本发明涉及石油化工工程开发技术领域，具体而言，涉及一种用于流化床装置催化剂的在线定碳系统、其在线定碳评价方法以及流化床装置。
背景技术：
石油化工行业正在推进智能工厂建设，在未来建立的炼油单元中在线智能检测系统是重要环节。
流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器，设有催化剂循环及再生系统，催化剂在反应器和再生器之间循环移动，反应后含有积碳的催化剂在再生器内连续再生，然后再输送回反应器进行反应。流化床反应器因其温度均匀、传热系数大、换热面积小、催化剂分布均匀活性稳定而广泛应用于催化裂化等工艺。
然而现有的流化床反应器的催化剂只能根据经验或间歇从装置取催化剂样品分析获得其状态信息，定碳分析效率低、分析不同步。因数据结果滞后致使其对装置操作和反应状态判断的指导意义下降，往往是催化剂明显失活时才可判断。因此，对反应、再生过程中的催化剂进行连续实时分析测定，获得其定碳的实时数据，可以为调整装置操作提供快速可靠的判定依据，对建立石油化工智能工厂的在线检测系统意义重大。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种用于流化床装置催化剂的在线定碳系统，其能够在不间断流化床装置工作的情况下，实时测量催化剂的积碳量，提高催化剂定碳的分析速率，快捷方便。
本发明的第二目的在于提供一种流化床装置，其包括能够在不间断流化床装置工作的情况下，实时测量催化剂的积碳量，提高催化剂定碳分析速率的在线定碳系统，该流化床装置能够实时知晓催化剂的活性，能够及时了解流化床装置操作情况和反应状态，工作效率高。
本发明的第三目的在于提供一种对流化床装置催化剂的在线定碳评价方法，其能够采用上述在线定碳系统进行催化剂积碳量监测，能够在短时间内，实时地检测催化剂积碳量的状态。
本发明的实施例是这样实现的：
一种用于流化床装置催化剂的在线定碳系统，其包括：第一催化剂输送管、烧焦测量反应器、烧焦烟气输送管以及烟气分析仪；
第一催化剂输送管的出料端与烧焦测量反应器连通，第一催化剂输送管的进料端用于与流化床装置的催化剂出料端连接；
烧焦烟气输送管的进气端与烧焦测量反应器连接，烧焦烟气输送管的出气端与烟气分析仪连接。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳系统还包括：催化剂定量装置；
第一催化剂输送管的出料端通过催化剂定量装置与烧焦测量反应器连通。
在本发明较佳的实施例中，上述第一催化剂输送管的出料端连接于催化剂定量装置的底部。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳系统还包括：催化剂外排管；
催化剂外排管的进料端与烧焦测量反应器连接且用于将烧焦后的催化剂排出至在线定碳系统外。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳系统还包括：用于将烧焦后的催化剂输送至流化床装置的第二催化剂输送管；
第二催化剂输送管的进料端与催化剂外排管连接，第二催化剂输送管的出料端用于连接至流化床装置的催化剂进料端。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳系统还包括：用于往烧焦测量反应器输送含氧气体、氮气或二者的混合气体的气体输送管；
气体输送管的进气端连接有用于输送含氧气体的含氧气体输送管和用于输送氮气的氮气输送管，气体输送管的出气端与烧焦测量反应器连接；
含氧气体输送管的出气端与气体输送管连接，含氧气体输送管的进气端与含氧气体发生器或含氧气体气源连接；
氮气输送管的出气端与气体输送管连接，氮气输送管的进气端与氮气发生器或氮气气源连接。
在本发明较佳的实施例中，上述含氧气体输送管与气体输送管通过三通连接，氮气输送管与气体输送管通过三通连接。
在本发明较佳的实施例中，上述含氧气体输送管、氮气输送管以及气体输送管均设有稳压阀、压力表以及流量计。
在本发明较佳的实施例中，上述烧焦烟气输送管的内部设有用于对烟气进行过滤的过滤器。
在本发明较佳的实施例中，上述第一催化剂输送管均设有稳压阀、压力表以及流量计。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳系统还包括：烟气外排管；烟气外排管的进气端与烟气分析仪连接用于将经积碳测量后的烟气从烟气分析仪中排出。
一种流化床装置，其包括有上述的在线定碳系统，在线定碳系统的第一催化剂输送管的进料端与流化床装置的催化剂出料端连接。
一种对流化床装置催化剂的在线定碳评价方法，其包括：采用上述在线定碳系统对流化床装置中的催化剂进行积碳量检测。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳评价方法包括催化剂的采集与填装步骤，该采集和填装步骤包括有将催化剂连续地从流化床装置的催化剂出料端取出通过在线定碳系统的第一催化剂输送管输送至烧焦测量反应器中进行烧焦反应。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳评价方法包括烧焦测量反应的升温步骤，该升温步骤包括将上述烧焦测量反应器升温至一定温度，优选为升温至450～700℃。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳评价方法包括催化剂的流化步骤，该流化步骤包括调整烧焦测量反应器上的氮气输送管中的氮气流量，使催化剂进入流化状态，然后在该状态保持一定时间(优选为1～5min)使催化剂温度达到烧焦反应温度，优选为550℃～650℃。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳评价方法包括催化剂的烧焦步骤，该烧焦步骤包括控制烧焦测量反应器上含氧气体输送管中含氧气体流量计，使氧气和氮气的比例达到(14～16)：100，开始催化剂烧焦反应。
在本发明较佳的实施例中，上述在线定碳评价方法包括数据采集与传输步骤，该数据采集与传输步骤包括从烧焦测量反应器中通入含氧气体开始计时烧焦一定时间，烧焦计时10～60min，进一步优选地，烧焦计时10～20min，将催化剂烧焦后产生的烟气输送至烟气分析仪中进行烟气分析，然后将烟气数据输送至数据处理终端。
在本发明较佳的实施例中，上述烟气分析包括采集烟气中co2、co以及o2的数据，并通过烟气分析仪的烟气表采集烧焦过程产生的烟气流量，然后通过定碳公式计算催化剂的积碳量；定碳公式为：定碳数值＝(co2浓度+co浓度)ⅹ烟气流量/烟气摩尔体积常数ⅹc摩尔质量/催化剂质量ⅹ100％，得到催化剂定碳的分析结果。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供的一种用于流化床装置催化剂的在线定碳系统，其包括有第一催化剂输送管、烧焦测量反应器、烧焦烟气输送管以及烟气分析仪。第一催化剂输送管能够将催化剂从流化床装置的催化剂出料端中部分导出，并输送至烧焦测量反应器以及烟气分析仪中进行测量分析，得到催化剂积碳量。该在线定碳系统能够在不间断流化床装置工作的情况下，实时测量催化剂的积碳量，提高催化剂定碳的分析速率，快捷方便，实用性强。
本发明实施例还提供一种流化床装置，其包括有上述在线定碳系统，该系统能够实时监测流化床装置中催化剂的活性状态，通过定碳数据的变化情况便于生产者了解流化床装置的操作情况的反应状态，选择在合适的时间添加催化剂或对催化剂进行再生等操作，为生产提供重要数据，保持流化床装置的正常运转。
此外，本发明实施例还提供一种流化床装置催化剂的在线定碳评价方法，其采用上述在线定碳系统进行催化剂积碳量监测，能够在短时间内，实时监测催化剂积碳量，为调整流化床装置操作提供快速可靠的判定依据，对建立石油化工智能工厂的在线检测系统意义重大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的在线定碳系统的结构示意图。
图中：10-在线定碳系统；101-第一催化剂输送管；107-烧焦测量反应器；109-第二催化剂输送管；110-催化剂外排管；111-气体输送管；113-氮气输送管；115-氮气发生器或氮气气源；117-含氧气体输送管；119-含氧气体发生器或含氧气体气源；120-烧焦烟气输送管；121-烟气分析仪；122-烟气外排管；123-数据处理终端；200-流化床装置；201-反应器；203-再生器；210-催化剂外循环管。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
第一实施例
请参照附图1，本实施例提供的一种用于流化床装置催化剂的在线定碳系统10，其包括有：
第一催化剂输送管101、烧焦测量反应器107、烧焦烟气输送管120、烟气分析仪121、催化剂外排管110、第二催化剂输送管109、气体输送管111、烟气外排管122以及催化剂定量装置。该在线定碳系统10可以在线、实时地检测流化床装置200中催化剂的积碳量，以确定流化床装置200中催化剂的活性状态。
进一步地，第一催化剂输送管101的出料端与烧焦测量反应器107连接，第一催化剂输送管101的进料端用于与流化床装置200的催化剂出料端连接；烧焦烟气输送管120的进气端与烧焦测量反应器107连接，烧焦烟气输送管120的出气端与烟气分析仪121连接。
具体地，第一催化剂输送管101的作用是将流化床装置200的中的催化剂部分导出并输送至烧焦测量反应器107中，然后进行催化剂的烧焦测量反应。
需要说明的是，在其他实施例中，在线定碳系统10还可以包括有催化剂外循环管以及催化剂定量装置，催化剂外循环管的出料端与进料端均与流化床装置存在催化剂的位置连通，建立一个流化床装置外的催化剂小循环。在该情况下，第一催化剂输送管101的进料端连接于催化剂外循环管上。第一催化剂输送管101的出料端通过催化剂定量装置与烧焦测量反应器107连通。催化剂定量装置能够对第一催化剂输送管101导出的部分催化剂进行质量、体积或其二者的定量，再将定量后的催化剂输送至烧焦测量反应器107中进行烧焦反应。催化剂定量装置以及催化剂外循环管能够间歇的将催化剂从流化床装置中导出，进行测量。
进一步地，第一催化剂输送管101的出料端连接于催化剂定量装置的底部。在本实施例中，第一催化剂输送管101连续不断地将催化剂输送至烧焦测量反应器107中进行测量，因此，需要从烧焦测量反应器的底部输送催化剂，以增大催化剂能够在烧焦测量反应器中流通性。
进一步地，第一催化剂输送管101设有稳压阀、压力表以及流量计。在本实施例中，催化剂从流化床装置中提取出时，通过第一催化剂输送管101设有稳压阀、压力表以及流量计对催化剂的流量进行控制，使在测量过程中，进入烧焦测量反应器107的催化剂在单位时间内是稳定的。
具体地，在本实施例中，烧焦测量反应器107连接有加热炉、温度测量仪以及压力测量仪，且烧焦测量反应器107通过加热炉进行温度控制。
气体输送管111，其进气端连接有用于输送含氧气体的含氧气体输送管117和用于输送氮气的氮气输送管113，气体输送管111的出气端与烧焦测量反应器107连通。
含氧气体输送管117的出气端与气体输送管111连接，含氧气体输送管117的进气端与含氧气体发生器或含氧气体气源119连接。氮气输送管113的出气端与气体输送管111连接，氮气输送管113的进气端与氮气发生器或氮气气源115连接。需要说明的是，含氧气体输送管117输送纯纯氧气或含有含氧气体，气体输送管111输送含氧气体、含氧气体和氮气的混合气体或空气。含氧气体输送管117和氮气输送管113的分离设置，能够调控氧气和氮气的比例，使氧氮比达到烧焦要求，有利于更好地控制催化剂的烧焦反应。
进一步地，含氧气体输送管117与气体输送管111通过三通连接，氮气输送管113与气体输送管111通过三通连接。三通又称管件三通或者三通管件或三通接口，主要用于改变流体方向。在本实施例中，含氧气体输送管117、氮气输送管113与气体输送管111的外径相同，三通为等径三通。需要说明的是在其他实施例中，三通也可以采用异径三通，异径三通可以将外径不同于气体输送管111的含氧气体输送管117与氮气输送管113连接在一起。
此外，含氧气体输送管117、氮气输送管113以及气体输送管111均设有稳压阀、压力表以及流量计。在本实施例中，流量计为体积流量计，在其他实施例中，流量计可以为质量流量计。含氧气体输送管117的稳压阀、压力表以及流量计用于控制含氧气体的流量，氮气输送管113的稳压阀、压力表以及流量计用于控制氮气的流量，气体输送管111的稳压阀、压力表以及流量计用于控制含氧气体和氮气的混合气体的流量，以使含氧气体、氮气的比例满足催化剂的烧焦需求。
随后，催化剂烧焦后的烟气通过烧焦烟气输送管120进入到烟气分析仪121中进行分析。具体地，烟气分析仪121连接有数据处理终端123，例如，数据处理终端123可以是计算机或控制面板。
在本实施例中，烧焦烟气输送管120的内部设有用于对烟气进行过滤的过滤器。过滤器是为了过滤掉烟气中带着的细粉催化剂，过滤器能够延长烟气分析仪121的使用寿命，使分析结果能够更加精确。
进一步地，烟气外排管122的进气端与烟气分析仪121连接用于将烧焦反应产出的烟气从烟气分析仪121中排出。催化剂外排管110的进气端与烧焦测量反应器107连接，用于将烧焦后的催化剂排出至系统外。
第二催化剂输送管109的进料端与催化剂外排管110连接，第二催化剂输送管109的出料端用于连接至流化床装置200的催化剂进料端。
烧焦后的催化剂通过第二催化剂输送管109可以重新经流化床装置的催化剂外进料端回到流化床装置200中利用，绿色环保，节约成本，或者烧焦后的催化剂也可以通过催化剂外排管110的出气端排出系统外或用于过滤催化剂的过滤装置中。在本实施例中，烧焦后的催化剂即可以通过第二催化剂输送管109可以重新经流化床装置的催化剂进料端回到流化床装置200中利用，又可以通过催化剂外排管110的出气端排出系统外或用于过滤催化剂的过滤装置中。以下对本发明实施例的在线定碳系统的工作过程进行简要描述，当第一催化剂输送管101的进料端与流化床装置200的催化剂出料端连接时，第一催化剂输送管101可以将部分催化剂从催化剂出料端中输送至烧焦测量反应器107中。在气体输送管111以及与气体输送管相连的含氧气体输送管117和氮气输送管113的作用下，调节烧焦测量反应器107中氧气和氮气的比例，开始催化剂的烧焦反应。烧焦后的催化剂通过与烧焦测量反应器107相连的催化剂外排管110外排至大气中或外排至用于过滤催化剂的过滤装置中，烧焦后的催化剂还可以通过与催化剂外排管110的出料端相连的第二催化剂输送管109输送至流化床装置的催化剂进料端中。催化剂烧焦后的烟气通过烧焦烟气输送管120进入到烟气分析仪121中进行数据采集，采集的数据通过数据处理终端123进行分析得出催化剂的积碳量。
第二实施例
本实施例提供一种流化床装置200，其包括有流化床装置以及第一实施例提供的在线定碳系统10，请再次参照附图1，图1中的箭头为催化剂的流向指向或烟气的流向指向。
具体地，流化床装置包括有反应器201和再生器203，反应器201和再生器203之间设有在线定碳系统10。在线定碳系统10的第一催化剂输送管101的进料端与流化床装置200的催化剂出料端连接，在线定碳系统10的第二催化剂输送管109的出料端与流化床装置200的催化剂进料端连接。
需要说明的是，在其他实施例中，流化床装置还可以包括有催化剂外循环管。催化剂外循环管的进料端连接反应器201，催化剂外循环管的出料端连接再生器203。或催化剂外循环管连接至流化床装置中含有催化剂的任何位置。以便提取流化床装置中的催化剂进行烧焦测量。
在线定碳系统10能够实时监测流化床装置200中再生循环的催化剂的积碳量，通过积碳量了解或者掌握催化剂的活性状况，便于生产者在合适的时间了解流化床装置操作情况和反应状态，选择在合适的时间添加催化剂或对催化剂进行再生等操作，为生产提供重要的数据支持，以保持流化床装置200的正常运转。
第三实施例
本实施例提供了使用第二实施例提供的流化床装置进行在线定碳评估的方法，具体步骤如下：
系统准备：
开启数据处理终端123，预热烟气分析仪121使烟气分析仪进入并保持就绪状态。将烧焦测量反应器107经加热炉以15℃/min的升温速率升温至600℃并保持在此温度；打开气体输送管111中氮气输送管113上的氮气流量计，吹扫反应测试系统；
催化剂的采集与填装：
将催化剂间歇或定时地从流化床装置200的催化剂出料端通过在线定碳系统10的第一催化剂输送管101输送至烧焦烟气输送管120中；
催化剂的流化：
通过调整烧焦测量反应器107上氮气输送管113中的氮气流量，使催化剂进入流化状态，然后在该状态保持2min使催化剂温度达到600℃；
催化剂的烧焦：
通过控制烧焦测量反应器107上含氧气体输送管117中含氧气体质量流量计，使含氧气体与氮气的比例为15：100，开始催化剂烧焦反应；
数据采集与传输：
从烧焦测量反应器107中通入含氧气体开始计时烧焦15min，催化剂烧焦反应产生的烟气通过烧焦烟气输送管120进入到烟气分析仪121中进行烟气分析，采集烧焦烟气中co2、co以及o2的数据，并通过烟气分析仪121的烟气表读取15min的产生的烟气流量，将数据传送至数据处理终端123进行分析，通过定碳公式计算催化剂的积碳量，定碳公式为：定碳数值＝(co2浓度+co浓度)ⅹ烟气流量/烟气摩尔体积常数ⅹc摩尔质量/催化剂质量ⅹ100％，得到催化剂定碳的分析结果。
烧焦反应持续进行，每15min进行一次分析得到定碳数据，通过连续测定催化剂的定碳数据，分析定碳数据的变化情况，以判断流化床装置的运行情况和催化剂的活性状态。
综上，本发明实施例提供的一种用于流化床装置催化剂的在线定碳系统，其包括有第一催化剂输送管、烧焦测量反应器、烧焦烟气输送管以及烟气分析仪；第一催化剂输送管的出料端与烧焦测量反应器连接，第一催化剂输送管的进料端用于与流化床装置的催化剂出料端连接；烧焦烟气输送管的进气端与烧焦测量反应器连接，烧焦烟气输送管的出气端与烟气分析仪连接。第一催化剂输送管能够将催化剂从流化床装置中部分导出，并输送至烧焦测量反应器以及烟气分析仪中进行测量分析，得到催化剂积碳量。其能够在不间断流化床装置工作的情况下，实时测量催化剂的积碳量，提高分析催化剂定碳的分析速率，快捷方便，实用性强。本发明实施例提供的流化床装置，其包括有上述在线定碳系统，能够在实时知晓催化剂的活性状态，提高工作效率。此外，本发明实施例提供的流化床装置催化剂的在线定碳评价方法，其采用上述在线定碳系统进行催化剂积碳量监测，能够在短时间内，实时地监测催化剂积碳量的状态，可以为调整装置操作提供快速可靠的判定依据，对建立石油化工智能工厂的在线检测系统意义重大。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。