CN104792921A - 催化剂性能评价装置及催化剂性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了催化剂性能评价装置及催化剂性能评价方法。该催化剂性能评价装置包括：反应系统；产品分离与收集系统，位于反应系统下游，催化剂性能评价装置还包括：补液罐，用于向反应系统中补充溶剂。通过在催化剂性能评价装置中设置补液罐的结构可以使作为气相反应所需的催化剂在反应器中保持一定浓度的浆液状态，从而实现对气相反应所需催化剂的准确评价；并且补液罐的设置也在一定程度上缓解高温情况下搅拌引起的催化剂飞溅粘结在反应釜内壁上而无法存留在浆液中而导致的催化剂损失的问题。综合以上两点，补液罐的设置不仅保证了催化剂活性的充分发挥还有利于避免催化剂不必要的损失，使最终测得的催化剂影响的反应效率的结果更加准确。

Description

催化剂性能评价装置及催化剂性能评价方法

技术领域

本申请涉及物性分析技术领域，具体而言，涉及一种催化剂性能评价装置及催化剂性能评价方法。

背景技术

催化剂性能评价系统是对催化剂活性和选择性进行评价，对原料转化率、产率等进行考察的装置，搅拌釜评价装置是对用于浆态床反应的催化剂进行实验室催化剂开发及性能评价装置，在利用搅拌釜评价装置进行催化反应时，对产品进行分析；在完成反应之后对催化剂的比表面积等参数进行检测，进而实现对催化活性和选择性的评价。

现有技术中，根据反应条件的不同，有的反应由于有液体产物产出因而可以使反应器内液面维持一定水平，此类催化剂诸如浆态床铁系费托催化剂，由于其产物中含有油、蜡等较高馏分段的产物，因而一般并不需要反应器内的补液；有的装置由于进行催化剂活性的快速评价，反应无需持续很长时间，即使有起始溶剂的消耗或者无液相产物产出，在较短的反应时间内也不会对催化剂的活性和选择性产生影响。

但是在类似于用合成气制低碳醇的过程中，由于反应物和生成物均为气体，使得反应器中反应物的体积、浓度等处于变化状态，导致催化剂的活性和选择性不能充分发挥，催化反应不能充分进行，进而导致催化剂活性和选择性评价结果不准确。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种催化剂性能评价装置及催化剂性能评价方法，以解决现有技术中的问题由于反应系统中反应体系中催化剂与反应物相对量变化较大导致催化剂性能评价结果不准确的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种催化剂性能评价装置，包括：反应系统；产品分离与收集系统，位于反应系统下游，催化剂性能评价装置还包括：补液罐，用于向反应系统中补充溶剂。

进一步地，上述补液罐与反应系统之间的补液管线上设置有补液泵。

进一步地，上述补液泵与反应系统之间的补液管线上还设置有加热器；或补液罐内配置加热器。

进一步地，上述补液管线的出口设置有单向阀。

进一步地，上述催化剂性能评价装置在在单向阀和补液罐之间设置过滤器，优选过滤器的过滤孔为1～10μm，进一步优选过滤孔为1～5μm。

进一步地，上述反应系统包括：浆态床反应器，与补液罐通过补液管线连通；气体分布器，设置在浆态床反应器中。

进一步地，上述气体分布器为环形气体分布器。

进一步地，上述反应系统内设置有热偶。

进一步地，上述反应系统内设置有急冷单元，优选急冷单元为常温氮气管道或冷却水管道。

进一步地，上述催化剂性能评价装置还包括位于反应系统上游的气体净化系统。

进一步地，上述气体净化系统包括自上游向下游方向依次设置的混合罐、脱水罐、脱氧罐、脱硫罐和原料气加热器，其中原料气加热器与反应系统连通。

根据本发明的另一方面，提供了一种催化剂性能评价方法，催化剂性能评价方法包括将催化剂分散在溶剂中形成催化剂混合物，利用催化剂混合物对反应物进行催化反应，催化剂混合物中催化剂与溶剂的固液比在满足催化反应要求的范围内，该催化剂性能评价方法包括在催化反应性能评价过程中补充溶剂维持催化剂与溶剂的固液比在范围内。

进一步地，上述催化反应在200～350℃之间进行，在补充溶剂之前将溶剂加热至200～350℃。

进一步地，上述固液比为5：100～30：100。

进一步地，上述采用热偶感应溶剂的液面变化以控制溶剂的补充过程。

进一步地，上述采用单向阀控制催化剂在溶剂的补充过程中向溶剂源头扩散，优选在将溶剂补入之前采用过滤器对溶剂进行过滤。

进一步地，上述反应物在进行催化反应之前经过脱水、脱氧和脱硫处理。

进一步地，上述溶剂为食品级液体石蜡、二苯醚、丙三醇和十氢萘中的一种或多种。

应用本申请的技术方案，通过在催化剂性能评价装置中设置补液罐的结构可以使作为气相反应所需的催化剂在反应器中保持一定浓度的浆液状态，从而实现对对气相反应所需催化剂的准确评价。补液罐会弥补随着气相反应的进行气相生成物挥发带走的一些液体和反应温度升高造成的挥发所损失的液体，使反应器中的催化剂保持在一定浓度的浆液状态，保证了气相反应物和催化剂的充分接触，使催化剂的活性充分发挥；并且补液罐的设置也在一定程度上缓解高温情况下搅拌引起的催化剂飞溅粘结在反应釜内壁上而无法存留在浆液中而导致的催化剂损失的问题。综合以上两点，补液罐的设置不仅保证了催化剂活性的充分发挥还有利于避免催化剂不必要的损失，使最终测得的催化剂影响的反应效率的结果更加准确。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一种优选实施方式提供的催化剂性能评价装置的示意图；以及

图2示出了根据本发明一种优选实施例提供的催化剂性能评价装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术部分所介绍的，现有技术中存在的当反应物和生成物均为气体时，对所需催化剂难以进行有效的评价的问题。为了解决这一问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种催化剂性能评价装置。如图1所示，这种催化剂性能评价装置包括反应系统10和产品分离与收集系统20，其中产品分离与收集系统20位于反应系统10下游，进一步地该催化剂性能评价装置还包括补液罐30，用于向反应系统10中补充溶剂。

本发明上述的催化剂性能评价装置，通过在反应系统10中设置补液罐30的结构可以使作为气相反应所需的催化剂在反应器中保持一定浓度的浆液状态，从而实现对气相反应所需催化剂的准确评价。补液罐30会弥补随着气相反应的进行气相生成物挥发带走的一些液体和反应温度升高造成的挥发所损失的液体。使反应器中的催化剂保持在一定浓度的浆液状态，保证了气相反应物和催化剂的充分接触，使催化剂的活性充分发挥；并且补液罐30的设置也一定程度上缓解高温情况下搅拌引起的催化剂飞溅粘结在反应釜内壁上而无法存留在浆液中而导致的催化剂损失的问题。综合以上两点，补液罐30的设置不仅保证了催化剂活性的充分发挥还有利于避免催化剂不必要的损失，使最终测得的催化剂影响的反应效率的结果更加准确。

在本发明一种优选的实施例中，如图2所示，催化剂性能评价装置在补液罐30与反应系统10之间的补液管线40上还设置有补液泵50。利用上述补液泵50为补液罐30提供动力，因此可以及时地向反应系统10中供应补充溶剂，使反应系统10中的催化剂保持在设定的浆液状态。上述补液泵50可以为耐高温泵，即在补液罐30内配置加热器60(图中未示出)，以向补液罐30提供高温溶剂，进而满足反应系统10中反应温度的要求，当采用耐高温泵时，其可以输送高温溶剂，而高温溶剂的粘度较小，因此耐高温泵的功率不需要很大。

当然，上述实施例中的补液泵50还可以是普通的补液泵50，那么为了满足反应系统10对溶剂的高温要求，优选在补液泵50与反应系统10之间的补液管线40上还设置有加热器60。补充的溶剂经过补液泵50之后再通过加热器60加热至满足反应系统10中所需的反应温度，因此避免了新加入的溶剂对反应系统10的温度产生影响，此时补液罐30中的溶剂为常温，虽然粘度较大，但可以增加补液泵50的功率来弥补溶剂运输中的动力消耗。

在本发明的另一种优选的实施例中，如图2所示，补液管线40的出口设置有单向阀70。所设置的单向阀70有利于阻止反应系统10中产生的气体及其中夹杂的催化剂等细小颗粒进入补液管线40，造成反应系统10中的物质由补液管线40反混入补液罐30，进而导致补液管线40堵塞以及评价结果出现偏差的问题。此外，还可以在单向阀70和补液罐30之间设置过滤器90，利用该过滤器对补液罐中所补溶剂进行过滤净化，防止其中包含的杂质进入反应系统。为了防止较大的杂质颗粒进入反应系统中，优选上述过滤器90的过滤孔为1～10μm，进一步优选1～5μm。

在本发明的又一种优选的实施例中，如图2所示，上述反应系统10包括浆态床反应器11和气体分布器，其中浆态床反应器11与补液罐30通过补液管线40连通，气体分布器设置在浆态床反应器11中，其具体的设置方式可以参考现有技术，在此不再赘述。气体分布器的设置有利于保证反应充分进行和控制反应过程的进程，反应气体通过气体分布器在浆态床反应器11中分布更加均匀化，增大了反应气体与催化剂的接触面积，使反应气体充分反应；同时根据反应气体的出气孔的大小可以调整反应气体进入浆态床反应器11的速率，从而根据实际反应情况调整反应进程，当反应比较剧烈时，可以适当增大气体分布器的出气孔或增多出气孔的数量，使反应气体反应充分，进一步加强了对最终催化剂性能评价的准确性。优选地，气体分布器采用环形气体分布器，气体分布孔采用激光打孔方式，孔大小为2μm～2mm，本领域技术人员可以根据实际要求用改变孔大小的方法来改变气体进入浆液的气速，从而改变气泡进入浆液时均布的速度与状态。

为了更好地判断反应系统10中何时需要补加溶剂，以上述实施例为例，如图2所示，优选在上述浆态床反应器11内设置有热偶12，根据热偶12可以判断何时进行补液操作。根据热偶测得的浆态床反应器11内纵向温度分布判断气液界面位置，从而判断是否需要补充溶剂，以使浆态床反应器11中维持一定的固液比。而不至于溶剂加入过量而造成液位过高达到气相出口，或者补液不及时造成的催化剂干结，即热偶的设置进一步保证了催化剂评价的准确性，优选地，热偶为手动拉温热偶，更便于热偶的控制。在一种具体的实施例中，可以将热偶竖直放入浆态反应器中，一端埋入浆态床反应器11中的气液固三相混合浆料中，另一端位于浆态床反应器11的外部。当然，本领域技术人员可以根据所采用的热偶的具体特点，在现有技术的基础上选择合适的热偶设置方式，在此不再赘述。

优选地，上述反应系统10内设置有急冷单元，急冷单元为常温氮气管道或冷却水管道(图中未示出)，以浆态床反应器为例，该常温氮气管道或冷却水管道可以设置在浆态床反应器的内壁上或者以盘管的方式设置在浆态床反应器的内腔中，具体的设置方式可以参考现有技术，利用该急冷单元可以进行反应体系的急冷操作，防止反应过程中飞温事故。

在本发明又一种优选的实施例中，如图2所示，产品分离与收集系统20包括热高分装置、热低分装置、冷高分装置、冷低分装置。其中热高分装置与浆态反应器相连通，冷高分装置与热高分装置相连通，同时热低分也与热高分相连通，冷低分装置则分别与冷高分、热低分相连通。具有上述结构的产品分离与收集系统20的产品分离与收集过程如下：

反应产物通过产品分离与收集系统20对反应生成产物进行分离并计量，从而得到催化剂的各项性能数据。反应产物中的油和蜡在热高分中被分离得到，进入热低分减压至微正压后，进一步进入热低分产品收集罐进行计量；而热高分中气相产物则进入冷高分；在冷高分中的闪蒸分离取得醇水混合物及少量轻油，该产物流入冷低分后减压至微正压，进一步进入冷低分分离罐进行计量。冷高分及冷低分的气相分别进入相应的湿式气表及气相色谱进行流量计量及组成测定。

优选地，上述催化剂性能评价装置还包括气体净化系统80，位于反应系统10的上游。气体净化系统80的设置避免了影响反应及导致催化剂中毒的杂质进入反应系统，进一步保证了反应效率、避免了催化剂中毒。更优选地，气体净化系统80包括自上游向下游方向依次设置的混合罐81、脱水罐82、脱氧罐83、脱硫罐84和原料气加热器85，其中原料气加热器85与反应系统10连通。通过混合罐81可以使反应物具有较好的配比使反应进一步反应完全，而脱水罐82、脱氧罐83和脱硫罐84则进一步保证了反应物的纯度，保证了后期对反应效率进行计算的准确型，最后的原料气加热器85则是为了满足反应所需的热量，为反应提供动力。

在本发明的另一种典型的实施方式中，还提供了一种催化剂性能评价方法，催化剂性能评价方法包括将催化剂分散在溶剂形成催化剂混合物，利用催化剂混合物对反应物进行催化反应，催化剂混合物中催化剂与溶剂的固液比在满足催化反应要求的范围内，催化剂性能评价方法包括在催化反应性能评价过程中补充溶剂维持催化剂与溶剂的固液比在之前设定的范围内。

优选地，本发明的催化反应温度可以根据具体的催化反应类型而设定，在本发明一种优选的实施例中，上述催化剂反应为合成气制低碳醇的催化反应，优选该催化反应在200～350℃之间进行，在补充溶剂之前将溶剂加热至200～350℃。

进一步优选固液比为5：100～30：100。其中固液比维持在5：100～30：100可以使反应气相和催化剂充分接触，使催化剂发挥最大的活性，同时也不至于因液相加入过多而增加成本。

在本发明又一种优选的实施例中，优选采用热偶感应溶剂的液面变化控制溶剂的补充过程。根据热偶测得的浆态床反应器11内纵向温度分布判断气液界面位置，从而判断是否需要补充溶剂，以使浆态床反应器11中维持一定的固液比。而不至于溶剂加入过量而造成不必要的成本浪费，或者补液不及时造成的催化剂流失，即热偶的设置进一步保证了催化剂评价的准确性。

为了避免催化剂向溶剂源头返混，优选采用单向阀70控制催化剂在溶剂的补充过程中向溶剂源头扩散。此外，还可以采用过滤器90对补入的溶剂进行过滤，防止其中包含的杂质进入反应系统。进一步，还可以采用出口过滤器90控制反应系统中的产物在向产品分离与收集系统转移时催化剂中较细颗粒向产物分离及收集系统携带。

为了避免由反应物将不必要的杂质引入反应，进一步保证了反应效率、避免了催化剂中毒，上述反应物在进行催化反应之前经过脱水、脱氧和脱硫处理。

在本发明又一种优选的实施例中，优选上述溶剂为食品级液体石蜡、二苯醚、丙三醇和十氢萘中的一种或多种。由于食品级液蜡由于其含有杂质量较少、沸点较高(一般初馏点大于280℃)并且流动性较好，是浆态床反应最优先选择的起始溶剂。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种催化剂性能评价装置，包括：

反应系统(10)；

产品分离与收集系统(20)，位于所述反应系统(10)下游，

其特征在于，所述催化剂性能评价装置还包括：

补液罐(30)，用于向所述反应系统中补充溶剂。

2.根据权利要求1所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述补液罐(30)与所述反应系统(10)之间的补液管线(40)上设置有补液泵(50)。

3.根据权利要求2所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述补液泵(50)与所述反应系统(10)之间的所述补液管线(40)上还设置有加热器(60)；或所述补液罐(30)内配置加热器(60)。

4.根据权利要求2所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述补液管线(40)的出口设置有单向阀(70)。

5.根据权利要求4所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述催化剂性能评价装置在所述单向阀(70)和补液罐(30)之间设置过滤器(90)，优选所述过滤器(90)的过滤孔为1～10μm，进一步优选所述过滤孔为1～5μm。

6.根据权利要求2所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述反应系统包括：

浆态床反应器(11)，与所述补液罐(30)通过所述补液管线(40)连通；

气体分布器，设置在所述浆态床反应器(11)中。

7.根据权利要求6所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述气体分布器为环形气体分布器。

8.根据权利要求1所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述反应系统内设置有热偶(12)。

9.根据权利要求1所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述反应系统内设置有急冷单元，优选所述急冷单元为常温氮气管道或冷却水管道。

10.根据权利要求1所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述催化剂性能评价装置还包括位于所述反应系统上游的气体净化系统(80)。

11.根据权利要求10所述的催化剂性能评价装置，其特征在于，所述气体净化系统(80)包括自上游向下游方向依次设置的混合罐(81)、脱水罐(82)、脱氧罐(83)、脱硫罐(84)和原料气加热器(85)，其中所述原料气加热器(85)与所述反应系统(10)连通。

12.一种催化剂性能评价方法，所述催化剂性能评价方法包括将催化剂分散在溶剂中形成催化剂混合物，利用所述催化剂混合物对反应物进行催化反应，所述催化剂混合物中所述催化剂与所述溶剂的固液比在满足催化反应要求的范围内，其特征在于，所述催化剂性能评价方法包括在催化反应性能评价过程中补充溶剂维持所述催化剂与所述溶剂的固液比在所述范围内。

13.根据权利要求12所述的催化剂性能评价方法，其特征在于，所述催化反应在200～350℃之间进行，在补充所述溶剂之前将所述溶剂加热至200～350℃。

14.根据权利要求12所述的催化剂性能评价方法，其特征在于，所述固液比为5：100～30：100。

15.根据权利要求12所述的催化剂性能评价方法，其特征在于，采用热偶感应所述溶剂的液面变化以控制所述溶剂的补充过程。

16.根据权利要求12所述的催化剂性能评价方法，其特征在于，采用单向阀控制所述催化剂在溶剂的补充过程中向溶剂源头扩散，优选在将溶剂补入之前采用过滤器对所述溶剂进行过滤。

17.根据权利要求12所述的催化剂性能评价方法，其特征在于，所述反应物在进行催化反应之前经过脱水、脱氧和脱硫处理。

18.根据权利要求12所述的催化剂性能评价方法，其特征在于，所述溶剂为食品级液体石蜡、二苯醚、丙三醇和十氢萘中的一种或多种。