CN203695026U - 用于快速催化反应的催化剂评价装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于化工领域，涉及一种催化剂评价装置，包括催化剂存储罐、反应器、汽提器、原料存储罐和气体处理装置，其中，所述反应器是下降管式反应器，所述下降管式反应器的上部有催化剂进口和原料进口，催化剂存储罐与催化剂进口连接，原料存储罐与原料进口连接；反应器下部设有出口，与汽提器连接；所述汽提器设置有两个出口，一个是气体出口，与气体处理装置连接，另一个为催化剂出口，用于催化剂排出。本实用新型的催化剂评价装置能够连续反应，快速、精确，成本较低。

Description

用于快速催化反应的催化剂评价装置
技术领域
本实用新型属于化工领域，涉及一种催化剂评价装置。
背景技术
催化裂化过程是现在石油化工领域的技术核心，提高催化裂化(FCC)产率的主要发展趋势是提高反应温度，缩短反应时间，提高低碳烯烃的选择性。通常实验室催化剂的评价装置主要有固定床活性评价反应器(MAT)和固定流化床评价反应器(FFB)，这两种反应器虽然可以很好的控制反应温度以及碳氢化合物和催化剂的接触时间，但是不能连续进行反应，并且在反应器中的停留时间过长，不易进行工业化生产。导向单元使模拟工业数据变得更加精确，但是所需的成本比较高，而且反应过程会浪费大量的催化剂和原料。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能有效模拟FCC连续反应或者碳氢化合物的选择性氧化的测试装置，用于评价催化剂的活性和选择性，以克服现有技术中存在的不足。
本实用新型提供的一种用于快速催化反应的催化剂评价装置，包括催化剂存储罐、反应器、汽提器、原料存储罐和气体处理装置，其中，所述反应器是下降管式反应器，所述下降管式反应器的上部有催化剂进口和原料进口，催化剂存储罐与催化剂进口连接，原料存储罐与原料进口连接；反应器下部设有出口，与汽提器连接；所述汽提器设置有两个出口，一个是气体产物出口，与气体产物处理装置连接，另一个为催化剂出口，用于催化剂排出。优选地，所述气体处理装置包括转换炉和产物收集分析系统。
优选地，所述催化剂评价装置还包括气体供给系统，所述气体供给系统包括多条气体供给管路，其中，第一条气体供给管路与反应器的原料进口连接；第二条气体供给管路与催化剂存储罐上端连接；第三条气体供给管路与催化剂存储罐出口连接；第四条气体供给管路与汽提器底部出口连接；第二条气体供给管路与第四条气体供给管路连接。
优选地，所述反应器的原料进口前端设置有进料喷嘴，所述第一条气体供给管路和原料存储罐通过所述进料喷嘴与反应器的原料进口连接，所述原料存储罐与进料喷嘴之间设置有注射泵。
进一步优选地，所述进料喷嘴包括两个同轴的管，其中原料从内管通过，气体从外管和内管的间隙通过。
优选地，在所述催化剂评价装置的催化剂进口的前端设置有高温阀，所述催化剂存储罐出口与第三条气体供给管路连接后通过所述高温阀与反应器的催化剂进口连接。
优选地，所述下降式反应器为分节式反应管。进一步优选地，所述下降式反应器的高度／直径5-500之间。
优选地，所述汽提器的气体出口处设置有三通阀，所述三通阀分别连接汽提器的气体出口、转换炉和产物收集分析系统。
优选地，所述催化剂存储罐、原料存储罐、汽提器和反应器分别带有至少一种加热元件。
优选地，所述反应器的上部，下部和中部各有一个温度传感器，用于探测反应器的温度。
本实用新型的催化剂评价装置的有益之处包括：催化剂和原料在反应器中的停留时间很短，0.1-5s；催化剂／原料比的选择范围很大，2-100；反应温度高，100-750。℃；催化剂和产物的分离时间短，20-200s。此外，整个试验的持续时间短，20-300s，需要的催化剂和原料添加量小，10-200g。和传统的上升管反应器相比，本实用新型的下降管反应器的进料方向向下，没有气体流速的限制，没有固体催化剂密度的要求，也没有固体环流对反应装置的损害，催化剂和反应物在反应器中的停留时间很短，能够连续反应，快速、精确，成本较低。
附图说明
图1是本实用新型所述的催化剂评价装置的一种具体实施方式的示意图；
图2是本实用新型中所述汽提器的剖面结构示意图；
图中：1-催化剂存储罐；2-高温阀；3-下降管式反应器；3a-反应器上部热电偶；3b-反应器中部热电偶；3c-反应器下部热电偶；4-汽提器；5-介孔板；6-进料喷嘴；7-注射泵；8-原料存储罐；9-冷却装置；10-气体收集装置；11-汽提器产物出口处过滤网；12a-反应器的催化剂进口；12b-反应器的原料进口；13-三通阀；14-转换炉；15-分析仪；16-调节阀；17-催化剂回收罐；18-压力探头；19-调节阀；20-压力表；21-第一条气体供给管路(通向进料喷嘴的气体管路)；22-第二条气体供给管路(催化剂存储罐进气管路)；23-第三条气体供给管路(催化存储剂罐出口进气管路)；24-第四条气体供给管路(汽提器底部进气管路)。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图说明本实用新型提供的催化剂评价装置，但并不因此而限制本实用新型的范围。
如图1-3所示的催化剂评价装置，包括催化剂存储罐1、反应器3、汽提器4、原料存储罐8和气体处理装置。图1所示的催化剂评价装置还包括气体供给系统，所述气体供给系统包括多条气体供给管路。如图所示，第一条气体供给管路21与反应器的原料进口12b连接；第二条气体供给管路22与催化剂存储罐1上端连接，用于向催化剂存储罐1选气；第三条气体供给管路23与催化剂存储罐1的出口连接，使催化剂在进入反应器3之前处于流动状态；第四条气体供给管路24与汽提器4底部出口连接；第二条气体供给管路22与第四条气体供给管路24连接。
其中，反应器3是下降管式反应器，进口位于反应器上方，出口在下方，原料向下运动；具体来说，下降管式反应器的上部有催化剂进口12a和原料进口12b，催化剂存储罐1与催化剂进口12a连接，原料存储罐8与原料进口12b连接；反应器3下部设有出口，与汽提器4连接。在优选实施方案中，该下降式反应器为分节式反应管。反应器高度／直径不小于5，主要是在50-500之间。
反应器3带有加热系统，使反应器能够保持在100-700℃。加热系统由分段加热元件组成，通过温度传感器来使温度保持一致，所以，在反应器的上部、下部、中部至少有一个温度传感器，即热电偶3a、3b和3c，来控制反应温度。
在进料部分，原料需要加热元件来进行预热，进料管路和反应器之间也需要加热元件，能够将原料预热到100-400℃，通过一个注射泵7进样。
反应器的原料进口12b前端设置有进料喷嘴6，第一条气体供给管路21和原料存储罐8通过所述进料喷嘴6与反应器的原料进口12b连接。进料喷嘴6含有一个气体进口，使原料在进入反应器以前，通入气体使原料雾化。进料喷嘴6包括两个同轴的管，其中原料通过喷嘴1／16英寸的管进入，气体通过1／8英寸的管进入，即气体是通过两个管之间的间隙进入反应器的。这种结构可以有效破坏滴状原料，减少原料在反应器内壁上的附着，两个管之间的空间之所以比较小，是为了提高气体的流速，使反应物在进入反应器时尽可能的雾化。然后原料和气体同时进入反应器。
催化剂存储罐1为不锈钢罐，罐上设置有压力探头18和调节阀19，调节阀19与第二条气体供给管路22相连。该存储罐还包括一个预热元件，在催化剂进入反应器3以前，将催化剂预热到所需的温度。该预热元件的加热范围是100-800℃。催化剂存储罐上端与第二条气体供给管路22连接，用于向催化剂存储罐通入气体。在催化剂进入反应器以前，需要在反应温度下用气体吹扫去除催化剂表面吸附的水分。吹扫完毕以后，通过加压，将催化剂输送至反应器。催化剂存储罐出口与第三条气体供给管路23连接后通过设置在催化剂进口12a的前端的高温阀2与反应器的催化剂进口12a连接。在催化剂预热到反应温度以前需要关闭高温阀2；预热到所需温度后，打开高温阀2，催化剂进入反应器3。
汽提器4包括至少一种加热元件，可以将汽提器加热到100-600℃。反应产物从反应器3进入汽提器4的过程中，温度会有所下降，可能会发生不必要的催化反应，为了避免这种情况的发生，汽提器需要加热。
催化剂和反应产物进入汽提器4以后，催化剂会停留在汽提器中的介孔板5上。介孔板5是石英或者不锈钢材料制造，气体能透过板上的空隙而固体不可以。反应产物通过上方的出口离开，携带的少量催化剂也通过出口处的过滤元件过滤。汽提器下方有一个压缩气体进口，与第四条气体供给管路24连接，用于催化剂的吹扫，因为在反应产物和催化剂分离的过程中，催化剂可能会吸附一定量的产物。吹扫后产生的氧化气体从气体出口排出。汽提器4设置有两个出口，一个是气体出口，用于气体排出，与气体处理装置连接；另一个为催化剂出口，用于催化剂排出，催化剂排出后收集在催化剂回收罐17中，催化剂出口和催化剂回收罐17之间的连接管路上设置有调节阀16。
在本实施方案中，第二条气体供给管路22与第四条气体供给管路24连接，连接通路上设置有压力表20，用于调节系统内的气压。
汽提器4的气体出口处设置有过滤网11。产物从汽提器气体出口排出后，首先通入到冷却装置9，再进入气体收集装置10，再通过适当的分析系统进行分析；吹扫催化剂产生的氧化气体也从这个口排出，气体排出后可以通入到里面装有催化剂的转换炉14，这个转换炉可以将CO转化为CO2，再进入分析仪15。所以汽提器出口处的管道应该安装一个三通阀13，一方面，产物和催化剂分离的时候，连接到产物收集系统10；另一方面，吹扫催化剂产生氧化气体的时候，连接到转换炉14。
在如图1所示的催化剂评价装置中进行试验。试验过程中使用的反应器长度是0.5m，内径是0.9cm。通过氮气来输送催化剂，雾化原料。主要试验过程如下：将待评价的催化剂加入到催化剂存储罐中，开始预热，预热到反应所需温度后，打开催化剂存储罐下面的高温阀，向第二条气体供给管路和第三条气体供给管路进气，催化剂在压缩空气的作用下进入反应器。同时打开注射泵和第一条气体供给管路，向反应器上方的喷嘴通入压缩气体，原料通过喷嘴进入反应器和催化剂混合、作用，催化剂和反应产物从反应器排出后进入汽提器分离，催化剂留在汽提器中的介孔板上，产物从汽提器上方的气体出口进入到产物收集分析系统。反应产物排出后，第四条气体供给管路开始通入气体，吹扫催化剂表面吸附的产物，产生的氧化气体从气体出口排出后进入转换炉。吹扫完毕后，继续从下方进气，将催化剂吹到催化剂回收罐中。

Claims (10)

1.一种用于快速催化反应的催化剂评价装置，包括原料存储罐、催化剂存储罐、反应器、汽提器和气体处理装置，其特征在于，所述反应器是下降管式反应器，所述下降管式反应器的上部有催化剂进口和原料进口，催化剂存储罐与催化剂进口连接，原料存储罐与原料进口连接；反应器下部设有出口，与汽提器连接；所述汽提器设置有两个出口，一个是气体出口，与气体处理装置连接，另一个为催化剂出口，用于催化剂排出。
2.根据权利要求1所述的催化剂评价装置，其特征在于，还包括气体供给系统，所述气体供给系统包括多条气体供给管路，其中，第一条气体供给管路与反应器的原料进口连接；第二条气体供给管路与催化剂存储罐上端连接；第三条气体供给管路与催化剂存储罐出口连接；第四条气体供给管路与汽提器底部出口连接；第二条气体供给管路与第四条气体供给管路连接。
3.根据权利要求2所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述反应器的原料进口前端设置有进料喷嘴，所述第一条气体供给管路和原料存储罐通过所述进料喷嘴与反应器的原料进口连接，所述原料存储罐与喷嘴之间设置有注射泵。
4.根据权利要求3所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述进料喷嘴包括两个同轴的管，其中原料从内管通过，气体从外管和内管的间隙通过。
5.根据权利要求2所述的催化剂评价装置，其特征在于，在所述催化剂进口的前端设置有高温阀，所述催化剂存储罐出口与第三条气体供给管路连接后通过所述高温阀与反应器的催化剂进口连接。
6.根据权利要求1所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述下降式反应器为分节式反应管。
7.根据权利要求6所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述下降式反应器的高度／直径5-500之间。
8.根据权利要求1所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述汽提器的气体出口处设置有三通阀，所述三通阀分别连接至转换炉和产物收集分析系统。
9.根据权利要求1所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述催化剂存储罐、原料存储罐、汽提器和反应器分别带有至少一种加热元件。
10.根据权利要求1所述的催化剂评价装置，其特征在于，所述反应器的上部，下部和中部各有一个温度传感器，用于探测反应器的温度。
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