微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置及利用其對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置及利用其對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)液體原料的進(jìn)樣、裂解，并進(jìn)行定性定量分析，求算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其反應(yīng)機(jī)理。一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置包括：氣瓶；樣品瓶；反應(yīng)器內(nèi)部放置有流化介質(zhì)；切換閥組件，包括帶有定量環(huán)的六通閥；送料泵；回料管路；質(zhì)譜分析儀；和電腦。一種對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，包括以下步驟：開啟氣瓶；設(shè)置加熱爐溫度；焦油原料進(jìn)行預(yù)熱降粘處理；連接定量環(huán)的通路；定量環(huán)與第一條出氣支路相連；煤焦油液滴被撕裂為液滴顆粒后進(jìn)入反應(yīng)器中；質(zhì)譜分析儀進(jìn)行檢查分析；設(shè)定不同的加熱爐溫度，分析所得數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置及利用其對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置及利用其對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液相原料的裂解反應(yīng)廣泛存在于各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求算及反應(yīng)機(jī)理的研究是化工、能源、環(huán)境、冶金、材料等領(lǐng)域研究開發(fā)工作的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究方法是在一定的升溫速率前提下進(jìn)行的，采用熱重分析儀對(duì)樣品的質(zhì)量隨時(shí)間及溫度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，從而推導(dǎo)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，然而受熱重分析儀測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)的限制，反應(yīng)不能在恒定溫度下進(jìn)行，與本征反應(yīng)過(guò)程存在較大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的之一是提供一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)液體原料的進(jìn)樣、裂解，并對(duì)關(guān)鍵其他組分進(jìn)行定性定量分析，根據(jù)氣體濃度變化求算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其反應(yīng)機(jī)理。
[0004]本發(fā)明目的之二是提供一種利用上述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法。
[0005]本發(fā)明采用技術(shù)方案如下:
一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，包括:
氣瓶，氣瓶出氣嘴處安裝有減壓閥；
樣品瓶，用于盛裝待裂解反應(yīng)的液體原料；
反應(yīng)器，外部設(shè)有加熱爐，具有液體原料入口、流化氣體入口和裂解產(chǎn)物出口，內(nèi)部放置有流化介質(zhì)；
切換閥組件，包括帶有定量環(huán)的六通閥；
送料泵，通過(guò)進(jìn)料管路連通樣品瓶及六通閥，用于將液體原料輸送到定量環(huán)中；
回料管路，位于樣品瓶及六通閥之間，用于將多余的液體原料輸送回樣品瓶；
質(zhì)譜分析儀，連接裂解產(chǎn)物出口，用于分析檢查裂解反應(yīng)的產(chǎn)物；和
電腦，連接質(zhì)譜分析儀，將質(zhì)譜分析儀分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并能讀取和顯示；
氣瓶的出氣支路分成兩條，第一條出氣支路依次經(jīng)第一開關(guān)閥、六通閥后連接反應(yīng)器的液體原料入口，第二條出氣支路經(jīng)第二開關(guān)閥連接反應(yīng)器的流化氣體入口。
[0006]優(yōu)選地，所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置中，反應(yīng)器為管式結(jié)構(gòu)，流化氣體入口及裂解產(chǎn)物出口沿反應(yīng)器軸線方向設(shè)置，流化氣體入口設(shè)置在反應(yīng)器下端，裂解產(chǎn)物出口設(shè)置在反應(yīng)器上端。
[0007]優(yōu)選地，所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置中，樣品瓶設(shè)置在水浴鍋內(nèi)。
[0008]優(yōu)選地，所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置中，第一開關(guān)閥為電磁脈沖閥。[0009]優(yōu)選地，所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置中，送料泵為蠕動(dòng)泵。
[0010]優(yōu)選地，所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置中，第一條出氣支路及第二條出氣支路上均安裝有氣體質(zhì)量流量計(jì)。
[0011]一種利用上述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，包括以下步驟:
1)開啟氣瓶，利用減壓閥調(diào)整出氣的壓力，打開第二開關(guān)閥同時(shí)第一開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，使氣體由反應(yīng)器的流化氣體入口進(jìn)入，調(diào)整氣體進(jìn)入速度；
2)設(shè)置加熱爐溫度；
3)煤焦油原料進(jìn)行預(yù)熱降粘處理；
4)切換六通閥旋鈕至連接定量環(huán)的通路，由送料泵將預(yù)熱降粘處理后的煤焦油原料泵送至六通閥并充滿定量環(huán)；
5)再次切換六通閥旋鈕，使得定量環(huán)與第一條出氣支路相連，完成進(jìn)行進(jìn)樣準(zhǔn)備工
作；
6)待反應(yīng)器內(nèi)流化氣體進(jìn)入速度穩(wěn)定，且加熱爐達(dá)到設(shè)置溫度后，按下第一開關(guān)閥來(lái)產(chǎn)生一股脈沖氣體，在脈沖氣體的作用下，從定量環(huán)中噴出的煤焦油液滴被撕裂為液滴顆粒，液滴顆粒經(jīng)液體原料入口進(jìn)入反應(yīng)器中發(fā)生裂解反應(yīng)；
7)裂解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)裂解產(chǎn)物出口被通往質(zhì)譜分析儀進(jìn)行檢查分析；
8)設(shè)定不同的加熱爐溫度重復(fù)步驟I)到7)，分析所得數(shù)據(jù)，能夠得出煤焦油原料的裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),推測(cè)其反應(yīng)機(jī)理。
[0012]優(yōu)選地，對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法中，煤焦油原料預(yù)熱溫度為95°C，加熱爐溫度為30(T900°C。
[0013]優(yōu)選地，對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法中，第二條出氣支路的氣體進(jìn)入流化氣體入口速度為0.25L/min。
[0014]優(yōu)選地，對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法中，煤焦油原料在反應(yīng)器中停留時(shí)間為 1.1?2.3s。
[0015]本發(fā)明工作原理:
在進(jìn)行液體原料裂解反應(yīng)時(shí)，液體原料通過(guò)氣瓶氣體沖擊作用噴入反應(yīng)器中；液體原料進(jìn)入反應(yīng)器后，迅速發(fā)生裂解反應(yīng)，反應(yīng)生成的產(chǎn)物由裂解產(chǎn)物出口進(jìn)入質(zhì)譜分析儀中進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)由電腦讀取顯示并保存。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，可獲得液體原料裂解的產(chǎn)物種類，各裂解反應(yīng)發(fā)生順序以及其活化能、指前因子等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為研究各類液體原料的裂解反應(yīng)機(jī)理提供指導(dǎo)。
[0016]本發(fā)明的有益效果:液體原料快速裂解反應(yīng)分析系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在任意溫度下液體原料的瞬時(shí)進(jìn)樣、裂解，并通過(guò)后續(xù)在線質(zhì)譜對(duì)關(guān)鍵氣體組分進(jìn)行定性定量分析，根據(jù)氣體濃度變化求算反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其反應(yīng)機(jī)理。該裝置與傳統(tǒng)的熱重分析儀相比，最大限度地降低了外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)的影響，同時(shí)還能根據(jù)關(guān)鍵組分的釋放序列和釋放量特性推斷反應(yīng)機(jī)理。具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明選定實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖中1、氣瓶，2、減壓閥，3、三通閥，4、第一開關(guān)閥，5、送料泵，6、質(zhì)量流量計(jì)，7、定量環(huán)，8、六通閥，9、質(zhì)譜分析儀，10、液體原料入口，11、電腦，12、流化介質(zhì)，13、反應(yīng)器，14、加熱爐，15、樣品瓶，16、水浴鍋，17、第二開關(guān)閥，18、回料管路，19、第一條出氣支路，20、第二條出氣支路，21、進(jìn)料管路，22、流化氣體入口，23、裂解產(chǎn)物出口。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了便于本領(lǐng)域人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，下述僅是示例性的不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]參考附圖1，一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，包括氣瓶1、樣品瓶15、反應(yīng)器13、質(zhì)譜分析儀9和電腦11。樣品瓶15用于盛裝待裂解反應(yīng)的液體原料，設(shè)置在水浴鍋16內(nèi)；反應(yīng)器13外部設(shè)有加熱爐14，且具有液體原料入口 10、流化氣體入口 22和裂解產(chǎn)物出口 23，并內(nèi)部放置有流化介質(zhì)12 ；切換閥組件包括帶有定量環(huán)7的六通閥8 ;氣瓶I的氣瓶出氣嘴處安裝有減壓閥2，氣瓶I的出氣支路分成兩條，第一條出氣支路19依次經(jīng)第一開關(guān)閥4、六通閥8后連接反應(yīng)器13的液體原料入口 10，第二條出氣支路20經(jīng)第二開關(guān)閥17連接反應(yīng)器13的流化氣體入口 22，第一條出氣支路19及第二條出氣支路20經(jīng)三通閥3連接氣瓶I的出氣嘴處的管路；送料泵5通過(guò)進(jìn)料管路21連通樣品瓶15及六通閥8，用于將液體原料輸送到定量環(huán)7中；回料管路18位于樣品瓶15及六通閥8之間，用于將多余的液體原料輸送回樣品瓶15 ;質(zhì)譜分析儀9用于分析檢查裂解反應(yīng)的產(chǎn)物，連接裂解產(chǎn)物出口 23 ;電腦11連接質(zhì)譜分析儀9，將質(zhì)譜分析儀9分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并能讀取和顯示。
[0021]本實(shí)施例中，反應(yīng)器13為石英砂管，流化氣體入口 22及裂解產(chǎn)物出口 23沿反應(yīng)器13軸線方向設(shè)置，流化氣體入口 22設(shè)置在反應(yīng)器13下端，裂解產(chǎn)物出口 23設(shè)置在反應(yīng)器13上端。
[0022]本實(shí)施例中，第一開關(guān)閥4為電磁脈沖閥，可以完成液體原料的瞬時(shí)精確脈沖進(jìn)樣，由于脈沖氣體的作用，液體原料被撕裂為細(xì)小顆粒而產(chǎn)生霧化效果，實(shí)現(xiàn)液體原料在任意溫度下的裂解反應(yīng)。
[0023]本實(shí)施例中，送料泵5為蠕動(dòng)泵。
[0024]本實(shí)施例中，第一條出氣支路19及第二條出氣支路20上均安裝有氣體質(zhì)量流量計(jì)6，方便觀察氣體的速度。
[0025]一種利用所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，包括以下步驟:
1)開啟氣瓶1，利用減壓閥2調(diào)整出氣的壓力打開第二開關(guān)閥17同時(shí)第一開關(guān)閥4處于關(guān)閉狀態(tài)，使氣體由反應(yīng)器13的流化氣體入口 22進(jìn)入，調(diào)整氣體進(jìn)入速度至0.25L/min,使反應(yīng)器13的流化介質(zhì)12處于最佳流化狀態(tài)；
2)設(shè)置加熱爐14溫度為750°C，將反應(yīng)器13加熱到指定溫度，加熱爐14溫度可根據(jù)需要在30(T900°C之間選擇；
3)煤焦油原料經(jīng)過(guò)水浴鍋16加熱至95°C進(jìn)行預(yù)熱降粘處理，使煤焦油原料粘度從25°C 時(shí) IlOOmPa.s 降低至 95°C 時(shí)的 6mPa.s ；
4)切換六通閥8旋鈕至連接定量環(huán)7的通路，由送料泵5將預(yù)熱降粘處理后的煤焦油原料泵送至六通閥8并充滿定量環(huán)7 ；
5)再次切換六通閥8旋鈕，使得定量環(huán)7與第一條出氣支路19相連，完成進(jìn)行進(jìn)樣準(zhǔn)備工作；
6)待反應(yīng)器13內(nèi)流化氣體速度穩(wěn)定，且加熱爐14達(dá)到設(shè)置溫度后，按下第一開關(guān)閥4來(lái)產(chǎn)生一股脈沖氣體，在脈沖氣體的作用下，從定量環(huán)7中噴出的煤焦油液滴被撕裂為35 um左右液滴顆粒，液滴顆粒經(jīng)液體原料入口 10進(jìn)入反應(yīng)器13中發(fā)生裂解反應(yīng)，煤焦油原料在反應(yīng)器13中停留時(shí)間在1.r2.3s之間，由于受到脈沖氣體和流化氣體的作用，此時(shí)反應(yīng)器溫度略有減小，基本維持在74(T750°C之間；
7)裂解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物裂解產(chǎn)物出口23被通往質(zhì)譜分析儀9進(jìn)行檢查分析；
8)設(shè)定不同的加熱爐溫度如650°C、700°C、80(rC重復(fù)步驟I)到7)，分析所得數(shù)據(jù)，能夠得出煤焦油原料的裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，推測(cè)其反應(yīng)機(jī)理。
[0026]采用等轉(zhuǎn)化率法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出煤焦油裂解的活化能和指前因子分別為20.35KJ/mol和12.5s'均小于傳統(tǒng)熱重分析方法的測(cè)量值:76.7KJ/mof 162KJ/mol與SlO4S'
[0027]這表明:該裝置具較高的傳熱傳質(zhì)性能，其測(cè)定的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)比傳統(tǒng)測(cè)試方法更接近化學(xué)反應(yīng)的本征過(guò)程，可為復(fù)雜液體原料的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)試與分析提供有效的裝置和方法。
[0028]以上僅描述了本發(fā)明的基本原理和優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域人員可以根據(jù)上述描述作出許多變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，其特征在于包括: 氣瓶(1)，氣瓶出氣嘴處安裝有減壓閥(2)； 樣品瓶(15)，用于盛裝待裂解反應(yīng)的液體原料； 反應(yīng)器(13)，外部設(shè)有加熱爐(14)，具有液體原料入口( 10)、流化氣體入口(22)和裂解產(chǎn)物出口(23)，內(nèi)部放置有流化介質(zhì)(12)； 切換閥組件，包括帶有定量環(huán)(7)的六通閥(8)； 送料泵(5 )，通過(guò)進(jìn)料管路(21)連通樣品瓶(15 )及六通閥(8 )，用于將液體原料輸送到定量環(huán)(7)中； 回料管路(18)，位于樣品瓶(15)及六通閥(8)之間，用于將多余的液體原料輸送回樣品瓶(15)； 質(zhì)譜分析儀(9)，連接裂解產(chǎn)物出口(23)，用于分析檢查裂解反應(yīng)的產(chǎn)物；和 電腦(11)，連接質(zhì)譜分析儀(9)，將質(zhì)譜分析儀(9)分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并能讀取和顯不； 氣瓶(I)的出氣支路分成兩條，第一條出氣支路(19)依次經(jīng)第一開關(guān)閥(4)、六通閥(8)后連接反應(yīng)器(13)的液體原料入口(10)，第二條出氣支路(20)經(jīng)第二開關(guān)閥(17)連接反應(yīng)器(13)的流化氣體入口(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，其特征在于:反應(yīng)器(13)為管式結(jié)構(gòu)，流化氣體入口( 22)及裂解產(chǎn)物出口( 23)沿反應(yīng)器(13)軸線方向設(shè)置，流化氣體入口(22)設(shè)置在反應(yīng)器(13)下端，裂解產(chǎn)物出口(23)設(shè)置在反應(yīng)器(13)上端。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，其特征在于:樣品瓶(15)設(shè)置在水浴鍋(16)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，其特征在于:第一開關(guān)閥(4)為電磁脈沖閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，其特征在于:送料泵(5)為蠕動(dòng)栗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置，其特征在于:第一條出氣支路(19 )及第二條出氣支路(20 )上均安裝有氣體質(zhì)量流量計(jì)(6 )。
7.一種利用權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述微型流化床裂解反應(yīng)分析裝置對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)開啟氣瓶(1)，利用減壓閥(2)調(diào)整出氣的壓力，打開第二開關(guān)閥(17)同時(shí)第一開關(guān)閥(4 )處于關(guān)閉狀態(tài)，使氣體由反應(yīng)器(13)的流化氣體入口( 22 )進(jìn)入，調(diào)整氣體進(jìn)入速度； 2)設(shè)置加熱爐(14)溫度； 3)煤焦油原料進(jìn)行預(yù)熱降粘處理； 4)切換六通閥(8)旋鈕至連接定量環(huán)(7)的通路，由送料泵(5)將預(yù)熱降粘處理后的煤焦油原料泵送至六通閥(8)并充滿定量環(huán)(7)； 5)再次切換六通閥(8)旋鈕，使得定量環(huán)(7)與第一條出氣支路(19)相連，完成進(jìn)行進(jìn)樣準(zhǔn)備工作； 6)待反應(yīng)器(13)內(nèi)流化氣體速度穩(wěn)定，且加熱爐(14)達(dá)到設(shè)置溫度后，按下第一開關(guān)閥(4)來(lái)產(chǎn)生一股脈沖氣體，在脈沖氣體的作用下，從定量環(huán)(7)中噴出的煤焦油液滴被撕裂為液滴顆粒，液滴顆粒經(jīng)液體原料入口(10)進(jìn)入反應(yīng)器(13)中發(fā)生裂解反應(yīng)； 7)裂解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)裂解產(chǎn)物出口(23)被通往質(zhì)譜分析儀(9)進(jìn)行檢查分析； 8)設(shè)定不同的加熱爐溫度重復(fù)步驟I)到7)，分析所得數(shù)據(jù)，能夠得出煤焦油原料的裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),推測(cè)其反應(yīng)機(jī)理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，其特征在于:煤焦油原料預(yù)熱溫度為95°C，加熱爐(14)溫度為30(T900°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，其特征在于:第二條出氣支路(20)的氣體進(jìn)入流化氣體入口(22)速度為0.25L/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)煤焦油進(jìn)行裂解反應(yīng)分析的方法，其特征在于:其特征在于:煤焦油原料在反應(yīng)器(13)中停留時(shí)間為1.r2.3s。
【文檔編號(hào)】G01N30/72GK103558323SQ201310454066
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】張兆玲, 強(qiáng)寧, 景元琢, 董磊, 張彤輝, 閆永秀, 范鵬飛, 楊帥 申請(qǐng)人:山東百川同創(chuàng)能源有限公司