[发明专利]一种垃圾焦油催化裂解催化剂活性测试的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化裂解催化剂活性的测试技术领域，尤其涉及的是一种垃圾焦油催化裂解催化剂活性测试的装置及其方法。

背景技术

随着我国城市建设的发展和居民生活水平的提高，城市生活垃圾产量与日俱增。这些垃圾不但污染环境和破坏城市景观，而且还传播疾病、威胁人们的生命安全。

生活垃圾所造成的生态环境污染已成为一个社会问题，对其进行减量化、无害化和资源化处理，既是人类环境保护的需要，也是社会发展对有价值物质回收利用的需要。

垃圾气化处理是实现垃圾减量化、无害化和资源化综合利用的重要技术。垃圾在气化过程中，因部分原料的不完全裂解而产生一些高分子有机物，即焦油。所谓焦油是指垃圾或生物质气化过程所产生的分子量大于苯（分子量为78）而存在于可燃气中的碳氢化合物。焦油是生物质气化中不可避免的副产物。

为减少可燃气中焦油的含量, 国内外研究人员进行了大量的研究, 其中催化裂解被认为是消除焦油最具有潜力的技术。

当前采用的焦油裂解催化剂虽然能在很大程度上减少气相产物中焦油的含量, 但大多数催化剂都存在着容易失活或价格昂贵等缺点, 需经常性的更换催化剂, 不但增加了垃圾处理成本, 而且使垃圾处理装置不能连续稳定的运行, 所以寻找一种合适的催化剂和设计一个正确的反应器对垃圾焦油裂解工艺来说非常重要。

催化剂的活性是指在给定的温度、压力和反应物流速（或空间速度）下，反应物转化为产物的能力。

测定催化剂裂解垃圾焦油活性最直接的方法就是对催化裂解反应器的进口和出口的焦油含量进行测定，就可以计算出催化剂的活性。

目前对焦油采样大体有二类方法：冷捕集方法（C.T）和固相吸收法（S.P.A）。冷态捕集方法是指利用低温和溶剂吸收焦油，常用的溶剂有丙酮、甲醇、二氯甲烷和甲苯等等。固相吸收方法是指利用固体吸附剂,例如各种材质的纤维和其他吸附剂,吸收焦油。

对于化学反应器设计一般要求联立求解4类基本方程组：1，物料衡算方程组；2，反应动力学方程组；3，能量衡算方程组；4，动量衡算方程组。在实际工作中很少同时求解4类方程组，而是针对不同的催化剂和反应物系统进行简化。但是，1和2方程组通常是不能少的。对微型反应器，方程组4可省略，对于等温反应器，则方程组3可省略。

在化学反应动力学研究领域存在着两种观点。一种是反应动力学具体化的观点，即试图通过化学分析的手段对有机物热裂解的详细反应过程进行剖析，研究有机物的所有化学成分及其在热裂解过程中的反应，通过对分过程的认识来达到对总体过程的理解。这种研究思想很快就被一些研究结果证明是不现实的。另一种是反应动力学表观化的观点，由于微观研究的不现实性，表观反应动力学成为近几年来有机物热裂解过程研究的主要方向，其主要研究思想是寻求表观动力学模型，而不关注其中的详细反应机理。

例如西南科技大学将裂解气相色谱-质谱仪应用于生物质焦油的组成分析。

生物质焦油样品首先被送入裂解器，在设定的温度下快速裂解成各种能够反映焦油特性的小分子挥发性产物，这些小分子产物被载气(通常为氦)带入色谱柱进行分离，并依次进入质谱系统，然后通过这些裂解产物的质谱数据进行结构鉴定，最后得到生物质焦油的组成成分。

将热裂解技术与气相色谱质谱法联用，对分析复杂的有机物具有较大的优越性。但是，由于垃圾成分及其在热作用下的反应机理十分复杂，要从微观角度全面描述反应过程所包含的众多物理化学过程是十分困难的。为了获得相对简单的反应模型，用于指导实际应用，通常用表观动力学特性来解释反应过程的规律。

有机质在隔绝空气或少量空气条件下受热会分解为三种形态的物质，一部分是常温下不凝结的简单气体，如CO、H₂、CO₂和CH₄等；另一部分则在常温下会凝结的液体，其中包括水和各种较大分子的烃类物质，称之为焦油。剩余部分为固定碳和灰分。由于垃圾或生物质在不同的温度条件和加热速度下，可以沿不同的路线分解，形成产物和组成比例非常不同的物质，因此生物质原料的热分解成分不具备唯一性。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以正确地测定催化剂的活性和动力学参数，优选合适的催化剂对垃圾焦油进行催化裂解。