(guò)50 %的硫酸是用進(jìn)口催化劑生產(chǎn)的。而國(guó)內(nèi)約有十余家釩催化劑的 生產(chǎn)廠家，所生產(chǎn)的催化劑多數(shù)供給一些小型硫酸廠。與進(jìn)口催化劑相比，國(guó)內(nèi)的催化劑廠 家不能提供給用戶催化劑裝量和二氧化硫轉(zhuǎn)化率的保證值或許是國(guó)產(chǎn)催化劑銷路不好的 原因之一。而這一保證是建立在對(duì)催化劑活性進(jìn)行有效檢驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。因此，釩催化 劑活性的檢驗(yàn)就成為催化劑制備中的關(guān)鍵問(wèn)題。多年來(lái)，硫酸生產(chǎn)用釩催化劑的活性檢驗(yàn)一直沿用上世紀(jì)五十年代前蘇聯(lián)的方法 進(jìn)行。該方法基于等溫積分反應(yīng)器，在給定的入口操作條件和溫度下，檢測(cè)反應(yīng)器出口二氧 化硫的轉(zhuǎn)化率，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中給定的轉(zhuǎn)化率值即為合格，否則即為不合格。這一方法于1979 年成為部頒標(biāo)準(zhǔn)，而后成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2089-1991。本發(fā)明的思路是，以化學(xué)反應(yīng)工業(yè)過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，改變過(guò)去傳統(tǒng)的等溫 積分反應(yīng)器模式，直接在絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得反應(yīng)溫度沿催化劑床層的分布，根據(jù) 溫度分布建立反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)條件下的動(dòng)力學(xué)方程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立一種新的、針對(duì)硫酸生產(chǎn)中二氧化硫氧化反應(yīng)釩催化劑活 性的評(píng)價(jià)方法。一種硫酸生產(chǎn)用釩催化劑活性評(píng)價(jià)的方法，其特征在于該方法應(yīng)用以下絕熱反應(yīng) 器進(jìn)行該絕熱反應(yīng)器6頂部設(shè)有氣體進(jìn)口管7，底部設(shè)有氣體出口管13，外層是保溫層 12，內(nèi)層是隔熱層10 ；隔熱層10內(nèi)裝有催化劑9，在催化劑9上方設(shè)有磁環(huán)填料8 ；隔熱層 10和保溫層12之間為電加熱材料11 ；反應(yīng)器隔熱層10外壁設(shè)有測(cè)溫裝置，測(cè)量裝置在反 應(yīng)器隔熱層外壁軸向位置的內(nèi)外壁上設(shè)置若干對(duì)；電信號(hào)及供電引入管14連接用于控制 置于隔熱層外的電加熱材料11的自動(dòng)控溫裝置；
反應(yīng)氣體經(jīng)氣體進(jìn)口管7連續(xù)進(jìn)入絕熱反應(yīng)器6，在磁環(huán)填料8處分布均勻后與 催化劑9接觸；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑溫度自上而下逐漸升高；此時(shí)，設(shè)置于反應(yīng)器隔熱 層10外壁的測(cè)溫裝置測(cè)到內(nèi)外溫差，自動(dòng)控溫裝置控制置于隔熱層外的電加熱材料11內(nèi) 消除這一溫差，經(jīng)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使相同軸向位置隔熱層內(nèi)外溫差為零，實(shí)現(xiàn)絕 熱；反應(yīng)后的氣體經(jīng)氣體出口管13排出；反應(yīng)器溫度信號(hào)及電加熱材料供電由電信號(hào)及供 電引入管14引入引出。反應(yīng)器在絕熱條件下操作，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度呈一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。反應(yīng) 器直徑為50-500mm，催化劑層有效高度不小于200mm，操作溫度為350_650°C。在反應(yīng)器中， 沿軸向位置，設(shè)置若干測(cè)溫元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)反應(yīng)器床層溫度。為保證反應(yīng)器在絕熱狀態(tài)下操 作，反應(yīng)器采用本發(fā)明所獨(dú)創(chuàng)的無(wú)溫差保溫方法。其特點(diǎn)在于，但不限于，在反應(yīng)器隔熱層 某些特定軸向位置的內(nèi)外壁上設(shè)置若干對(duì)溫差測(cè)量裝置，并以此溫差控制反應(yīng)器隔熱層外 側(cè)的加熱元件，跟蹤反應(yīng)器隔熱層內(nèi)壁溫度，使相同軸向位置隔熱層內(nèi)外溫差為零，達(dá)到保 溫絕熱的目的。經(jīng)檢測(cè)，在穩(wěn)定操作時(shí)本絕熱反應(yīng)器的熱量損失小于5%。見(jiàn)附圖2。為保證本反應(yīng)器的操作條件在所設(shè)定的范圍內(nèi)，反應(yīng)器還設(shè)有必要的預(yù)轉(zhuǎn)化裝 置、溫度控制裝置及尾氣吸收裝置等。其技術(shù)領(lǐng)域都在本行業(yè)技術(shù)人員所熟知的范圍之內(nèi)。發(fā)明點(diǎn)1、通過(guò)在絕熱反應(yīng)器中接近工業(yè)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)取得反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)器床 層高度的變化數(shù)據(jù)，回歸分析，建立化學(xué)反應(yīng)的工業(yè)過(guò)程動(dòng)力學(xué)方程。2、能夠達(dá)到絕熱要求 的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器。本發(fā)明的效果本發(fā)明涉及的絕熱反應(yīng)器可以達(dá)到滿足要求的絕熱效果；得到 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其動(dòng)力學(xué)方程較傳統(tǒng)等溫實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器中取得的結(jié)果更加接近工業(yè)實(shí)際。動(dòng)力 學(xué)方程可用來(lái)設(shè)計(jì)、優(yōu)化反應(yīng)器，同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有工業(yè)反應(yīng)器的優(yōu)化操作亦有指導(dǎo)意義。


圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)流程圖1緩沖罐；2預(yù)熱器；3第一預(yù)反應(yīng)器；4第二預(yù)反應(yīng)器；5預(yù)轉(zhuǎn)化率調(diào)節(jié)閥；6絕熱 反應(yīng)器圖2為本發(fā)明所使用的絕熱反應(yīng)器示意圖7氣體進(jìn)口管；8磁環(huán)填料；9催化劑；10隔熱層；11電加熱材料；12保溫層；13氣 體出口管；14電信號(hào)及供電引入管
圖3為實(shí)施例1操作條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 圖4為實(shí)施例1操作條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明。圖1 按照一定02、N2和二氧化硫比例配置好的原料氣經(jīng)過(guò)緩沖罐1進(jìn)入原料預(yù)熱 器2加熱至反應(yīng)溫度(大約400°C )。如果模擬工業(yè)反應(yīng)器的第一段，原料氣將通過(guò)調(diào)節(jié)閥 5直接進(jìn)入絕熱反應(yīng)器6 ；如果模擬工業(yè)反應(yīng)器的第二段及其它各段，部分原料氣將通過(guò)第 一預(yù)反應(yīng)器3、第二預(yù)反應(yīng)器4進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)化。預(yù)轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率由預(yù)轉(zhuǎn)化器的操作條件和調(diào)節(jié) 閥的開(kāi)度配合調(diào)節(jié)。反應(yīng)氣體在絕熱反應(yīng)器中，在催化劑的作用下進(jìn)行2S02+02 = 2 S03反應(yīng)。由于此反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)且本反應(yīng)器于絕熱條件下操作，反應(yīng)溫度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率呈 一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。沿反應(yīng)器軸向位置設(shè)置的溫度測(cè)量裝置記錄下反應(yīng)溫度沿反應(yīng)器軸向位置 的分布。通過(guò)數(shù)學(xué)處理，這一溫度分布可以轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)化率分布，即催化劑裝填高度(軸向位 置自上而下)與反應(yīng)進(jìn)行程度(轉(zhuǎn)化率)之間的關(guān)系。這一關(guān)系代表了催化劑活性。同樣 的裝填高度，轉(zhuǎn)化率越高，催化劑活性越好；同樣的轉(zhuǎn)化率，催化劑裝填高度越小，催化劑活 性越好。反應(yīng)過(guò)后的氣體在吸收掉反應(yīng)生成的SO3和未完全反應(yīng)的SO2后排空。圖2 反應(yīng)氣體經(jīng)氣體進(jìn)口管7連續(xù)進(jìn)入絕熱反應(yīng)器6，在磁環(huán)填料8處分布均勻 后與催化劑9接觸。由于此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑溫度自上而下逐漸升 高。外層是保溫層12。此時(shí)，設(shè)置于反應(yīng)器隔熱層10內(nèi)外壁的測(cè)溫裝置測(cè)到內(nèi)外溫差，自 動(dòng)控溫裝置控制置于隔熱層外的電加熱材料11消除這一溫差，經(jīng)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀 態(tài)，隔熱層內(nèi)外壁溫差為0，實(shí)現(xiàn)絕熱。反應(yīng)后的氣體經(jīng)氣體出口管13排出。反應(yīng)器溫度信 號(hào)及電加熱材料供電由電信號(hào)及供電引入管14引入引出。實(shí)施例1本實(shí)施例采用如圖1所示實(shí)驗(yàn)流程及附圖2所示裝置，對(duì)象為某型號(hào)國(guó)產(chǎn)催化劑。 操作條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖3)如下實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)施例2本實(shí)施例采用如圖1所示實(shí)驗(yàn)流程及附圖2所示裝置，對(duì)象為某型號(hào)國(guó)產(chǎn)催化劑。 操作條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖4)如下實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
一種硫酸生產(chǎn)用釩催化劑活性評(píng)價(jià)的方法，其特征在于該方法應(yīng)用以下絕熱反應(yīng)器進(jìn)行該絕熱反應(yīng)器(6)頂部設(shè)有氣體進(jìn)口管(7)，底部設(shè)有氣體出口管(13)，外層是保溫層(12)，內(nèi)層是隔熱層(10)；隔熱層(10)內(nèi)裝有催化劑(9)，在催化劑(9)上方設(shè)有磁環(huán)填料(8)；隔熱層(10)和保溫層(12)之間為電加熱材料(11)；反應(yīng)器隔熱層(10)外壁設(shè)有測(cè)溫裝置，測(cè)量裝置在反應(yīng)器隔熱層外壁軸向位置的內(nèi)外壁上設(shè)置若干對(duì)；電信號(hào)及供電引入管(14)連接用于控制置于隔熱層外的電加熱材料(11)的自動(dòng)控溫裝置；反應(yīng)氣體經(jīng)氣體進(jìn)口管(7)連續(xù)進(jìn)入絕熱反應(yīng)器(6)，在磁環(huán)填料(8)處分布均勻后與催化劑(9)接觸；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑溫度自上而下逐漸升高；此時(shí)，設(shè)置于反應(yīng)器隔熱層(10)外壁的測(cè)溫裝置測(cè)到內(nèi)外溫差，自動(dòng)控溫裝置控制置于隔熱層外的電加熱材料(11)內(nèi)消除這一溫差，經(jīng)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使相同軸向位置隔熱層內(nèi)外溫差為零，實(shí)現(xiàn)絕熱；反應(yīng)后的氣體經(jīng)氣體出口管(13)排出；反應(yīng)器溫度信號(hào)及電加熱材料供電由電信號(hào)及供電引入管(14)引入引出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硫酸生產(chǎn)用釩催化劑活性評(píng)價(jià)的方法。本發(fā)明應(yīng)用絕熱反應(yīng)器，反應(yīng)氣體經(jīng)氣體進(jìn)口管連續(xù)進(jìn)入絕熱反應(yīng)器，在磁環(huán)填料處分布均勻后與催化劑接觸；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑溫度自上而下逐漸升高；此時(shí)，設(shè)置于反應(yīng)器隔熱層外壁的測(cè)溫裝置測(cè)到內(nèi)外溫差，自動(dòng)控溫裝置控制置于隔熱層外的電加熱材料內(nèi)消除這一溫差，經(jīng)一段時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使相同軸向位置隔熱層內(nèi)外溫差為零，實(shí)現(xiàn)絕熱；反應(yīng)后的氣體經(jīng)氣體出口管排出；反應(yīng)器溫度信號(hào)及電加熱材料供電由電信號(hào)及供電引入管引入引出。本發(fā)明涉及的絕熱反應(yīng)器可以達(dá)到滿足要求的絕熱效果；得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其動(dòng)力學(xué)方程較傳統(tǒng)等溫實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器中取得的結(jié)果更加接近工業(yè)實(shí)際。
文檔編號(hào)G01N25/22GK101929971SQ200910242220
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者周怒海, 張鵬遠(yuǎn), 沈凱, 秦益鵬, 鄭沖, 郭鍇 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué);南京云高新型材料有限公司