专利名称：一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于化工设备领域，涉及一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反
直O
背景技术：
工业催化剂不仅要求具有一定化学组成和杂质限度，还要求具有一定颗粒大小、 形状、强度、比表面、孔径等，以保证一定的催化活性、催化剂选择性、催化剂寿命。在实验室中首先通过微反装置考察催化剂的活性，微反活性是衡量催化剂反应能力的一个相对指标。通过控制微反装置的反应条件和调整催化剂的组成，就能使反应保持较高的转化率和选择性。催化剂在使用过程中，因某些物理和化学作用破坏了催化剂原有的组织和构造， 而造成催化剂失活。有些催化剂失活后可以用特定的方法处理，使催化剂再生，重新恢复催化活性，有些催化剂失活后不能再生。表面积炭是催化剂在反应过程中逐渐失活的一个重要原因，因此催化剂积炭量的测定成为考察催化剂活性的重要指标。在煤化工，石油化工，催化裂化等工业生产中及时准确的测量催化剂上含碳量对指导生产起重要作用。目前，测定催化剂上积炭量的方法都是首先将碳燃烧氧化为二氧化碳，具体测定方法有氢氧化钠溶液吸收电位滴定法、氢氧化钾溶液吸收二氧化碳体积测定法、碱石棉吸收管增重法、二氧化碳甲烷化氢焰检测色谱法和二氧化碳热导检测色谱法。相比较而言，色谱法测定速度快、准确性高。在上述所有方法中， 均需要用已知含碳量的标准样进行校正。目前普遍使用的标准样为草酸和干冰，但由于草酸易吸水和挥发、干冰不易得到，给仪器的经常校正带来较大困难。专利ZL96211983. O利用气相色谱中色谱柱分离及热导检测器检测，通过对碳燃烧后生成的二氧化碳在热导上的响应值，再用标准物外标得到碳的量。此方法在催化剂评价完成后需要对催化剂填装和转移才能进行定碳实验，增加了实验步骤，并且不能通过简单的操作将反应与定碳结合起来。专利CN101131355A使用紫外漫反射光谱法测定样品吸光度可直接得到催化剂的含碳量。首先根据已知样品的含碳量和吸光度得到二者的回归分析方程，然后对未知碳含量的催化剂做紫外漫反射光谱得到相应吸光度，根据回归分析方程可直接得到催化的碳含量。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置。本实用新型的技术方案概述如下一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置，包括稳压阀1，氮气管路通过稳压阀1、质量流量计2与电动六通阀13连接，电动六通阀13通过管路依次与三通阀4，反应炉5连接，反应炉5通过管路与电动六通阀II 6连接，电动六通阀II 6通过管路依次与电动六通阀13、分液罐7的顶部连接，分液罐7的顶部设置有背压阀8，分液罐7的底部设置有放水阀9 ；色谱载气10通过管路依次与电动六通阀116和色谱FID氢焰检测器11连接； 截止阀12通过管路依次与原料泵13、三通阀4连接，第二稳压阀14通过管路依次与第二质量流量计15、色谱TCD热导检测器16、电动六通阀13、四通阀I 19、六通阀17连接后再与色谱TCD热导检测器16连接，管道通过第二截止阀18与六通阀17连接；反应炉5包括反应器31，所述反应器31内设置有催化剂25，在所述催化剂25的上表面和下表面设置有预热段保温棉对，加热装置23设置在所述反应器31的外表面，温度控制仪26的热电偶插入到反应器31的催化剂25的位置测量和控制反应器31温度；一氧化碳转换炉22包括Y型石英玻璃管27，用于氧化一氧化碳的氧化铜观设置在所述Y型石英玻璃管的一个臂上，所述Y型石英玻璃管27设置在电加热装置四中，热电偶30设置在所述电加热装置四中，所述Y型石英玻璃管27的一个端口通过管道依次与所述四通阀I 19、四通阀II 20连接后再与所述Y型石英玻璃管27的另一个端口连接，所述高氯酸镁脱水石英管21通过管道与所述四通阀II 20连接后再与所述高氯酸镁脱水石英管21连接。本实用新型的一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置能实现催化剂评价的在线分析，完成对催化剂活性和失活的考察，催化剂经烧碳后与标定碳黑的标准曲线进行对比，可以得到催化剂焦炭含量，通过简单的电动六通阀的控制实现催化剂评价与催化剂定碳之间的切换。实验过程操作简单，并且能够对反应温度，压力，流量等条件进行精确的控制。
图1为本实用新型一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置的实施方式流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置，包括稳压阀1，氮气管路通过稳压阀1、质量流量计2与电动六通阀I 3连接，电动六通阀I 3通过管路依次与三通阀4，反应炉5连接，反应炉5通过管路与电动六通阀II 6连接，电动六通阀II 6通过管路依次与电动六通阀I 3、分液罐7的顶部连接，分液罐7的顶部设置有背压阀8，分液罐7的底部设置有放水阀9 ；色谱载气10通过管路依次与电动六通阀116和色谱FID氢焰检测器11连接；截止阀12通过管路依次与原料泵13、三通阀4连接，第二稳压阀14通过管路依次与第二质量流量计15、色谱TCD热导检测器16、电动六通阀13、四通阀I 19、六通阀17连接后再与色谱TCD热导检测器16连接，管道通过第二截止阀18与六通阀17连接；反应炉5包括反应器31，所述反应器31内设置有催化剂25，在所述催化剂25的上表面和下表面设置有预热段保温棉对，加热装置23设置在所述反应器31的外表面，温度控制仪26的热电偶插入到反应器31的催化剂25的位置测量和控制反应器31温度；一氧化碳转换炉22包括Y型石英玻璃管27，用于氧化一氧化碳的氧化铜观设置在所述Y型石英玻璃管的一个臂上，所述Y型石英玻璃管27设置在电加热装置四中，热电偶30设置在所述电加热装置四中，所述Y型石英玻璃管27的一个端口通过管道依次与所述四通阀I 19、四通阀II 20连接后再与所述Y型石英玻璃管27的另一个端口连接，所述高氯酸镁脱水石英管21通过管道与所述四通阀II 20连接后再与所述高氯酸镁脱水石英管21连接。本实用新型在普通微反装置的基础上提供一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置，可以实现催化剂评价的在线分析和催化剂焦炭含量的测定，通过简单的电动六通阀的控制实现催化剂评价与催化剂定碳之间的切换。本实用新型的一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置，操作过程为(a)当催化剂评价反应和定碳都未进行时，打开稳压阀(1)和质量流量计(2)，电动六通阀IC3)切换到氮气气路，三通阀同时切换到氮气气路上，高纯氮气通过质量流量计(2)控制流量后，进入反应器(31)吹扫，经电动六通阀11(6)和分液罐(7)后直接放空；(b)碳黑基准测量将一定量碳黑装填至反应炉(5)中，密封。按步骤(a)用氮气吹扫气路，温度控制仪06)把反应炉(5)升高到烧碳温度；(c)打开第二稳压阀(14)和第二质量流量计(15)，空气经色谱TCD热导检测器(16)的参比端到电动六通阀1(3)，再进入反应器(31)中。烧碳后的混合气体经电动六通阀1(3)，电动六通阀11(6)和四通阀1(19)，进入一氧化碳转换炉(22)，转化温度为 500-600°C，经过四通阀IK20)将二氧化碳切进高氯酸镁脱水石英管(21)，脱水后经六通阀(17)进入色谱TCD热导检测器(16)的检测端。根据色谱响应曲线得到碳黑转化为二氧化碳的色谱响应值。(d)重复步骤(b)和(C)，改变碳黑装填量，得到新的碳黑烧碳的色谱响应值，对数据进行回归得到碳黑烧碳的标准曲线。(e)催化剂评价反应将一定量催化剂装填至反应炉(5)中，密封。打开截止阀 (12)，原料泵(13)，三通阀(4)切换到原料管路。原料通过微量原料泵进料，在反应器(31) 装催化剂前的那段管线气化，反应器(31)温度由温度控制仪06)设定控制。(f)原料在反应炉(5)中反应后经过经电动六通阀11(6)和分液罐(7)后直接放空。电动六通阀II (6)在恒温箱中，保证产物的气态，通过改变鼓泡和检测状态将反应产物气体切入到色谱FID氢焰检测器(11)，完成在线检测。(g)根据色谱分析结果考察催化剂的失活状态。(h)催化剂定碳催化剂评价反应结束后关闭原料泵(13)，打开稳压阀(1)和质量流量计(2)，电动六通阀I (3)切换到氮气气路进入反应炉(5)，三通阀(4)切换到氮气气路上，氮气通过质量流量计O)，进入反应器吹扫。(i)吹扫一定时间后，通过温度控制仪升高反应炉温度到烧碳温度，重复步骤(c) 得到催化剂经烧碳后二氧化碳的色谱响应值。(j)根据步骤(d)得到的烧碳的标准曲线计算得到催化剂焦炭含量。操作步骤(a)中氮气质量流量计流量范围40-400ml/min。反应产物从反应器出来首先进入到电动六通阀II (6)，再经过电动六通阀I C3)进入分液罐或进入色谱进行分析。 因为产物中有大量的水，所以出口管线首先进入一个恒温箱，里面安装有电动六通阀1(3) 和电动六通阀II (6)，恒温箱由加热带控制温度，因为有0. 6-0. SMpa的反应压力所以恒温箱温度设在120°C -160°C。电动六通阀I (3)用于切换氮气与烧碳用空气，电动六通阀II (6) 用于给色谱取样，两个六通阀要求在120°C _160°C高温和1. 2Mpa压力下能够使用。操作步骤(a)中反应器高300mm，恒温段士 1°C，IOOmm长，三段控温，反应器中有一个热电偶显示催化剂段的温度。操作步骤(b)中碳黑为型号为H7，反应炉烧碳温度设定为600-700°C。操作步骤(c)中空气质量流量计流量范围为40-400ml/min。一氧化碳转换炉温度为500-600°C，高氯酸镁脱水石英管填装量为l_3g，经过几次反应，需要重新干燥再生。操作步骤(C)中空气经过质量流量计后通过TCD检测器的参比端，再到六通阀 ⑶。操作步骤(e)中反应器内径10mm，催化剂装填量l_3g，装填高度大约是8_14mm，两边石英棉高度2mm-5mm。反应温度在200-500°C。操作步骤(e)中原料泵流量范围5-100ml/h，正常进料量10_50g/h。操作步骤(f)中，分液罐后有背压阀，关闭背压阀，可实现反应器中的带压实验， 压力范围是0. 6MPa-l. 2MPa。操作步骤(i)氧化铜装填量为lg_3g，转化炉温度500°C，一氧化碳转全部转化为二氧化碳。实施例1利用碳黑燃烧进行基准测量。(a)当催化剂评价和定碳都没有进行时，打开稳压阀⑴和质量流量计(2)，电动六通阀1(3)切换到氮气气路进入反应器，三通阀(4)切换到氮气气路上，高纯氮气通过质量流量计(2)控制流量后，进入反应器吹扫，经电动六通阀11(6)和分液罐(7)后直接放空。(b)碳黑基准测量将一定量碳黑装填至反应炉(5)中，密封。按步骤(a)用氮气吹扫气路，温度控制仪06)把反应炉( 升高到烧碳温度。(c)打开第二稳压阀(14)和第二质量流量计(15)，空气经色谱TCD热导检测器(16)的参比端到电动六通阀I (3)，在进入反应器(31)中。烧碳后的混合气体经电动六通阀I (3)，电动六通阀II (6)和四通阀1(19)，进入一氧化碳转换炉(22)，转化温度为500-600°C，经过四通阀IK20)将二氧化碳切进高氯酸镁脱水石英管(21)，脱水后经六通阀(17)进入色谱TCD热导检测器(16)的检测端。根据色谱响应曲线得到碳黑的色谱响应值。(d)重复步骤(b)和(c)，改变碳黑装填量，得到新的碳黑烧碳的色谱响应值，对数据进行回归得到碳黑烧碳的标准曲线。本方法中碳黑装填量为49. ;3mg、109. 6mg、129. 9mg和150. Img,反应炉烧碳温度设定为650°C，一氧化碳转化炉温度为550°C，得到的峰面积为分别为3^993701. 2、 885406171. 9、1023406171. 5和1235406171. 7，经过回归分析得到碳黑烧碳的标准曲线为y =lE-ΙΟχ+Ο. 00 ，相关系数为0. 9971，碳黑质量与二氧化碳在色谱峰响应值线性相关较好。实施例2在本实用新型装置中切换催化剂评价实验和催化剂定碳反应。(e)催化剂评价反应将一定量催化剂装填至反应炉(5)中，密封。打开截止阀 (12)，原料泵(13)，将三通阀(4)切换到原料管路。原料通过微量原料泵进料，在微反炉子装催化剂前的那段管线气化，反应器由温度控制仪设定控制反应温度。(f)原料在反应器中反应后经过经电动六通阀11(6)和分液罐(7)后直接放空。电动六通阀11(6)在恒温箱中，保证产物的气态，通过改变鼓泡和检测状态将反应产物气体切入到色谱FID氢焰检测器(11)，完成在线检测。(g)根据色谱分析结果考察催化剂的失活状态。(h)催化剂定碳 催化剂评价结束后关闭原料泵(13)。打开稳压阀(1)和质量流量计O)，电动六通阀I (3) 切换到氮气气路进入反应器，三通阀(4)切换到氮气气路上，氮气通过质量流量计O)，进入反应器吹扫。(i)吹扫一定时间后，通过温度控制仪升高反应器温度到烧碳温度，重复步骤(c)得到催化剂经烧碳后二氧化碳的色谱响应值。(j)根据步骤(d)得到的烧碳的标准曲线计算得到催化剂焦炭含量。在本实用新型装置上以硅铝磷分子筛为催化剂，催化剂原粉装填量3g，石英砂装填量3g，纯原料进样，分压IOlKpa,空速=101Γ1，反应器的温度为300°C。当醇剂比为1时， 原料的转化率为100%，产物的选择性为86.4%，醇剂比为2. 5时，原料转化率为100%， 产物的选择性为88.8%。通过电动三通转换进行催化剂烧碳，得到二氧化碳峰面积为 1842535195. 3，根据碳黑烧碳的标准曲线计算得到催化剂附着焦炭质量为0. 1866g，得到催化剂焦炭含量6. 22%。实施例3在本实用新型装置上以改性的硅铝磷分子筛为催化剂，催化剂装填量3g，石英砂装填量3g，纯原料进样，分压IOlKpa,空速=101Γ1，反应器的温度为300°C。当醇剂比为1时，原料的转化率为100%，产物的选择性味89.4%，醇剂比为2. 5时，原料转化率为 82%，产物的选择性为92. 3%。通过电动三通转换进行催化剂烧碳，得到二氧化碳峰面积为1101237773. 4，根据碳黑烧碳的标准曲线计算得到催化剂附着焦炭质量为0. 11125g，得到催化剂焦炭含量3. 75%。
权利要求1. 一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置，包括稳压阀(1)，氮气管路通过所述稳压阀(1)、质量流量计( 与电动六通阀I ( 连接，电动六通阀I ( 通过管路依次与三通阀G)，反应炉(5)连接，反应炉(5)通过管路与电动六通阀II (6)连接，电动六通阀 11(6)通过管路依次与电动六通阀I (3)、分液罐(7)的顶部连接，分液罐(7)的顶部设置有背压阀(8)，分液罐(7)的底部设置有放水阀(9)；色谱载气(10)通过管路依次与电动六通阀II (6)和色谱FID氢焰检测器(11)连接；截止阀(1 通过管路依次与原料泵(13)、三通阀⑷连接，第二稳压阀(14)通过管路依次与第二质量流量计(15)、色谱TCD热导检测器 (16)、电动六通阀I (3)、四通阀I (19)、六通阀(17)连接后再与色谱TCD热导检测器(16) 连接，管道通过第二截止阀(18)与六通阀(17)连接；其特征是反应炉(5)包括反应器(31)，所述反应器(31)内设置有催化剂(25)，在所述催化剂0 的上表面和下表面设置有预热段保温棉(M)，加热装置设置在所述反应器(31)的外表面，温度控制仪06)的热电偶插入到反应器(31)的催化剂05)的位置测量和控制反应器(31)温度；一氧化碳转换炉0 包括Y型石英玻璃管(27)，用于氧化一氧化碳的氧化铜08)设置在所述Y型石英玻璃管的一个臂上，所述Y型石英玻璃管(XT)设置在电加热装置09) 中，热电偶(30)设置在所述电加热装置09)中，所述Y型石英玻璃管(XT)的一个端口通过管道依次与所述四通阀I (19)、四通阀II 00)连接后再与所述Y型石英玻璃管(XT)的另一个端口连接，高氯酸镁脱水石英管通过管道与所述四通阀II 00)连接后再与所述高氯酸镁脱水石英管连接。
专利摘要本实用新型公开了一种可切换催化剂评价和催化剂定碳的微反装置，该装置包括反应炉、分液罐、色谱FID氢焰检测器、一氧化碳转换炉，本实用新型的装置能实现催化剂评价的在线分析，完成对催化剂活性和失活的考察，催化剂经烧碳后与标定碳黑的标准曲线进行对比，可以得到催化剂焦炭含量，通过简单的电动六通阀的控制实现催化剂评价与催化剂定碳之间的切换。实验过程操作简单，并且能够对反应温度，压力，流量等条件进行精确的控制。
文档编号G01N30/20GK201993346SQ20102069001
公开日2011年9月28日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘 文, 刘楠, 孙世谦, 孙艳行, 宋辉, 张媛, 张蒙, 曹振岩, 梁莹, 王志文, 王海国, 袁学民, 钱震 申请人:中国天辰工程有限公司, 天津天辰绿色能源工程技术研发有限公司