[发明专利]一种检测催化剂上焦炭氢碳比的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工催化剂技术领域，特别涉及一种检测催化剂上焦炭氢碳比的方法。

背景技术

催化剂在使用过程中，由于烃类等有机物缩合反应、氢转移反应、裂解反应而生成焦炭，其主要组分为碳和氢。焦炭的氢碳比可以通过检测焦炭的碳含量和氢含量得到。催化剂中焦炭的氢碳比对分析催化剂结炭失活机理，考察催化剂的催化性能以及反应过程（特别是烧炭再生系统）的物料衡算和热量衡算都有重要意义。目前，催化剂中焦炭的碳含量的检测方法有碱溶液吸收法、热导分析法和元素分析法，其原理是将催化剂上焦炭高温下转化为CO₂，然后测定CO₂的生成量来确定焦炭的碳含量。对催化剂焦炭氢碳比检测的关键是提高焦炭中氢含量检测的可靠性。焦炭的氢含量的检测目前没有很好的方法，其原因是一般催化剂具有较强的酸性，较大的孔容和比表面积，容易吸收水分和有机物，同时一些催化剂还含有一定量的羟基和结构水，在检测过程中吸附和高温生成的水分和低沸点有机物都将影响氢含量检测结果的可靠性，使氢含量检测值明显偏高，从而很难精确检测催化剂上焦炭的氢碳比。也有采用酸溶的方法将催化剂溶解，分离出焦炭，再进行元素分析得到氢碳比。但负载型的催化剂一般采用氧化铝、氧化硅等作为载体，而分子筛等催化剂含有氧化铝、氧化硅等，需要氢氟酸才能有效的溶解，因此酸溶过程比较危险和繁琐。

虽然工业上失活催化剂气提后烧炭再生是常用的方法，但是目前没有相关报道将气提用于检测失活催化剂上焦炭的氢碳比。

发明内容

本发明的目的是避免以上技术的不足和缺陷而提供一种改进的检测催化剂上焦炭氢碳比的方法。它针对氢含量测定过程中由于吸附水和羟基缩合生成水存在影响和HF和HCl溶解催化剂过程繁琐的缺陷，提出了一种新的简易测定催化剂上焦炭氢碳比的方法─气提-元素分析法。主要是用氮气或氩气等惰性气体或惰性气体与水蒸气的混合气体高温吹扫催化剂，将吸附和高温生成的水份以及低沸点组分气提出来，再利用元素分析仪检测气提后催化剂上焦炭的碳含量和氢含量，从而得到催化剂上焦炭的氢碳比。

本发明的一种改进的检测催化剂上焦炭氢碳比的方法包括气体步骤和元素分析步骤，

其中气提步骤利用惰性气体或惰性气体和水蒸气混合气来进行高温吹扫催化剂，将吸附和高温生成的水份以及低沸点组分气提出来。气提气体可以全为惰性气体，这样检测会方便一点；工业上一般采用水蒸气气提结炭催化剂，加入水蒸气是为了分离方便，因为水蒸气冷凝为液体，与工艺气分离很方便，节约工业成本；为了与工业接近，本发明的气提气体也可以采用惰性气体与水蒸气混合气。

具体气提气路设计有两种方案：第一种方案是惰性气体经减压阀减压，流量计控制流量；水经泵打入汽化器加热汽化；

第二种方案是蒸汽发生器中装入一定的水，当需要惰性气体和水蒸气混合气时，通过四通阀，惰性气体进入加热到10至98℃的蒸汽发生器，这样出口气体含有1%至95%的水蒸气；通过控制蒸汽发生器的加热温度，可以调节混合气中水蒸汽的含量。

上述第一种方案采用泵控制进入的水量，如果检测过程中需要的水量太少，低于泵的量程下限，则需要采用第二种方案。工业上气提用的蒸汽为公用工程蒸汽，接近第一种方案。第二种方案不要进料泵，简单易行。

上述惰性气体可氮气、氩气、氦气、二氧化碳等惰性气体，惰性气体气提包括直接惰性气体气提和先用水蒸气高温气提，再用惰性气体高温气提，气提温度范围为100℃至600℃，气提时间范围为5分钟到2小时。

元素分析步骤也有两种方案：

第一种方案为：在元素分析仪的燃烧管中装入一定含量的干燥的结炭催化剂。通过调节六通阀或三通阀将惰性气体或惰性气体和水蒸气混合气通入燃烧管，加热至一定温度气提一定时间。

进一步，采用惰性气体和水蒸气混合气气提后，需要再通入惰性气体吹扫一段时间以除去水分。

高温气提后，通过调节六通阀或三通阀将氮气与氧气或空气混合气通入，在500℃至1200℃下高温反应，生成的CO₂和水进行检测，以确定催化剂上焦炭的氢碳比。