[发明专利]一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法及设备

说明书

本发明提供了一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法和设备。该设备包括：气体净化系统、样品燃烧系统、烟气吸收系统；气体净化系统包括惰性气体气瓶、氧化气体气瓶、气体减压机构、气体流量计量机构、三通阀、脱H₂O干燥塔、脱CO₂干燥塔；惰性气体气瓶、氧化气体气瓶与三通阀相连，连接管道上设有气体减压机构；三通阀与脱H₂O干燥塔、脱CO₂干燥塔相串联，连接管道上设有气体流量计量机构；样品燃烧系统包括加热管、套设在加热管外部的第一管式加热炉和第二管式加热炉；烟气吸收系统包括串联的H₂O吸收管、NOx吸收管、CO₂吸收管；加热管与脱CO₂干燥塔、H₂O吸收管连接。本发明还提供了采用上述设备测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法。

技术领域

本发明涉及一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的方法及设备，属于石油化工技术领域。

背景技术

分子筛催化剂因其高活性、高选择性被广泛用于石油化工行业，但其自身存在的孔道会使反应过程中一些高分子物质脱氢缩合形成焦炭类物质沉积其中，堵塞孔道从而影响催化剂活性，该类焦炭类物质(以下简称为焦炭)其主要成分是C和H。

在工业生产中，通过对催化剂上焦炭氢碳比的测量，可以判断反应器内原料性质、催化剂活性及工艺条件等特性的变化。例如，在炼油厂催化裂化装置中，氢碳比常用来判断待生剂汽提器的汽提效率的高低，氢碳比的高低还影响再生器的烧焦负荷以及反再系统的热平衡。氢碳比为质量比，说明书未做说明的地方均为质量比。

对焦炭氢碳比的测量，最关键的是准确测定H含量，因为催化剂具有大量微孔，具有很高的孔容(0.3-0.6mL/g)和比表面积(50-300m²/g)，因此具有较强的吸水性，且沸石中也可能带有一定比例的OH基团和一定量的结晶水，在测量过程中该部分的水会对焦炭中H含量的准确测量造成干扰，使H含量测量值偏高，最终不能得到焦炭氢碳比的准确值。

目前对催化剂上焦炭氢碳比的研究主要有烟气分析法、酸溶-元素法、热重-质谱联用法。

烟气分析法是利用对焦炭燃烧后的烟气组成进行分析，根据烟气中二氧化碳、一氧化碳及氧气的体积分数计算出焦炭内的氢碳比，但是这种方法完全依赖碳氧化物及氧气含量的测量，现场经验表明其准确度较低，甚至有时会出现超出理论极限的情况。例如，有时计算得到的氢碳比甚至高于裂化原料的氢碳比。

酸溶-元素法是利用了催化剂材质可在强酸内溶解而焦炭不溶解的特性，溶解后的催化剂利用离心分离法将焦炭从催化剂上剥离下来，之后再进行干燥脱水和燃焦，并利用元素分析法测定燃烧后的产物，最终计算出焦炭中C和H元素的含量。但是，该法实施起来非常繁琐，且在酸溶和离心分离过程中常造成样品的损失或偏析，并最终影响测量结果的准确性。

热重-质谱联用法首先在热重分析仪中用惰性气体高温吹扫除去结焦催化剂内的吸附水和结合水，后在氧气下燃烧，燃烧后的气体通入质谱内，通过质谱定量分析CO₂峰和H₂O峰，通过相应换算最终得到焦炭的氢碳比。受热重分析仪测量样品量的限制，该方法仅能使用微克级的催化剂样品，很难消除催化剂采样不均带来的误差。另外，质谱仪通常定量测量效果不佳，容易造成较大的实验误差。此外，热重分析仪和质谱仪通常都是较为昂贵的精密仪器，需要配备经过严格训练的高级技术人员，很难在炼油厂或化工厂分析室大面积应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种积炭多孔催化剂焦炭氢碳比测量的设备，该设备结构简单、操作费用更加低廉，且能保持相对较高的测量精度，适合在普通炼油厂或化工厂分析室内使用。

为达到上述目的，本发明提供了一种测量多孔催化剂上焦炭氢碳比的设备，其包括：气体净化系统、样品燃烧系统、烟气吸收系统；其中：