CN105910934A - 一种适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置属于催化剂应用技术领域，涉及催化剂的物理性能评价，尤其是一种适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，包括相互连通的催化剂流化测试系统和催化剂粉尘回收系统，所述催化剂流化测试系统包括进气管和气固分离器，所述进气管通过流化测试器与气固分离器相连，所述流化测试器内设置有一催化剂磨损装置，所述气固分离器与所述催化剂粉尘回收系统相连。本发明结构简单，拆卸和维修方便，操作灵活，利用气体分布板和进气管及外加热炉共同模拟催化剂真实使用环境，以最终催化剂粉尘回收系统回收的粉尘量来反映催化剂的强度性能，对催化剂的适应性强，测试数据稳定、可靠。

Description

一种适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置
技术领域
本发明属于催化剂应用技术领域，涉及催化剂的物理性能评价，尤其是一种适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置。
背景技术
固体颗粒状催化剂广泛应用于能源化工、节能环保、精细化工等众多领域，涉及各类工业反应器，消费量很大。评价一种固体颗粒状催化剂性能优良与否，除了催化活性、目标产物选择性和使用寿命满足要求外，适宜的机械强度也很重要，是决定反应器能否正常操作的主要因素。由于固体颗粒状催化剂在制备、贮存、运输、装卸、工艺运转以及反应的过程中，要经受各种不同的机械应力、热应力和化学应力，如果催化剂的机械强度不够，就会有明显的磨损和破碎现象，进而导致催化剂流失、系统堵塞以及环境污染等不利影响，因此，有必要对固体颗粒状催化剂进行使用前的强度性能评价。
目前，有关催化剂强度性能评价装置主要涉及：（1）针对烟气脱硝过程中整装（蜂窝式、平板式、波纹式）SCR催化剂磨损强度测试的装置；（2）以固体催化剂对流经管壁的撞击、冲刷程度来反映固体催化剂磨损的测试装置；（3）对标准中喷射式磨损指数测定法改进的测试装置。这些装置并不能完全模拟催化剂在反应器内的磨损和破碎过程，另外，由于沉降作用有限，最终收集到的催化剂粉尘也不全是磨损后的微粒。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单，拆卸和维修方便，操作灵活，利用催化剂磨损装置模拟颗粒状催化剂真实使用环境，以最终催化剂粉尘回收系统回收的粉尘量来反映催化剂的强度性能，对催化剂的适应性强，测试数据稳定、可靠的适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置。
本发明适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，包括相互连通的催化剂流化测试系统和催化剂粉尘回收系统，所述催化剂流化测试系统包括进气管和气固分离器，所述进气管通过流化测试器与气固分离器相连，所述流化测试器内设置有催化剂磨损装置；所述催化剂磨损装置，包括气体分布板和外加热炉，所述气体分布板上设置有若干个气体通孔，所述气体分布板的下方连接有一进气管，所述进气管和气体分布板均位于外加热炉内；所述气固分离器与所述催化剂粉尘回收系统相连。
优选地，气固分离器包括一级气固分离器和二级气固分离器，且一级气固分离器和二级气固分离器上均设置有一入口、气体出口及固体出口；所述一级气固分离器的入口通过法兰与流化测试器相连，一级气固分离器的气体出口与二级气固分离器的入口相连，二级气固分离器的气体出口与所述催化剂粉尘回收系统相连，一级气固分离器的气体出口与二级气固分离器的气体出口相互连通，一级气固分离器和二级气固分离器的固体出口通过连接管均与流化测试器下部相连，且均连接于气体分布板上方。
或者优选地，催化剂粉尘回收系统包括吸附液缓冲罐及与催化剂流化测试系统相连的粉尘过滤罐和粉尘沉降器，所述粉尘过滤罐和粉尘沉降器均与吸附液缓冲罐相连，吸附液缓冲罐通过管道连接有一微尘吸附装置；所述粉尘沉降器上还连接有一粉尘收集罐。
优选地，粉尘沉降器为重力沉降分离器，所述重力沉降分离器呈锥状筒体，其上端设置有一入口和一出口，粉尘沉降器的下端设置有一粉尘出口，粉尘沉降器上端的入口与催化剂流化测试系统相连，出口与吸附液缓冲罐相连，所述粉尘出口与粉尘收集罐相连，所述粉尘沉降器中设置有一挡板，所述挡板设置在粉尘沉降器上端的入口和出口之间，且挡板的中心轴线与粉尘出口的中心轴线重合。
优选地，所述挡板与粉尘出口之间的距离为粉尘沉降器总高度的1/4-1/2。
或者优选地，微尘吸附装置为微尘洗涤罐，所述微尘洗涤罐中盛装有洗涤液，且所述管道伸入洗涤液中，所述微尘洗涤罐与大气连通。
优选地，粉尘过滤罐内嵌有纤维素过滤桶，纤维素过滤桶的通孔直径小于5μm。
优选地，粉尘过滤罐与催化剂流化测试系统之间、粉尘沉降器与催化剂流化测试系统之间、粉尘过滤罐与吸附液缓冲罐之间、粉尘沉降器与吸附液缓冲罐之间、粉尘沉降器与粉尘收集罐之间分别设置有一阀门。
优选地，阀门为闸阀、截止阀、球阀中的一种或多种。
本发明催化剂磨损装置利用气体分布板和进气管及外加热炉共同模拟催化剂真实使用环境，气体分布板对从进气管进入的空气分流并承载催化剂，外加热炉实现对催化剂的加热，加热的催化剂在气流的作用下磨损，实现对催化剂真实使用环境的模拟。
本发明固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置结构简单，拆卸和维修方便，操作灵活，利用催化剂磨损装置模拟颗粒状催化剂真实使用环境，以最终催化剂粉尘回收系统回收的粉尘量来反映催化剂的强度性能，对催化剂的适应性强，测试数据稳定、可靠。
附图说明
图1为适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置的结构示意图。
附图标记：1-催化剂流化测试系统，2-催化剂粉尘回收系统，3-进气管，4-流化测试器，5-气体分布板，6-法兰，7-一级气固分离器，8-二级气固分离器，9-外加热炉，10-粉尘过滤罐，11-粉尘沉降器，12-吸附液缓冲罐，13-微尘洗涤罐，14-粉尘收集罐，15-管道，16-连接管，17-阀门。
具体实施方式
本发明适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，包括相互连通的催化剂流化测试系统1和催化剂粉尘回收系统2，所述催化剂流化测试系统1包括进气管3和气固分离器，所述进气管3通过流化测试器4与气固分离器相连，所述流化测试器4内设置有催化剂磨损装置；所述催化剂磨损装置，包括气体分布板5和外加热炉9，所述气体分布板5上设置有若干个气体通孔，所述气体分布板5的下方连接有一进气管3，所述进气管3和气体分布板5均位于外加热炉9内，气体分布板对从进气管进入的空气分流并承载催化剂，外加热炉实现对催化剂的加热，加热的催化剂在气流的作用下磨损，实现对催化剂真实使用环境的模拟；所述气固分离器与所述催化剂粉尘回收系统2相连。
气体分布板5上的待测催化剂粒径范围为50~300μm，装填量为5~200g，所述催化剂流化测试系统1均设置在外加热炉9内，外加热炉的温控范围为50~1000℃。流化测试器4的材质为石英或不锈钢，对应的气体分布板5由石英烧结或不锈钢激光打孔而成；气固分离器包括一级气固分离器7和二级气固分离器8，且一级气固分离器7和二级气固分离器8上均设置有一入口、气体出口及固体出口；所述一级气固分离器的入口通过法兰6与流化测试器4相连，一级气固分离器7的气体出口与二级气固分离器8的入口相连，二级气固分离器8的气体出口与所述催化剂粉尘回收系统2相连，一级气固分离器7的气体出口与二级气固分离器8的气体出口相互连通，一级气固分离器7和二级气固分离器8的固体出口通过连接管16均与流化测试器4下部相连，且均连接于气体分布板5上方。催化剂粉尘回收系统2包括吸附液缓冲罐12及与催化剂流化测试系统1相连的粉尘过滤罐10和粉尘沉降器11，所述粉尘过滤罐10和粉尘沉降器11均与吸附液缓冲罐12相连，吸附液缓冲罐12通过管道15连接有一微尘吸附装置；所述粉尘沉降器11上还连接有一粉尘收集罐14。粉尘沉降器11为重力沉降分离器，所述重力沉降分离器呈锥状筒体，其上端设置有一入口和一出口，粉尘沉降器11的下端设置有一粉尘出口，粉尘沉降器11上端的入口与催化剂流化测试系统1相连，出口与吸附液缓冲罐12相连，所述粉尘出口与粉尘收集罐14相连，所述粉尘沉降器11中设置有一挡板，所述挡板设置在粉尘沉降器11上端的入口和出口之间，且挡板的中心轴线与粉尘出口的中心轴线重合。所述挡板与粉尘出口之间的距离为粉尘沉降器11总高度的1/4-1/2。微尘吸附装置为微尘洗涤罐13，所述微尘洗涤罐13中盛装有洗涤液，且所述管道15伸入洗涤液中，所述微尘洗涤罐13与大气连通。粉尘过滤罐10内嵌有纤维素过滤桶，纤维素过滤桶的通孔直径小于5μm。粉尘过滤罐10与催化剂流化测试系统1之间、粉尘沉降器11与催化剂流化测试系统1之间、粉尘过滤罐10与吸附液缓冲罐12之间、粉尘沉降器11与吸附液缓冲罐12之间、粉尘沉降器11与粉尘收集罐14之间分别设置有一阀门17。阀门17为闸阀、截止阀、球阀中的一种或多种；所述一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器。
使用时，在气体分布板5上装填固体颗粒状的催化剂，在进气管3供应的气体以及外加热炉9提供热量的共同作用下，催化剂发生流化磨损或破碎，随气流上升的催化剂先后经过一级气固分离器7和二级气固分离器8，绝大部分通过一级气固分离器7和二级气固分离器8的固体出口回到流化测试器4中继续磨损或破碎，小部分无法分离的催化剂粉尘或单独进入粉尘过滤罐10、或单独进入粉尘沉降器11，或同时进入粉尘过滤罐10和粉尘沉降器11，经粉尘过滤罐10的滤芯截留或在粉尘沉降器11降压、降温作用下沉降，沉降后的粉尘进入粉尘收集罐14；气体携带未被截留或未沉降的微尘进入微尘洗涤罐13，经液体吸附除尘后排往大气。
实施例一：
采用图1所示装置，选用球状Mo/HZSM-5催化剂颗粒进行测试。流化测试器4的材质为石英，气体分布板5由石英烧结而成，其上待测催化剂粒径范围为50~100μm，装填量为5g，外加热炉9的温度均为200℃，一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器，粉尘过滤罐10内嵌纤维素过滤筒，粉尘沉降器11内设垂直挡板，微尘洗涤罐13中的吸附液为水，粉尘沉降器11与粉尘收集罐14之间的阀门17为截止阀，其余阀门17为球阀。测试时间、收尘率、粉尘粒径范围、稳定性和堵塞情况见表1。
实施例二：
采用图1所示装置，选用球状Mo/HZSM-5催化剂颗粒进行测试。流化测试器4的材质为石英，气体分布板5由石英烧结而成，其上待测催化剂粒径范围为100~200μm，装填量为50g，外加热炉9的温度均为500℃，一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器，粉尘过滤罐10内嵌纤维素过滤筒，粉尘沉降器11内设垂直挡板，微尘洗涤罐13中的吸附液为质量分数1%的NaCl水溶液，阀门17均为截止阀。测试时间、收尘率、粉尘粒径范围、稳定性和堵塞情况见表1。
实施例三：
采用图1所示装置，选用球状Mo/HZSM-5催化剂颗粒进行测试。流化测试器4的材质为石英，气体分布板5由石英烧结而成，其上待测催化剂粒径范围为200~300μm，装填量为100g，外加热炉9的温度均为800℃，一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器，粉尘过滤罐10内嵌纤维素过滤筒，粉尘沉降器11内设垂直挡板，微尘洗涤罐13中的吸附液为质量分数0.5%的Na2CO3水溶液，阀门17均为球阀。测试时间、收尘率、粉尘粒径范围、稳定性和堵塞情况见表1。
实施例四：
采用图1所示装置，选用球状Mo/HZSM-5催化剂颗粒进行测试。流化测试器4的材质为不锈钢，气体分布板5由不锈钢激光打孔而成，其上待测催化剂粒径范围为150~250μm，装填量为150g，将外加热炉9设置为上下两部分，其中设置在流化测试器4外的外加热炉9为下外加热炉，设置在一级气固分离器7和二级气固分离器8外的外加热炉9为上外加热炉，下外加热炉的温度为800℃，上外加热炉的温度为600℃，一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器，粉尘过滤罐10内嵌纤维素过滤筒，粉尘沉降器11内设垂直挡板，微尘洗涤罐13中的吸附液为水，粉尘沉降器11与粉尘收集罐14之间的阀门17为截止阀，其余阀门17为球阀。测试时间、收尘率、粉尘粒径范围、稳定性和堵塞情况见表1。
实施例五：
采用图1所示装置，选用球状Mo/HZSM-5催化剂颗粒进行测试。流化测试器4的材质为不锈钢，气体分布板5由不锈钢激光打孔而成，其上待测催化剂粒径范围为50~150μm，装填量为200g，将外加热炉9设置为上下两部分，其中设置在流化测试器4外的外加热炉9为下外加热炉，设置在一级气固分离器7和二级气固分离器8外的外加热炉9为上外加热炉，下外加热炉的温度为1000℃，上外加热炉的温度为800℃，一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器，粉尘过滤罐10内嵌纤维素过滤筒，粉尘沉降器11内设垂直挡板，微尘洗涤罐13中的吸附液为质量分数1%的Na2SO4水溶液，粉尘沉降器11与粉尘收集罐14之间的阀门17为闸阀，其余阀门17为截止阀。测试时间、收尘率、粉尘粒径范围、稳定性和堵塞情况见表1。
实施例六：
采用图1所示装置，选用球状Mo/HZSM-5催化剂颗粒进行测试。流化测试器4的材质为不锈钢，气体分布板5由不锈钢激光打孔而成，其上待测催化剂粒径范围为150~300μm，装填量为80g，外加热炉9的温度均为700℃，一级气固分离器7和二级气固分离器8均为旋风分离器，粉尘过滤罐10内嵌纤维素过滤筒，粉尘沉降器11内设垂直挡板，微尘洗涤罐13中的吸附液为质量分数1.5%的醋酸钠水溶液，阀门17均为闸阀。测试时间、收尘率、粉尘粒径范围、稳定性和堵塞情况见表1。
注：收尘率（ % ） = （收尘量 / 催化剂装填量）× 100%
以上所述，仅是本发明的部分实施情况，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，包括相互连通的催化剂流化测试系统（1）和催化剂粉尘回收系统（2），其特征在于，所述催化剂流化测试系统（1）包括进气管（3）和气固分离器，所述进气管（3）通过流化测试器（4）与气固分离器相连，所述流化测试器（4）内设置有催化剂磨损装置；所述催化剂磨损装置，包括气体分布板（5）和外加热炉（9），其特征在于，所述气体分布板（5）上设置有若干个气体通孔，所述气体分布板（5）的下方连接有一进气管（3），所述进气管（3）和气体分布板（5）均位于外加热炉（9）内；所述气固分离器与所述催化剂粉尘回收系统（2）相连。
2.如权利要求1所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述气固分离器包括一级气固分离器（7）和二级气固分离器（8），且一级气固分离器（7）和二级气固分离器（8）上均设置有一入口、气体出口及固体出口；所述一级气固分离器（7）的入口通过法兰（6）与流化测试器（4）相连，一级气固分离器（7）的气体出口与二级气固分离器（8）的入口相连，二级气固分离器（8）的气体出口与所述催化剂粉尘回收系统（2）相连，一级气固分离器（7）的气体出口与二级气固分离器（8）的气体出口相互连通，一级气固分离器（7）和二级气固分离器（8）的固体出口通过连接管（16）均与流化测试器（4）下部相连，且均连接于气体分布板（5）上方。
3.如权利要求1或2所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述催化剂粉尘回收系统（2）包括吸附液缓冲罐（12）及与催化剂流化测试系统（1）相连的粉尘过滤罐（10）和粉尘沉降器（11），所述粉尘过滤罐（10）和粉尘沉降器（11）均与吸附液缓冲罐（12）相连，吸附液缓冲罐（12）通过管道（15）连接有一微尘吸附装置；所述粉尘沉降器（10）上还连接有一粉尘收集罐（14）。
4.如权利要求3所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述粉尘沉降器（11）为重力沉降分离器，所述重力沉降分离器呈锥状筒体，其上端设置有一入口和一出口，粉尘沉降器的下端设置有一粉尘出口，粉尘沉降器上端的入口与催化剂流化测试系统（1）相连，出口与吸附液缓冲罐（12）相连，所述粉尘出口与粉尘收集罐（14）相连，所述粉尘沉降器（11）中设置有一挡板，所述挡板设置在粉尘沉降器（11）上端的入口和出口之间，且挡板的中心轴线与粉尘出口的中心轴线重合。
5.如权利要求4所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述挡板与粉尘出口之间的距离为粉尘沉降器（11）总高度的1/4-1/2。
6.如权利要求4或5所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述微尘吸附装置为微尘洗涤罐（13），所述微尘洗涤罐（13）中盛装有洗涤液，且所述管道（15）伸入洗涤液中，所述微尘洗涤罐（13）与大气连通。
7.如权利要求6所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述粉尘过滤罐（10）内嵌有纤维素过滤桶，纤维素过滤桶的通孔直径小于5μm。
8.如权利要求7所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述粉尘过滤罐（10）与催化剂流化测试系统（1）之间、粉尘沉降器（11）与催化剂流化测试系统（1）之间、粉尘过滤罐（10）与吸附液缓冲罐（12）之间、粉尘沉降器（11）与吸附液缓冲罐（12）之间、粉尘沉降器（11）与粉尘收集罐（14）之间分别设置有一阀门（17）。
9.如权利要求8所述适用于固体颗粒状催化剂的强度性能评价装置，其特征在于，所述阀门（17）为闸阀、截止阀、球阀中的一种或多种。
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