专利名称：一种多种气氛动态热重-差热分析仪及其在模拟评价烟气硫转移性能的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于炼油工业领域，特别涉及一种多种气氛动态热重-差热分析仪，可分 别模拟多种反应气氛并在其间灵活切换，同时实现在线分析，评价催化裂化烟气硫转移剂 的硫转移性能。
背景技术：
石油化工领域中的催化裂化过程是汽油、柴油、液化气、丙烯等重要能源和化工原 料的主要产出过程之一。随着近年来原料的重质化和劣质化，导致原料内部硫含量不断增 加，从而致使催化裂化再生烟气中S0X(S02和SO3的统称)的排放量不断增加，造成更加严 重的环境污染。随着环境保护法规的日益严格和环保意识的增强，必须对催化裂化装置中 SOx的排放进行有效控制。通过使用硫转移剂可以明显降低催化裂化再生烟气中SOx的排 放，而且可以将再生烟气中的SOx转化为H2S,然后通过Claus工艺将H2S转化为硫磺进行 回收。国内外对硫转移剂的研究工作已经开展了很多年，实验室的先期工作多采用改装热 重天平进行硫转移剂的性能评价和筛选，然后再采用固定床或小型流化床模拟装置进行进 一步的模拟评价。但由于腐蚀、模拟气氛单一以及标准化等问题，一直没有成型的、操作简 便灵活的小型性能评价和筛选设备面市。对于硫转移剂的氧化吸附二氧化硫生成硫酸盐然后在氢气或烃氛围下将硫酸盐 还原成硫化氢这一过程，利用热重-差热分析(TG-DTA)来研究这一过程具有简单、方便、快 速、准确、廉价的特点。将得到的热重曲线进行处理，可以计算出硫转移剂的硫负载能力以 及还原能力，为硫转移剂的性能评价和配方筛选提供一个简便快捷的方法。结合热重曲线 和差热曲线可以找到硫转移剂最适合的氧化吸附温度和还原温度。目前，绝大多数热重_差热分析仪都有气氛控制系统，可控制简单气氛，但气路简 单，切换方式单调，模拟复杂气氛需借助标准气体的调配，灵活性差且价格昂贵，而且对于 腐蚀性气氛、可燃性气氛难以长期稳定实现。尤其对于模拟催化裂化烟气硫转移剂的工作 环境来说，二氧化硫氧化氛围和氢气氛围(或烃氛围)难以稳定模拟并自由切换。有些解 决方案采取配标气的方法来达到稳定模拟氛围的目的，但是如果需模拟多种复杂氛围就需 要多种标气，难度大，而且成本高。
发明内容
本发明的目的就是解决上述热重_差热分析仪器中所存在的气氛控制问题，提供 一种多种气氛动态热重_差热分析仪，该仪器具备一组或多组气体调节和混合系统，在有 保护气的条件下还可以通入各种气氛——如腐蚀性气氛、可燃性气氛等，可在常压、微正压 或负压下模拟一种或多种气氛氛围并可在多种气氛下切换。测试时，在程序控温条件下，可 以通过气氛控制在复杂气氛下，实时记录热处理过程中样品的重量和温度的变化，并且进 行热重分析和差热分析，达到复杂气氛下的动态原位测试的目的。由于气氛灵活多变的可调性，本发明对多种复杂氛围的模拟，尤其是对催化裂化反应再生过程的模拟更加逼真，提 高了数据和结论的可靠性。本发明还可以应用于其它有复杂气氛需求的气固反应模拟测试 过程。如附图1所示，本发明提供的多种气氛动态热重-差热分析仪包括保护气路、多组 反应气路、吹扫气路、切换阀、测试反应器、排空口、尾气吸收装置、电热炉。测试反应器中有 放置样品的坩埚和参比坩埚，坩埚放在支撑杆上。保护气路中保护气体依次连接稳压阀、稳 流阀、流量计、天平容器，而后保护气路连接测试反应器的下端；吹扫气路中吹扫气体连接 稳压阀、稳流阀、流量计、混合器，然后吹扫气路连接切换阀；多组反应气路中的每组反应气 路的每种反应气体连接稳压阀、稳流阀、流量计，然后连接入混合器，混合器连接切换阀；切 换阀连接测试反应器的上端；排空口位于测试反应器的下端，后面连接尾气吸收装置，然后 排空。保护气体和吹扫气体为惰性气体，包括氮气或氩气。上述多种气氛动态热重_差热分析仪的尾气吸收装置之后连接真空设备，可抽真 空置换系统中的气体或使测试反应器内部保持一定的负压。上述多种气氛动态热重-差热分析仪的排空口与尾气吸收装置之间可增加气体 浓度在线检测仪器、气相色谱、质谱中的一种或几种，对排出的尾气进行组成即时或累计分 析，结合热重_差热数据分析反应进程。保护气体和反应气体分为两路独立进入测试反应器，保护气体直接进入天平容 器，再与由测试反应器来的反应气体一起从排空口排出，一方面可以避免反应气体进入天 平容器，造成对天平内部的精密器件的腐蚀或污染，另一方面可以避免保护气体进入测试 反应器的反应区，防止对反应气的组成产生干扰，破坏反应氛围的稳定。在测试过程中可以 根据需要进行不同气氛的切换，如果待切换的两种气氛之间可能发生不期望的反应，则在 切换之间可以先进行惰性气体吹扫。本发明提供的多种气氛动态热重-差热分析仪在模拟评价烟气硫转移性能的应 用。具体可模拟二氧化硫氛围(氧化吸附二氧化硫生成硫酸盐)和氢气或烃氛围(将硫酸 盐还原成硫化氢)，评价催化裂化烟气硫转移剂的硫转移性能。利用本发明的多种气氛动态 热重-差热分析仪模拟评价烟气硫转移性能的方法如附图2所示，把盛有硫转移剂样品的 坩埚放在样品支撑杆上，并放好参比坩埚，装配好测试反应器和所有气路之后，经稳压阀、 稳流阀、流量计向天平容器通入保护气体，然后从下端进入测试反应器；吹扫气体经过稳压 阀、稳流阀、流量计、混合器，然后从上端通入测试反应器，置换系统空气；每组反应气路中 每种反应气体通过稳压阀、稳流阀、流量计，在混合器中混合形成混合气，从上端进入测量 反应器，形成实验所需的气氛氛围；切换阀可以在不同组反应气路和吹扫气路之间进行切 换；电热炉程序升温；所有气体由排空口进入尾气吸收装置后排空。所述反应气路可以为氧化混合气体或还原混合气体。氧化混合气体为氮气、二氧 化硫、氧气混合气体，模拟催化裂化再生器气体氛围，模拟二氧化硫被氧化吸附形成硫酸盐 的反应。还原混合气体为氮气、氢气或丙烷混合气体；模拟催化裂化提升管反应器气体氛 围；模拟硫酸盐被还原成硫化氢的反应。分析硫转移剂的重量变化情况，可以对其硫转移性 能如氧化吸附速率、氧化吸附饱和容量、还原速率、还原程度等进行评估、筛选。所述的保护气体和吹扫气体为惰性气体，包括氮气或氩气。
本发明设计的多种气氛动态热重_差热分析仪，其优点是该仪器可通过一组或多 组气体调节和混合系统调配并提供所需不同的多组分混合气体，在保护天平内部精密器件 不被腐蚀的前提下，可以对测试反应器内的气氛根据需要进行切换，模拟复杂变化的反应 气氛，实现动态原位测试。对于模拟生产工艺，试制新产品，快速评价、筛选，提供了更强的 模拟能力和研究手段。
图1为本发明设计的多种气氛动态热重_差热分析仪流程方框图。图2为本发明设计的多种气氛动态热重-差热分析仪模拟烟气硫转移剂性能评价 的流程方框图。
具体实施例方式以下用实施例结合附图2详细说明。实施例1 如图2所示，利用本发明的多种气氛动态热重_差热分析仪模拟二氧化硫在硫转 移剂的作用下被氧化吸附形成硫酸盐的过程。把盛有硫转移剂样品的坩埚放在样品支撑杆 上，并放好参比坩埚，装配好测试反应器和所有气路之后，经稳压阀、稳流阀、流量计向天平 容器通入保护气体氮气，然后从下端进入测试反应器；经过稳压阀、稳流阀、流量计、混合器 从测试反应器上端通入吹扫气体氮气，置换系统空气；置换干净后，保持恒定流量的保护气 体，切换阀将吹扫气路切换到反应气路，反应气体氮气、二氧化硫、氧气分别通过稳压阀、稳 流阀、流量计之后在混合器中混合形成混合气体，从上端进入测量反应器；电热炉开始程序 升温，同时进行动态原位测试；所有气体由排空口进入尾气吸收装置后排空，尾气吸收装置 采用氢氧化钠碱液吸收。模拟反应结束之后用吹扫气体氮气吹扫，同时降温至室温。测试 过程中由计算机采集、记录、运算数据并绘图，分析硫转移剂的重量变化情况和热量变化情 况，可以分析在一定比例的反应气条件下硫转移剂开始氧化吸附二氧化硫的温度、氧化吸 附速率随温度变化的情况以及二氧化硫的最大氧化吸附量。实施例2 如图2所示，利用本发明的多种气氛动态热重_差热分析仪模拟二氧化硫在硫转 移剂的作用下被氧化吸附形成硫酸盐然后再被还原成硫化氢的过程。把盛有硫转移剂样 品的坩埚放在样品支撑杆上，并放好参比坩埚，装配好测试反应器和所有气路之后，经稳压 阀、稳流阀、流量计向天平容器通入保护气体氩气，然后从下端进入测试反应器；经过稳压 阀、稳流阀、流量计、混合器从测试反应器上端通入吹扫气体氩气，置换系统空气；置换干净 后，保持恒定流量的保护气体和吹扫气体，电热炉程序升温至模拟催化裂化再生器温度后 开始恒温，切换阀将吹扫气路切换到反应气路中的氧化反应气体，氧化反应气体氮气、二氧 化硫、氧气分别通过稳压阀、稳流阀、流量计之后在混合器中混合形成混合气体，从上端进 入测量反应器，模拟二氧化硫被氧化吸附形成硫酸盐的反应；反应达到饱和之后用吹扫气 体氩气吹扫，同时降温至室温；保持恒定流量的保护气体，切换阀将吹扫气路切换至还原反 应气体气路，还原反应气体氮气、丙烷分别通过稳压阀、稳流阀、流量计之后在混合器中混 合形成混合气体，从上端进入测量反应器，电热炉再次开始程序升温进行动态原位测试，将最高温度设置为70(TC ；所有气体由排空口进入尾气吸收装置后排空，尾气吸收装置采用氢 氧化钠碱液和双氧水吸收。模拟反应结束之后用吹扫气体氩气吹扫，同时降温至室温。测 试过程中由计算机采集、记录、运算数据并绘图，分析硫转移剂的重量变化情况和热量变化 情况，可以分析在一定比例的反应气条件下硫转移剂氧化吸附二氧化硫之后形成的硫酸盐 被还原的起始温度、还原速率随温度变化的情况以及被还原程度。实施例3 如图2所示，利用本发明的多种气氛动态热重_差热分析仪模拟二氧化硫在硫转 移剂的作用下被氧化吸附形成硫酸盐然后再被还原成硫化氢的过程。把盛有硫转移剂样 品的坩埚放在样品支撑杆上，并放好参比坩埚，装配好测试反应器和所有气路之后，经稳压 阀、稳流阀、流量计向天平容器通入保护气体氮气，然后从下端进入测试反应器；经过稳压 阀、稳流阀、流量计、混合器从测试反应器上端通入吹扫气体氩气，置换系统空气；置换干净 后，保持恒定流量的保护气体和吹扫气体，电热炉程序升温至模拟催化裂化再生器温度后 开始恒温，切换阀将吹扫气路切换到反应气路，反应气体氮气、二氧化硫、氧气分别通过稳 压阀、稳流阀、流量计之后在混合器中混合形成混合气体，从上端进入测量反应器，模拟二 氧化硫被氧化吸附形成硫酸盐的反应；反应一定时间后用吹扫气体氩气吹扫，同时降温至 模拟催化裂化提升管反应器温度并开始恒温；切换阀将吹扫气路切换至还原反应气体气 路，还原反应气体氮气、氢气分别通过稳压阀、稳流阀、流量计之后在混合器中混合形成混 合气体，从上端进入测量反应器，模拟硫酸盐被还原成硫化氢的反应；反应一定时间之后再 切换至吹扫气体吹扫，升温至模拟催化裂化再生器温度并开始恒温，切换阀将吹扫气路切 换到反应气路，反应气体氮气、二氧化硫、氧气分别通过稳压阀、稳流阀、流量计之后在混合 器中混合形成混合气体，从上端进入测量反应器，模拟二氧化硫被氧化吸附形成硫酸盐的 反应，如此进行下一轮的氧化吸附成硫酸盐-还原成硫化氢的循环；所有气体由排空口进 入尾气吸收装置后排空，尾气吸收装置采用氢氧化钠碱液吸收。测试过程中由计算机采集、 记录、运算数据并绘图，分析硫转移剂的重量变化情况，对其硫转移性能进行评估、筛选。
权利要求
一种多种气氛动态热重 差热分析仪，其特征在于，该分析仪包括保护气路、多组反应气路、吹扫气路、切换阀、测试反应器、排空口、尾气吸收装置、电热炉；测试反应器中有放置样品的坩埚和参比坩埚，坩埚放在支撑杆上；保护气路中保护气体依次连接稳压阀、稳流阀、流量计、天平容器，而后保护气路连接测试反应器的下端；吹扫气路中吹扫气体连接稳压阀、稳流阀、流量计、混合器，然后吹扫气路连接切换阀；多组反应气路中的每组反应气路的每种反应气体连接稳压阀、稳流阀、流量计，然后连接入混合器，混合器连接切换阀；切换阀连接测试反应器的上端；排空口位于测试反应器的下端，后面连接尾气吸收装置，然后排空。
2.根据权利要求1所述的一种多种气氛动态热重-差热分析仪，其特征在于，尾气吸收 装置之后连接真空设备。
3.根据权利要求1或2任意所述的一种多种气氛动态热重-差热分析仪，其特征在于， 热重-差热分析仪排空口与尾气吸收装置之间增加气体浓度在线检测仪器、气相色谱、质 谱中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2任意所述的一种多种气氛动态热重-差热分析仪，其特征在于， 所述的保护气体和吹扫气体为惰性气体，包括氮气或氩气。
5.根据权利要求3所述的一种多种气氛动态热重-差热分析仪，其特征在于，所述的保 护气体和吹扫气体为惰性气体，包括氮气或氩气。
6.一种利用多种气氛动态热重_差热分析仪模拟评价烟气硫转移性能的方法，其特征 在于，把盛有硫转移剂样品的坩埚放在样品支撑杆上，并放好参比坩埚，装配好测试反应器 和所有气路之后，经稳压阀、稳流阀、流量计向天平容器通入保护气体，然后从下端进入测 试反应器；吹扫气体经过稳压阀、稳流阀、流量计、混合器然后从上端通入测试反应器，置换 系统空气；每组反应气路中每种反应气体通过稳压阀、稳流阀、流量计，在混合器中混合形 成混合气，从上端进入测试反应器，形成测试所需的气氛氛围；切换阀可以在不同组反应气 路和吹扫气路之间进行切换；电热炉程序升温；所有气体由排空口进入尾气吸收装置后排 空。
7.根据权利要求6所述的一种利用多种气氛动态热重_差热分析仪模拟评价烟气硫转 移性能的方法，其特征在于，所述的反应气路为氧化混合气体或还原混合气体，氧化混合气 体为氮气、二氧化硫、氧气混合气体，模拟催化裂化再生器气体氛围，模拟二氧化硫被氧化 吸附形成硫酸盐的反应；还原混合气体为氮气、氢气或丙烷混合气体，模拟催化裂化提升管 反应器气体氛围，模拟硫酸盐被还原成硫化氢的反应。
8.根据权利要求6或7任意所述的一种利用多种气氛动态热重_差热分析仪模拟评价 烟气硫转移性能的方法，其特征在于，所述的保护气体和吹扫气体为惰性气体，包括氮气或 氛气ο
全文摘要
本发明公开了属于炼油工业领域的一种多种气氛动态热重-差热分析仪，并研究了其在模拟评价烟气硫转移性能的应用。本发明的分析仪包括保护气路、多组反应气路、吹扫气路、切换阀、测试反应器、排空口、尾气吸收装置、电热炉。该仪器可通过一组或多组气体调节和混合系统调配并提供所需不同的多组分混合气体，可以对测试反应器内的气氛根据需要进行切换，模拟复杂变化的反应气氛，实现动态原位测试。特别是在微正压下模拟二氧化硫氛围和氢气氛围(或烃氛围)并在两者之间安全切换，在程序控温条件下，实时记录热处理过程中样品的重量和温度的变化，并且进行热重分析和差热分析，用于模拟评价催化裂化烟气硫转移剂的性能。
文档编号G01N25/22GK101907591SQ20101023082
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者卫敏, 吕志, 宋家庆, 徐向宇, 林彦军, 段雪, 江磊 申请人:北京化工大学