CN103512966A - 硫回收催化剂活性评价装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种硫回收催化剂活性评价装置及试验方法。属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料。其特征在于：①.以鼓风式恒温电加热箱（6）替代绝热式电加热炉，反应器（7）安装在所述鼓风式恒温电加热箱（6）内：②.省去水预热器，蒸馏水经计量后直接进入安装在鼓风式恒温电加热箱（6）内的水气化电加热预热盘管（16）内气化；③.增设碱液吸收罐（12）④配有计算机控制系统（11）。提供了一种运行安全、稳定，反应器催化剂床层温差小、反应温度恒定、测试数据准确可靠、重复性好，安全环保、使用便捷的硫磺回收催化剂活性评价装置及试验方法。

Description

硫回收催化剂活性评价装置及试验方法

技术领域

本发明是一种硫回收催化剂活性评价装置及试验方法。属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料。

背景技术

随着经济的发展与技术进步，环保制度日益严格，对硫回收催化剂的使用性能提出了更高的要求。催化剂的活性评价，在硫回收催化剂的制造产品质量控制、硫回收催化剂研发过程中的性能指标测试、研发硫回收催化剂放大实验中的侧线分析和生产装置运行中的硫回收催化剂的应用跟踪分析及老化程度的监控等诸多方面，硫回收催化剂活性评价始终是至关重要的环节。可靠、准确的硫回收催化剂活性评价数据的，依赖于高效快捷的活性评价装置和评价方法。

目前，国内外使用的硫回收催化剂活性评价方法及微反装置大体相同，《石油与天然气化工》2008年增刊文章“硫磺回收及尾气处理催化剂活性评价方法”内有论述。该文献中介绍的催化剂活性评价方法存在一定缺点，如原料气中硫化物浓度高、危险性大，试验中易结硫、堵塞管线，影响试验进行；克劳斯活性与有机硫水解活性一起考察，互相之间发生干扰，不能准确考察试验效果。

《石油与天然气化工》33卷第4期“硫磺回收催化剂活性评价方法改进设想”也介绍了一种硫回收催化剂的活性评价装置。存在一定缺点，如加热方式不合适，系统上设置预热器使水汽化，然后水蒸汽通过管线进入反应器。由于预热器到反应器入口管线距离较长,使得反应器入口水蒸汽温度相比预热器处水蒸汽的温度会降低，实测预热器出口的蒸汽温度与反应器入口的蒸汽温度可相差30℃，不利于反应温度的稳定,影响催化剂活性评价反应的正常进行。此外,该微反装置控温系统采用绝热式电加热炉对反应器中催化剂进行加热，催化剂床层中插有热偶套管,设有上、中、下三个测温点，试验中反应器上下两端散热大于中间，使得中间温度高于两端，不利于反应温度的稳定。

综上所述，现有技术中存在如下不足：

1.原料气硫含量高时，存在安全隐患；

2.系统设备内易结硫，评价装置难以正常稳定运行；

3.测试数据误差大，重复性欠佳；

4.催化剂床层反应温度控制与指示偏差大，影响输出结果数据的准确性。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种运行安全、稳定，反应器催化剂床层温差小、反应温度恒定、测试数据准确可靠、重复性好，安全环保、使用便捷的硫回收催化剂活性评价装置。

本发明的目的还在于提供一种采用上述硫回收催化剂活性评价装置，对硫回收催化剂进行评价的试验方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

本发明的硫回收催化剂活性评价装置，包括减压阀、转子流量计、混合器、水预热器、微量计量泵、反应器、绝热式电加热炉、硫磺捕集器、冷凝器、色谱仪；待测混合气体与经水预热器气化后的水蒸汽一起通过置于绝热式电加热炉内的反应器催化剂床层，反应后的气体经硫磺捕集器，冷凝器分离出硫磺和水，再经色谱分析后，尾气排空；其特征在于：

①.以鼓风式恒温电加热箱6替代绝热式电加热炉，反应器7安装在所述鼓风式恒温电加热箱6内：该加热箱装有鼓风风扇,可使箱体中空气进行强制对流，以保持整个加热箱内温度恒定，反应器催化剂床层温差在1℃以下。

②.省去水预热器，蒸馏水经计量后直接进入安装在鼓风式恒温电加热箱6内的水气化电加热预热盘管16内气化后，与经混合气电加热预热盘管20预热后的混合气体一起通过安装在鼓风式恒温电加热箱6内的反应器7的催化剂床层；简化了装置的流程，预热后的气体温度可与反应温度一致，有利于反应温度的稳定。

③.增设碱液吸收罐12，反应后的气体经硫磺捕集器8，冷凝器9分离出硫磺和水，尾气再经碱液吸收罐12吸收后排空。有益于环境保护。

④.配有计算机控制系统11，由计算机、单回路调节器及可编程控制器组成；计算机控制系统11设置有高、低限报警装置，控制系统由计算机集中操作管理，或者在单回路调节器上操作，控制软件采取开环控制。控制系统11设立高低限报警、高高限紧急处理及TSS紧急停电三级报警功能，保证系统的安全性。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置的评价试验工艺流程是：氮气（含氧）、硫化氢、二硫化碳和二氧化硫气体由钢瓶气减压，再经质量流量计计量后进入混合器混合。蒸馏水经微量泵控制泵量进料，蒸馏水进入鼓风式恒温电加热箱中的预热盘管，在预热盘管中达到所需温度成为水蒸汽，水蒸汽和混合器出来的混合气经预热器预热后，在反应器入口汇合进入反应器反应。反应后的气体经硫磺捕集器，冷凝器分离出硫磺和水，再经色谱分析后，进入碱液吸收罐吸收后排放。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置，所述反应器7由不锈钢管制成，材质为316。材质优选为316L。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置，所述反应器中催化剂床层中插有热偶套管,设有上、中、下三个测温点。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置，其特征在于④中所述控制系统采用现场仪表和计算机控制，数据的自动采集、自动存储、自动打印，温度、流量及气体流量自动控制；显示带实时状态数据的工艺流程图及实时趋势图、历史趋势图。运行安全、稳定，反应器催化剂床层温差小、反应温度恒定、测试数据准确可靠、重复性好。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置用于硫回收催化剂活性评价的试验方法，其特征在于试验工艺条件如下：

本发明的硫回收活性评价装置用于硫回收催化剂活性评价的试验方法，其特征在于试验工艺条件如下：

是优选的技术方案。

本发明的的硫回收催化剂活性评价的试验方法，一种克劳斯硫磺回收催化剂活性评价试验方法是：以

为指标反应，评价硫回收催化剂克劳斯活性，入口气体组成为H₂S 2%、SO₂1%、O₂0.2%、H₂O 30%,其余为N₂；在此反应条件下，运转8小时，用气相色谱每小时分析一次入口气体组成及出口气体组成，根据下式计算催化剂的克劳斯转化率:

${\mathrm{\η}}_{h2S+\mathrm{SO}2}=\frac{M_0-M_1}{M_0}$

式中

M₀、M₁则分别代表入口及出口处H₂S和SO₂的体积浓度和。

本发明硫回收催化剂活性评价的试验方法，一种CS₂水解活性评价试验方法是：以CS₂+2H₂O→CO₂+2H₂S为指标反应，考察硫回收催化剂CS₂水解活性，入口气体组成为H₂S 2%、CS₂0.6%、SO₂1%、O₂0.2%、H₂O 30%,其余为N2；在此反应条件下，运转8小时，用气相色谱每小时分析一次入口气体组成及出口气体组成，根据下式计算催化剂的CS₂水解率:

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{CS}2}=\frac{C_0-C_1}{C_0}$

式中

C₀、C₁分别为入口及出口处CS₂的体积浓度。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置的应用，其特征在于适用于硫回收催化剂的制造企业产品质量控制、硫回收催化剂研发过程中的催化剂样品的性能指标测试、硫回收催化剂研发放大试验阶段的侧线分析和生产装置运行中的硫回收催化剂的应用跟踪分析及老化程度的监控指示。

本发明的硫回收催化剂活性评价装置相比现有技术有如下预期技术效果：

1.提供了一种运行安全、稳定，反应器催化剂床层温差小、反应温度恒定、测试数据准确可靠、重复性好，安全环保、使用便捷的硫磺回收催化剂活性评价装置。

2.提供了一种采用上述硫磺回收催化剂活性评价装置，对硫回收催化剂进行评价的试验方法。

3.以鼓风式恒温电加热箱6替代绝热式电加热炉，反应器7安装在所述鼓风式恒温电加热箱6内：该加热箱装有鼓风风扇,可使箱体中空气进行强制对流，以保持整个加热箱内温度恒定，反应器催化剂床层温差在1℃以下。

3.省去水预热器，蒸馏水经计量后直接进入安装在鼓风式恒温电加热箱6内的水气化电加热预热盘管16内气化后，与经混合气电加热盘管20预热后的混合气体一起通过安装在鼓风式恒温电加热箱6内的反应器7的催化剂床层；简化了装置的流程，预热后的气体温度可与反应温度一致，有利于反应温度的稳定。

4.增设碱液吸收罐12，反应后的气体经硫磺捕集器8，冷凝器9分离出硫磺和水，尾气再经碱液吸收罐12吸收后排空。有益于环境保护。

5.配有计算机控制系统，由计算机、单回路调节器及可编程控制器组成；计算机控制系统设置有高、低限报警装置，控制系统由计算机集中操作管理，或者在单回路调节器上操作，控制软件采取开环控制。控制系统设立高低限报警、高高限紧急处理及TSS紧急停电三级报警功能，保证系统的安全性。

6.试验数据准确、可靠,所测催化剂活性偏差在1%以下,数据重复性好。

附图说明

图1是本发明的硫回收催化剂活性评价装置及工艺流程示意图

图2是本发明的硫回收催化剂活性评价装置中的鼓风式恒温电加热箱结构及控温示意图

图中：

1－减压阀  2－质量流量计  3－混合器  4－水计量泵  5－截止阀  6－鼓风式恒温电加热箱  7－反应器  8－硫磺捕集  9－冷凝器  10－色谱仪  11－计算机控制系统  12－碱液吸收罐  13－混合气  14－蒸馏水  15－鼓风风扇  16－水气化电加热预热盘管  17－反应后气体  18－热偶套管  19－反应器  20－混合气电加热预热盘管  21－下测温点  22－中测温点  23－上测温点

图3是现有技术中的硫回收催化剂活性评价装置及工艺流程示意图

图4是现有技术中的硫回收催化剂活性评价装置中的绝热式电加热炉结构示意图

具体实施方式

本发明下面将结合实施例作进一步详述：

实施例1

在本发明的微反活性评价装置上，进行了不同温度下的控温测定，测得催化剂床层上、中、下三个测温点温度如表1。

表1  不同温度下的控温测定数据

催化剂床层上部温度/℃	199.4	229.4	269.5	299.8
					催化剂床层中部温度/℃	200.0	230.0	270.0	300.0
催化剂床层下部温度/℃	199.7	229.6	270.0	300.0

催化剂床层温差/℃

0.6

0.6

0.5

0.2

从表1可看出，催化剂床层温差在0.2～0.6℃的范围，均小于1℃。

实施例2

在本发明微反活性评价装置上，进行了不同空速下的控温测定，测得催化剂床层上、中、下三个测温点温度见表2。

表2  不同空速下的控温测定数据

反应空速/h-1	1500	2500	5000	10000
					催化剂床层上部温度/℃	229.7	229.4	229.3.	229.1
催化剂床层中部温度/℃	230.0	230.0	230.0	230.0
					催化剂床层下部温度/℃	230.0	230.0	229.6	229.8
催化剂床层温差/℃	0.3	0.6	0.7	0.9

从表2可看出，催化剂床层温差在0.3～0.9℃的范围，均小于1℃。

实施例3

以LS-300硫回收催化剂为考察对象，采用本发明的评价方法及微反活性评价装置，在反应器入口气体组成为H₂S 2%、SO₂1%、O₂2000ppm、H₂O 30%，其余为N₂，气体体积空速为2500h^-1的条件下，进行了不同反应温度下的克劳斯活性评价，结果见表3。

表3不同反应温度下的克劳斯活性评价结果

反应温度/℃	210	220	230	240	250	260
							克劳斯活性，％	88.2	83.2	78.5	77.0	72.2	70.1

实施例4

以LS-300硫回收催化剂为考察对象，采用本发明的评价方法及微反活性评价装置，在反应器入口气体组成为H2S 2%、CS20.6%，SO21%、O22000ppm、H2O 30%，其余为N2，气体体积空速为2500h^-1的条件下，进行了不同反应温度下的CS2水解活性评价，结果见表4。

表4不同反应温度下的CS2水解活性评价结果

反应温度/℃	260	280	300	320	340
						CS2水解活性，％	84.0	86.0	90.2	97.0	100.0

实施例5

以LS-300硫回收催化剂为考察对象，在反应器入口气体组成为H₂S 2%、SO₂ 1%、O₂ 2000ppm、H₂O 30%，其余为N₂，反应温度为230℃，气体体积空速为2500h^-1的反应条件下，在本发明微反装置上进行了4次克劳斯活性评价，结果见表5。

表5  克劳斯活性的重复性评价结果

反应温度/℃	230	230	230	230
					克劳斯活性，%	79.1	78.7	78.9	78.9

由表5可以看出，在同一反应条件下评价4次，所测克劳斯活性的偏差在0.5%以内。可见本发明开发的微反装置所测结果重复性好，数据可靠准确。

实施例6

以LS-300硫回收催化剂为考察对象，在反应器入口气体组成为H₂S 2%、SO₂ 1%、O₂ 2000ppm、H₂O 30%，其余为N₂，反应温度为210℃，气体体积空速为2500h^-1的反应条件下，在本发明微反装置上进行了4次克劳斯活性评价，结果见表6。

表6  克劳斯活性的重复性评价结果

反应温度/℃	210	210	210	210
					克劳斯活性，％	88.0	88.2	88.3	88.3

由表6可以看出，在同一反应条件下评价4次，所测克劳斯活性的偏差在0.5%以内。可见本发明开发的微反装置所测结果重复性好，数据可靠准确。

对比例1

在“硫磺回收及尾气处理催化剂活性评价方法”文章(出处见背景技术)中介绍的齐鲁院微反评价装置上，进行了不同反应温度下控温测定，测得催化剂床层上、中、下三个测温点温度如表7。

表7  不同反应温度下的控温测定数据

催化剂床层上部温度/℃	194	225	266	296
					催化剂床层中部温度/℃	200	230	270	300
催化剂床层下部温度/℃	197	227	268	298
					催化剂床层温差/℃	6	5	4	4

从表7可看出,对比微反装置催化剂床层温差在4℃～6℃的范围，温差较大。

对比例2

在《石油与天然气化工》2008年增刊文章“硫磺回收及尾气处理催化剂活性评价方法”中介绍的齐鲁院微反评价装置上，进行了不同反应空速下的控温测定，测得催化剂床层上、中、下三个测温点温度如表8。

表8  不同反应空速下的控温测定数据

反应空速/h-1	1500	2500	5000	10000
					催化剂床层上部温度/℃	226	225	224	223
催化剂床层中部温度/℃	230	230	230	230
					催化剂床层下部温度/℃	228	228	229	229
催化剂床层温差/℃	4	5	6	7

从表8可看出，对比微反装置催化剂床层温差在4℃～7℃的范围，温差较大。

对比例3

以LS-300硫回收催化剂为考察对象，在反应器入口气体组成为H₂S 2%、SO₂ 1%、O₂2000ppm、H₂O 30%，其余为N₂，反应温度为230℃，气体体积空速为2500h^-1的条件下，在《石油与天然气化工》2008年增刊文章“硫磺回收及尾气处理催化剂活性评价方法”中介绍的齐鲁院微反评价装置上进行了4次克劳斯活性评价，所得克劳斯活性结果见表9。

表9  克劳斯活性的重复性评价结果

反应温度/℃	230	230	230	230
					预热器预热温度/℃	230	230	230	230
克劳斯活性，%	78.0	79.1	78.6	79.9

由表9可以看出，在同一反应条件下评价4次，所测克劳斯活性的偏差可达2.4%。可见，对比微反装置所测数据重复性较差。

对比例4

以LS-300硫回收催化剂为考察对象，在反应器入口气体组成为H2S 2%、SO2 1%、O22000ppm、H2O 30%，其余为N2，反应温度为210℃的条件下，气体体积空速为2500h^-1的条件下，在《石油与天然气化工》2008年增刊文章“硫磺回收及尾气处理催化剂活性评价方法”中介绍的齐鲁院微反评价装置上进行了4次克劳斯活性评价,所得结果见表10。

表10  克劳斯活性的重复性评价结果

反应温度/℃	210	210	210	210
					预热器预热温度/℃	210	210	210	210
克劳斯活性，％	87.2	88.5	87.8	89.2

由表10可以看出，在同一反应条件下评价4次，所测克劳斯活性的偏差可达2.2%。可见，对比微反装置所测数据重复性差。

Claims (10)

1.一种硫回收催化剂活性评价装置，包括减压阀、转子流量计、混合器、水预热器、微量计量泵、反应器、绝热式电加热炉、硫磺捕集器、冷凝器、色谱仪；待测混合气体与经水预热器气化后的水蒸汽一起通过置于绝热式电加热炉内的反应器催化剂床层，反应后的气体经硫磺捕集器，冷凝器分离出硫磺和水，再经色谱分析后，尾气排空；其特征在于：

①.以鼓风式恒温电加热箱（6）替代绝热式电加热炉，反应器（7）安装在所述鼓风式恒温电加热箱（6）内：

②.省去水预热器，蒸馏水经计量后直接进入安装在鼓风式恒温电加热箱（6）内的水气化电加热预热盘管（16）内气化后，与经混合气电加热预热盘管（20）预热后的混合气体一起通过安装在鼓风式恒温电加热箱（6）内的反应器（7）的催化剂床层；

③.增设碱液吸收罐（12），反应后的气体经硫磺捕集器（8），冷凝器（9）分离出硫磺和水，尾气再经碱液吸收罐（12）吸收后排空；

④.配有计算机控制系统（11），由计算机、单回路调节器及可编程控制器组成；计算机控制系统设置有高、低限报警装置，控制系统由计算机集中操作管理，或者在单回路调节器上操作，控制软件采取开环控制。

2.根据权利要求1的硫回收催化剂活性评价装置，其特征在于反应器（7）由不锈钢管制成，材质为316。

3.根据权利要求1的硫回收催化剂活性评价装置，其特征在于反应器（7）由不锈钢管制成，材质为316L。

4.根据权利要求1的硫回收催化剂活性评价装置，其特征在于所述反应器（7）中催化剂床层中插有热偶套管,设有上、中、下三个测温点。

5.根据权利要求1的硫回收催化剂活性评价装置，其特征在于④中所述控制系统（11）采用现场仪表和计算机控制，数据的自动采集、自动存储、自动打印，温度、流量及气体流量自动控制；显示带实时状态数据的工艺流程图及实时趋势图、历史趋势图。

6.权利要求1的硫回收催化剂活性评价装置用于硫回收催化剂活性评价的试验方法，其特征在于试验工艺条件如下：

7.权利要求1的硫回收活性评价装置用于硫回收催化剂活性评价的试验方法，其特征在于试验工艺条件如下：

8.根据权利要求6的硫回收催化剂活性评价的试验方法，其特征在于一种克劳斯硫磺回收催化剂活性评价试验方法是以

为指标反应，评价硫回收催化剂克劳斯活性，入口气体组成为H₂S 2%、SO₂ 1%、O₂ 0.2%、H₂O 30%,其余为N₂；在此反应条件下，运转8小时，用气相色谱每小时分析一次入口气体组成及出口气体组成，根据下式计算催化剂的克劳斯转化率:

${\mathrm{\η}}_{h2S+\mathrm{SO}2}=\frac{M_0-M_1}{M_0}$

式中

M₀、M₁则分别代表入口及出口处H₂S和SO₂的体积浓度和。

9.根据权利要求6的硫回收催化剂活性评价的试验方法，其特征在于一种CS₂水解活性评价试验方法是以CS₂+2H₂O→CO₂+2H₂S为指标反应，考察硫回收催化剂CS₂水解活性，入口气体组成为H₂S 2%、CS₂ 0.6%、SO₂ 1%、O₂ 0.2%、H₂O 30%,其余为N2；在此反应条件下，运转8小时，用气相色谱每小时分析一次入口气体组成及出口气体组成，根据下式计算催化剂的CS₂水解率:

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{CS}2}=\frac{C_0-C_1}{C_0}$

式中

C₀、C₁分别为入口及出口处CS₂的体积浓度。

10.权利要求1的硫回收催化剂活性评价装置的应用，其特征在于适用于硫回收催化剂的制造企业产品质量控制、硫回收催化剂研发过程中的催化剂样品的性能指标测试、硫回收催化剂研发放大试验阶段的侧线分析和生产装置运行中的硫回收催化剂的应用跟踪分析。

Images