CN204228676U - 具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种催化剂性能测试的工业模拟装置，具体涉及一种具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置。所述装置包括原料供应系统、催化反应系统、气体内循环系统和尾气处理系统；其中，原料供应系统、催化反应系统、尾气处理系统依次相连；气相内循环系统分别与尾气处理系统和原料供应系统相连；气相内循环系统包括气体循环压缩机，气体循环压缩机一端通过能够维持系统压力稳定的背压阀与尾气处理系统相连；尾气处理系统包括与背压阀相连的第二气动薄膜调节阀。本实用新型工艺流程简洁、自动化控制程度高，能够保障气液进料稳定、准确，运行时物耗远低于通过工业侧线或工业运行调整条件而获得的数据，能够更快速，更灵活、有效地模拟工业化运行。

Description

具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种催化剂性能测试的工业模拟装置，具体涉及一种具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置。

背景技术

现有催化剂评价装置一般是采用单程活性测试，不提供气相循环供气的方式，或者采用尾气先减压后再增压的方式实现气相的循环供气。此两种供气的方式进行催化剂的活性测试时，前者与工业运行偏差较大，难以通过较为准确的运行参数指导工业运行的优化，后者由于虽采用循环供气，但工艺设置较为复杂，相关控制要求更为苛刻，工业模拟时，难免出现异常波动，测试得出的运行参数偏差加大。以上两种工艺如果采用工业侧线的方式进行工业化模拟，一般要求催化剂装填量极大，才能得出较为适宜的工业参数指导工业运行。

在进行工业模拟时，其装置用气量及人工耗费大，无法较为准确的计量物耗，只能粗略的模拟工业常量参数。受设备及设计的制约，在模拟工业苛刻条件的运行，更为不便。因此很有必要开发一种用于模拟工业运行参数的催化反应的装置。其要求采用较少的样品量，能够保障气液进料稳定、准确，压力恒定，气体内循环比高，循环比可人为控制，气液能够按比例混合进料。要求其运行时物耗远低于通过工业侧线或工业运行调整条件而获得的数据，能够更快速、灵活、有效地模拟工业化运行。特别在模拟工业苛刻条件的运行更为有利，提供极具工业参考价值的测试数据。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其工艺流程简洁、自动化控制程度高，不仅能够保障气液原料能够按比例混合进料，进料稳定、准确，而且气体内循环比高，能够维持系统压力恒定。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，包括原料供应系统、催化反应系统，还包括气体内循环系统和尾气处理系统；其中，原料供应系统、催化反应系统、尾气处理系统依次相连；气相内循环系统分别与尾气处理系统和原料供应系统相连；气相内循环系统包括气体循环压缩机，气体循环压缩机一端通过能够维持系统压力稳定的背压阀与尾气处理系统相连；尾气处理系统包括与背压阀相连的第二气动薄膜调节阀。

所述原料供应系统包括两个部分，其中，第一部分是气体原料进料装置，第二部分是液体原料进料装置；所述气体原料进料装置包括依次相连的气体原料储罐、减压阀、第一过滤器、第一质量流量计、第一单向阀，第一单向阀与催化反应系统相连；所述液体原料进料装置包括依次相连的液体原料储罐、计量泵、第三单向阀、第二单向阀，第二单向阀与催化反应系统相连；

所述催化反应系统为一级反应器或者多级反应器，多级反应器可串联或者并联或者串并联共用，第一单向阀、第二单向阀均与第一级反应器相连，催化反应系统末端与尾气处理系统相连；反应器外部设置加热装置；

所述尾气处理系统由冷凝器、气液分离器、气路、液路组成；气路包括依次相连的第三过滤器、第一压力指示计、第二气动薄膜调节阀、尾气驰放口，第三过滤器与气液分离器上部相连；液路由液位指示计、第四过滤器、第一气动薄膜调节阀、常压储液罐组成，其中，气液分离器下部一侧连接液位指示计，另一侧依次连接第四过滤器、第一气动薄膜调节阀、常压储液罐，尾气处理系统的气液分离器上端与催化反应系统末端相连的管路上设置冷凝器。

所述气相内循环系统包括气体循环压缩机，气体循环压缩机一端通过背压阀与气路相连，连接在第三过滤器与第二气动薄膜调节阀之间的管线上；气体循环压缩机另一端依次连接油气分离器、第二过滤器、第二质量流量计，第二质量流量计与液体原料进料装置相连，连接在第二单向阀与第三单向阀之间的管线上。

其中，

所述催化反应系统通过阀组控制选择串联或是并联。

所述加热装置为单段或多段温控炉，温控炉为一体式或分体式。优选三段或四段温控炉。可采用电加热直接供热或导热油循环间接供热方式进行，以达到工业模拟反应温度的要求。

油气分离器的作用在于提纯气体，使除去气相中携带的非循环要求的气相物料。气体循环压缩机的作用在于提供略高于反应系统压力的气体循环量。其循环气量有可能低于压缩机的全力输出值，引起入口压力大幅波动，入口压力上升，使得其他物料无法正常进料。背压阀的作用在于当循环压缩机在略高于反应系统压力的条件下，可在反应入口有或无新鲜气体补充的情况下，维持气体较高或极低的循环气量的同时，维持供气系统压力稳定。将满足循环气量的剩余气量通过气动薄膜调节阀驰放，以使得催化反应的持续进行。气体循环压缩机、背压阀、气动薄膜调节阀三者之间配合方能达到压力自平衡，气相内循环的目的。

本实用新型提供了一种具有压力自平衡、气相内循环的模拟工业运行参数，适用于实验室的固定床催化反应装置。其使用很少的催化剂样品，较小的物料模拟工业参数(如压力、空速、温度等)运行。返混物料比由压力自平衡、气相内循环系统控制，以便进行较为贴近工业运行状态的情况下，在毫升或立升级催化剂装量的条件下进行的工业控制参数模拟测试，得出对于催化剂工业运行较有指导价值的参数信息。此催化反应装置可在实验室里对加氢、脱氢、脱硫、合成、水解、变换等多催化反应进行工业模拟，设立一级或多级反应器，多级反应器可串联或者并联或者串并联共用，以解决如加氢脱硫反应一体化需求。控制采用数显及计算机工控模块，自动化程度高，能大幅降低人为操作误差的优点。

本实用新型由原料供应系统、催化反应系统，气体内循环系统和尾气处理系统组成，从而实现压力自平衡、气相内循环的目的。

在进行催化剂的还原过程时，可采用单只质量流量计控制氢气流量，含有机硫或添加有机硫的原料进行固定床的催化剂硫化，通过阀组控制，经尾气控制系统处理后驰放，脱硫催化剂可单独还原。催化剂预处理完毕，进入正常模拟阶段。

原料气供应系统由稳压器与至少两只质量流量计组成，一只用于系统升压和补充反应消耗的原料气量，另一只用于控制需要循环的气量。原料气(可单组份或多组分的混合气体，也可由质量流量计计量多组分气体混合配置得到)引人装置，系统升压至工业模拟值，开启液体(裂解汽油)进料系统引人液体原料。开启内循环气体压缩机，压缩机出口分为两路，一路由背压阀控制压力与尾气处理系统相连，另一路经油气分离器处理，实现气液分离后，返回至原料气供应经质量流量计计量后重新引人反应装置。以此保障用极少的氢气源维持加氢反应在较大的氢油比条件下进行。

尾气处理系统由水冷或风冷与气液分离器组合，达到降温、气液分离的目的。气液相分别进料，单独控制，维持反应连续进行。在反应入口补充少量新鲜气体的状态下，气体内循环和驰放部分尾气以反应体系的压力恒定，液体缓慢、均衡移出，维持目的反应持续进行。气路包括依次相连的第三过滤器、第二气动薄膜调节阀、尾气驰放口，气体经过滤后，由第一压力指示计测量压力值，第二气动薄膜调节阀调节驰放气量。液路由液位指示计、第四过滤器、第一气动薄膜调节阀、常压储液罐组成，液位指示计测量液位，第一气动薄膜调节阀控制缓慢、均衡的排液至常压储液罐。以此气液两相循环利用完成工业模拟测试。

本实用新型所具有的有益效果是：

本实用新型具有工艺流程简洁、自动化控制程度高，采用较少的样品量，能够保障气液进料稳定、准确，压力恒定，气体内循环比高，循环比可人为控制。气液原料能够按比例混合进料，其运行时物耗远低于通过工业侧线或工业运行调整条件而获得的数据，能够更快速、灵活、有效地模拟工业化运行。特别在模拟工业苛刻条件的运行更为有利，测试数据极具工业参考价值。

本实用新型可在贴近工业运行状态的情况下，在毫升或立升级催化剂装量的条件下进行工业控制参数模拟测试，得出对于催化剂工业运行较有指导价值的参数信息。该催化反应装置能够在实验室里对加氢、脱氢、脱硫、合成、水解、变换等多催化反应进行工业模拟。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图中：1、气体原料储罐；2、减压阀；3、过滤器；3-1、第一过滤器；3-2、第二过滤器；3-3、第三过滤器；3-4、第四过滤器；4、质量流量计；4-1、第一质量流量计；4-2、第二质量流量计；5、单向阀；5-1、第一单向阀；5-2、第二单向阀；5-3、第三单向阀；6、加氢反应器；7、截止阀；7-1、第一截止阀；7-2、第二截止阀；7-3、第三截止阀；7-4、第四截止阀；7-5、第五截止阀；8、加热炉；8-1、第一加热炉；8-2、第二加热炉；9、脱硫反应器；10、冷凝器；11、气液分离器；12、气动薄膜调节阀；12-1、第一气动薄膜调节阀；12-2、第二气动薄膜调节阀；13、液位指示计；14、常压储液罐；15、压力指示计；15-1、第一压力指示计；15-2、第二压力指示计；16、尾气驰放口；17、背压阀；18、气体循环压缩机；19、油气分离器；20、液体原料储罐；21、计量泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

如图1所示，所述的具有气相内循环系统的催化反应工业模拟装置，包括原料供应系统、催化反应系统，其特征在于：还包括气体内循环系统和尾气处理系统；其中，原料供应系统、催化反应系统、尾气处理系统依次相连；气相内循环系统分别与尾气处理系统和原料供应系统相连；气相内循环系统包括气体循环压缩机18，气体循环压缩机18一端通过能够维持系统压力稳定的背压阀17与尾气处理系统相连；尾气处理系统包括与背压阀17相连的第二气动薄膜调节阀12-2。

所述原料供应系统包括两个部分，其中，第一部分是气体原料进料装置，第二部分是液体原料进料装置；所述气体原料进料装置包括依次相连的气体原料储罐1、减压阀2、第一过滤器3-1、第一质量流量计4-1、第一单向阀5-1，第一单向阀5-1与催化反应系统相连；所述液体原料进料装置包括依次相连的液体原料储罐20、计量泵21、第三单向阀5-3、第二单向阀5-2，第二单向阀5-2与催化反应系统相连；

所述催化反应系统为一级反应器或者多级反应器，多级反应器串联或者并联或者串并联共用，第一单向阀5-1、第二单向阀5-2均与第一级反应器相连，催化反应系统末端与尾气处理系统相连；反应器外部设置加热装置；

所述尾气处理系统由冷凝器10、气液分离器11、气路、液路组成，气路包括依次相连的第三过滤器3-3、第一压力指示计15-1、第二气动薄膜调节阀12-2、尾气驰放口16，第三过滤器3-3与气液分离器11上部相连；液路由液位指示计13、第四过滤器3-4、第一气动薄膜调节阀12-1、常压储液罐14组成，其中，气液分离器11下部一侧连接液位指示计13，另一侧依次连接第四过滤器3-4、第一气动薄膜调节阀12-1、常压储液罐14，尾气处理系统的气液分离器11上端与催化反应系统末端相连的管路上设置冷凝器10；

所述气相内循环系统包括气体循环压缩机18，气体循环压缩机18一端通过背压阀17与气路相连，连接在第三过滤器3-3与第二气动薄膜调节阀12-2之间的管线上；气体循环压缩机18另一端依次连接油气分离器19、第二过滤器3-2、第二质量流量计4-2，第二质量流量计4-2与液体原料进料装置相连，连接在第二单向阀5-2与第三单向阀5-3之间的管线上。

所述催化反应系统为采用串联或并联的两级反应器。本实施例为加氢反应器6、脱硫反应器9，通过阀组控制选择串联或是并联。阀组由第一截止阀7-1、第二截止阀7-2、第三截止阀7-3、第四截止阀7-4、第五截止阀7-5组成，第三截止阀7-3前方设置第二压力指示计15-2。

所述加热装置优选三段或四段温控炉。可采用电加热直接供热或导热油循环间接供热方式进行，以达到工业模拟反应温度的要求。

Claims (8)

1.一种具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，包括原料供应系统、催化反应系统，其特征在于：还包括气体内循环系统和尾气处理系统；其中，原料供应系统、催化反应系统、尾气处理系统依次相连；气相内循环系统分别与尾气处理系统和原料供应系统相连；气相内循环系统包括气体循环压缩机(18)，气体循环压缩机(18)一端通过能够维持系统压力稳定的背压阀(17)与尾气处理系统相连；尾气处理系统包括与背压阀(17)相连的第二气动薄膜调节阀(12-2)。

2.根据权利要求1所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述原料供应系统包括两个部分，其中，第一部分是气体原料进料装置，第二部分是液体原料进料装置；所述气体原料进料装置包括依次相连的气体原料储罐(1)、减压阀(2)、第一过滤器(3-1)、第一质量流量计(4-1)、第一单向阀(5-1)，第一单向阀(5-1)与催化反应系统相连；所述液体原料进料装置包括依次相连的液体原料储罐(20)、计量泵(21)、第三单向阀(5-3)、第二单向阀(5-2)，第二单向阀(5-2)与催化反应系统相连。

3.根据权利要求2所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述催化反应系统为一级反应器或者多级反应器，多级反应器串联或者并联或者串并联共用，第一单向阀(5-1)、第二单向阀(5-2)均与第一级反应器相连，催化反应系统末端与尾气处理系统相连；反应器外部设置加热装置。

4.根据权利要求3所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述尾气处理系统由冷凝器(10)、气液分离器(11)、气路、液路组成；气路包括依次相连的第三过滤器(3-3)、第一压力指示计(15-1)、第二气动薄膜调节阀(12-2)、尾气驰放口(16)，第三过滤器(3-3)与气液分离器(11)上部相连；液路由液位指示计(13)、第四过滤器(3-4)、第一气动薄膜调节阀(12-1)、常压储液罐(14)组成，其中，气液分离器(11)下部一侧连接液位指示计(13)，另一侧依次连接第四过滤器(3-4)、第一气动薄膜调节阀(12-1)、常压储液罐(14)，尾气处理系统的气液分离器(11)上端与催化反应系统末端相连的管路上设置冷凝器(10)。

5.根据权利要求4所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述气相内循环系统包括气体循环压缩机(18)，气体循环压缩机(18)一端通过背压阀(17)与气路相连，连接在第三过滤器(3-3)与第二气动薄膜调节阀(12-2)之间的管线上；气体循环压缩机(18)另一端依次连接油气分离器(19)、第二过滤器(3-2)、第二质量流量计(4-2)，第二质量流量计(4-2)与液体原料进料装置相连，连接在第二单向阀(5-2)与第三单向阀(5-3)之间的管线上。

6.根据权利要求3所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述加热装置为单段或多段温控炉，温控炉为一体式或分体式。

7.根据权利要求6所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述加热装置为三段或四段温控炉。

8.根据权利要求6所述的具有压力自平衡、气相内循环的催化反应工业模拟装置，其特征在于：所述加热装置采用电加热直接供热或导热油循环间接供热。