CN209745751U - 一种耐硫甲烷化催化剂评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种耐硫甲烷化催化剂评价装置，包括由气体进料系统和液体进料系统组成的进料系统，用于催化剂和进料系统输送的混合气体进行反应的反应系统，由冷凝器、气液分离罐及储液罐组成且用于对反应后的混合气体进行分离的气液分离系统，由干法脱硫系统和湿法脱硫组成且用于脱去尾气中硫化氢的尾气处理系统，用于测量脱硫后最终气体体积的尾气体积测量系统。本实用新型公开的耐硫甲烷化催化剂评价装置的使用寿命长，能彻底脱除硫化氢气体，减少环境污染。

Description

一种耐硫甲烷化催化剂评价装置

技术领域

本实用新型属于催化剂领域，具体涉及一种耐硫甲烷化催化剂评价装置。

背景技术

目前传统的煤制天然气技术发展的较为成熟。其中主要包含煤气化、除尘除焦油、耐硫变换、低温甲醇洗、多段循环甲烷工段。目前甲烷化技术基本采用以镍为主要活性组分的催化剂，这类类催化剂的制备及工艺路线已经较为成熟。但镍系催化剂进行甲烷化过程对硫组分极其敏感，需要原料气硫含量低于0.1ppm，需要设置耐硫变换工段。耐硫甲烷化工段的应用可以替代耐硫变换工段，在硫含量较高的原料气氛中同时发生水汽变换和甲烷化反应，可以很大程度上降低低温甲醇洗和后续补充甲烷化工段的负荷，从而大幅减少设备投资和操作费用。因此，耐硫甲烷化技术成为了当前各单位研究的热门。而耐硫甲烷化技术尚不成熟，处于实验室研究阶段，因而，开发适用于高硫含量的催化剂评价装置非常关键。

现有催化剂评价装置中存在的技术缺陷：

(1)普通装置反应器和冷凝器无特殊处理，在高温高压硫化氢条件下易出现腐蚀，进而增加了安全隐患；

(2)普通评价装置尾气无硫化氢吸收系统或吸收精度不够，排放的尾气仍有臭鸡蛋气味，污染环境；

(3)普通的耐硫评价装置，在接液时会有气体泄漏到室内，影响工作人员身心健康。

实用新型内容

本实用新型公开的耐硫评价装置能应用于高温、高压、高浓度硫化氢等较苛刻条件，为耐硫甲烷化催化剂的评价提供保障。

本实用新型提供的一种耐硫甲烷化催化剂评价装置，其包括由气体进料系统和液体进料系统构成的进料系统，与进料系统连接的反应系统，与反应系统的出口连接且包括依次连接的冷凝器、气液分离罐及储液罐的气液分离系统，与气液分离罐的气体出口连接的用于脱去尾气中硫化氢的尾气处理系统，与尾气处理系统的出口连接的用于测量脱硫后最终气体体积的尾气体积测量系统，其中，气体进料系统的各气体进料管道与用于将各组分气体混合的气体混合罐的气体原料进料口连接，气体混合罐的混合气体输出管道连接于预热炉的气体进口，液体进料系统的液体进料管道与用于将液体气化的预热炉的液体进口连接，预热炉的混合气出口经管道连接于反应系统的气体原料进料口，反应系统的气体输出管道经冷凝器连接于气液分离罐的气体进口，气液分离罐的液体出口经管道连接于储液罐的液体进口，气液分离罐的气体输出管道经过尾气处理系统后连接于尾气体积测量系统的气体进口，尾气体积测量系统的气体输出管道经干燥器后进入放空系统。液体进料系统可以包括水罐和用于将水罐中水泵出的水泵(计量泵)，水泵连接有液体进料管道，后者与用于将液体气化的预热炉的液体进口连接。

进一步地，所述气体进料系统设有5个或6个并联的气体进料管道，并联的气体进料管道汇合后连接于气体混合罐的气体原料进料口，若有6个进气管道它们分别是氮气管路、氢气管路、一氧化碳管路、二氧化碳管路、甲烷管路、硫化氢管路，且每个气体进料管道上都设有用于计算气体流量的质量流量计(其量程范围为0-2NL/min)，如果硫化氢进气量需要的很少导致流量计进气不稳，可将硫化氢与氢气配成一定比例混合气使用，此时设有5个气体进料管道，值得注意的是：硫化氢流量计通气前需要用皂泡流量计标定。

进一步地，所述气液分离罐的气体输出管道上设有背压阀。

进一步地，尾气处理系统包括依次连接的干法脱硫系统和湿法脱硫系统，所述干法脱硫系统为内部装有脱硫剂(例如氧化铁)的两个用于一开一备的并联脱硫塔，气液分离罐的气体输出管道经背压阀后分为两个支管，分别连接于两个并联脱硫塔的气体进口，两个并联的脱硫塔的气体输出管道汇合后连接湿法脱硫系统的气体进口。湿法脱硫系统的出口连接尾气体积测量系统的气体进口。

进一步地，所述湿法脱硫系统为装有硫酸铜溶液的洗气瓶，硫酸铜溶液可以和尾气中残存的微量硫化氢生成极难溶的硫化铜沉淀，达到彻底脱除硫化氢的目的。

进一步地，所述尾气体积测量系统为测定反应完全后气体体积的湿式气体流量计，依次计算出反应的进行程度。

进一步地，所述反应系统为外部包裹有加热炉的反应器。反应器优选三段电加热炉进行加热和控温，每段设置一个温控点，保证炉体温度的相对稳定。同时反应器恒温段区域设置三个测温点，随时监测催化剂床层入口温度、床层温度、出口温度。耐硫催化剂装填在反应器的恒温段内，混合气体物料从反应器上侧口，自上而下穿过催化剂床层，在25-700℃的温度及1.0-5MPa压力条件下进行催化反应，反应后的产物从反应器下侧口进入气液分离系统。

进一步地，所述液体进料管道上设有用于计量液体进料量且为液体提供动力的计量泵(其量程范围为0-5mL/min)。

进一步地，储液罐的气体输出管道连接于湿法脱硫系统的气体进口，用于防止从气液分离罐手动接液时排放的尾气污染室内空气。

进一步地，所述反应器、冷凝器和气液分离罐及其之间的连接管道为耐高温高压高湿度同时耐硫化氢腐蚀的合金材料，例如可以为哈氏合金或蒙乃尔合金。

使用本实用新型的耐硫甲烷化催化剂评价装置的工艺流程如下：

进料系统的各管道原料气由各自的流量计按照设定的速率进入气体混合罐，液体自计量泵控制流量进入预热炉并在预热炉内气化，与来自气体混合罐的混合气体共同被预热到一定温度后，从反应器上侧入口自上而下穿过催化剂床层，在一定工艺条件下进行催化反应，反应后的产物从反应器下侧出口进入冷凝器，经冷凝器冷凝后进入气液分离罐，分离出的液相产物在不影响系统压力波动的情况下手动放入储液罐。分离出来的气态产物经气液分离罐顶部出口流出，经背压阀而后进入脱硫塔粗脱硫，脱除大部分硫化氢气体，再经洗气瓶彻底脱硫，脱完硫化氢的气体进入气体流量计测量体积后，进入干燥器干燥，最后进入尾气总管放空。

本实用新型的有益效果：

1、反应器、冷凝器和气液分离罐及中间连接的管路是耐高温高压同时耐硫化氢腐蚀的特殊合金材料(如哈氏合金、蒙乃尔合金等)，增加整个装置的使用寿命和安全性；

2、两个脱硫塔是并联的，可在不影响实验进度前提下更换脱硫剂；

3、对实验人员能尽可能减少硫化氢危害：储液罐气体输出管道连接洗气瓶气体进口，以防止接液时排放的尾气污染室内空气；

4、能彻底脱除硫化氢气体：经过干法脱硫后，硫酸铜溶液可以和尾气中残存的微量硫化氢生成难溶的硫化铜沉淀；

5、尾气体积测量系统，可测定反应完后气体的体积，进而可以计算出反应的进行程度。

附图说明

图1为本实用新型的耐硫催化剂评价装置的示意图。

图2为不含尾气处理系统的装置示意图。

图3为不含干法脱硫部分，只有湿法脱硫系统(用氢氧化钠溶液)的装置示意图。

图4为没有备用脱硫塔，没有储液罐的装置示意图。

图5为没有使用特殊的耐腐蚀的合金材料的装置示意图。

附图标记说明:

气体混合罐A，预热炉B，反应器C，冷凝器D，背压阀E，干燥器G，计量泵H，气体进料系统I，液体进料系统II，脱硫塔T1、T2，湿式气体流量计FI701，气液分离罐V1，储液罐V2，洗气瓶V3，水罐Z，

气体进料管道L1，混合气体输出管道L2，液体进料管道L3，管道L4、L5、L6、L7、L8，

氮气管路L101、氢气管路L201、一氧化碳管路L301、二氧化碳管路L401、甲烷管路L501、硫化氢管路L601。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型。

根据本实用新型的其中一个实施方案，提供一种如图1所示的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其包括由气体进料系统I和液体进料系统II构成的进料系统，与进料系统连接的反应系统，与反应系统的出口连接且包括依次连接的冷凝器D、气液分离罐V1及储液罐V2的气液分离系统，与气液分离罐V1的气体出口连接的用于脱去尾气中硫化氢的尾气处理系统(脱硫塔T1、T2、洗气瓶V3)，用于测量脱硫后最终气体体积的尾气体积测量系统FI701，其中，液体进料系统II可以包括水罐Z和计量泵H，气体进料系统I的各气体进料管道(氮气管路L101、氢气管路L201、一氧化碳管路L301、二氧化碳管路L401、甲烷管路L501、硫化氢管路L601)汇合成管道L1后与用于将各组分气体混合的气体混合罐A的气体原料进料口连接，气体混合罐A的混合气体输出管道L2连接于预热炉B的气体进口，液体进料系统II的液体进料管道L3(计量泵H的输出管道)与用于将液体气化的预热炉B的液体进口连接，预热炉B的混合气出口经管道L4连接于反应系统C的气体原料进料口，反应系统的气体输出管道L5经冷凝器D(使用循环水进行冷凝)连接于气液分离罐V1的气体进口，气液分离罐V1的液体出口经管道L6连接于储液罐V2的液体进口，气液分离罐V1的气体输出管道L7先后依次经过干法脱硫系统和湿法脱硫系统后连接于尾气体积测量系统FI701的气体进口，尾气体积测量系统的气体输出管道经干燥器G后进入放空系统。

所述气体进料系统设有6个并联的气体管路，它们分别是氮气管路L101、氢气管路L201、一氧化碳管路L301、二氧化碳管路L401、甲烷管路L501、硫化氢管路L601，且每个气体进料管道上都设有用于计算气体流量的质量流量计(FI101、FI201、FI301、FI401、FI501、FI601，其量程范围为0-2NL/min)，并联的气体管路汇合后连接于气体混合罐A的气体原料进料口，如果硫化氢进气量需要的很少导致流量计进气不稳，可将硫化氢与氢气配成一定比例混合气使用，此时设有5个气体进料管道，值得注意的是：硫化氢流量计通气前需要用皂泡流量计标定。

所述气液分离罐的气体输出管道上设有背压阀E。

尾气处理系统包括依次连接的干法脱硫系统和湿法脱硫系统，所述干法脱硫系统为内部装有脱硫剂(例如氧化铁)的两个用于一开一备的并联脱硫塔(T1，T2)，气液分离罐的气体输出管道经背压阀E后分为两个支管，分别连接于两个并联脱硫塔的气体进口，两个并联的脱硫塔的气体输出管道汇合后连接湿法脱硫系统的气体进口。

所述湿法脱硫系统为装有硫酸铜溶液的洗气瓶V3，硫酸铜溶液可以和尾气中残存的微量硫化氢生成极难溶的硫化铜沉淀，达到彻底脱除硫化氢的目的。

所述尾气体积测量系统为测定反应完全后气体体积的湿式气体流量计FI701，以此计算出反应的进行程度。

所述反应系统为外部包裹有加热炉的反应器C。反应器优选三段电加热炉进行加热和控温，每段设置一个温控点，保证炉体温度的相对稳定。同时反应器恒温段区域设置三个测温点，随时监测催化剂床层入口温度、床层温度、出口温度。耐硫催化剂装填在反应器的恒温段内，混合气体物料从反应器上侧口，自上而下穿过催化剂床层，在25-700℃的温度及1.0-5MPa压力条件下进行催化反应，反应后的产物从反应器下侧口进入气液分离系统。

所述液体进料管道上设有用于计量液体进料量且为液体提供动力的计量泵H(其量程范围为0-5mL/min)。

储液罐V2的气体输出管道L8连接于湿法脱硫系统的气体进口，用于防止从气液分离罐手动接液时排放的尾气污染室内空气。

所述反应器C、冷凝器D和气液分离罐V1及其之间的连接管道为耐高温高压高湿度同时耐硫化氢腐蚀的合金材料，例如可以为哈氏合金或蒙乃尔合金。

实施例1

使用本实用新型的耐硫甲烷化催化剂评价装置的工艺流程如下：

如图1所示，进料系统为6个并联的气体管路，各管道原料气由各自的流量计按照设定的速率进入气体混合罐A，液体自计量泵H控制流量进入预热炉B并在预热炉内气化，与来自气体混合罐A的混合气体共同被预热到一定温度后，从反应器C上侧入口自上而下穿过催化剂床层，在一定工艺条件下进行催化反应，反应后的产物从反应器下侧出口进入冷凝器D，经冷凝器D冷凝后进入气液分离罐V1，分离出的液相产物在不影响系统压力波动的情况下手动放入储液罐V2。分离出来的气态产物经气液分离罐顶部出口流出，经背压阀E后进入脱硫塔粗脱硫(T1或T2)，脱除大部分硫化氢气体，再经洗气瓶V3彻底脱硫，脱完硫化氢的气体进入气体流量计FI701测量体积后，进入干燥器G干燥，最后进入尾气总管放空。

该耐硫评价装置具有耐高温高压耐腐蚀，且能彻底脱除尾气中的硫化氢，对环境友好。

对比例1

在实施例1的基础上省略储液罐和尾气处理系统，如图2所示，从气液分离罐V1分离出的液相产物直接排出，从气液分离罐V1分离出的气体经气体流量计FI701测量体积后，进入干燥器G干燥，最后进入尾气总管放空。

该耐硫评价装置具有耐高温高压耐腐蚀，但是没有尾气处理系统，直接排放对环境造成很大污染；接液时会有硫化氢气体泄出，对实验人员造成一定危害，不是环境友好型装置。

对比例2

在实施例1的基础上省略干法脱硫系统且洗气瓶中的溶液为氢氧化钠溶液，如图3所示，从气液分离罐V1分离出的气体只经过湿法脱硫系统，然后气体流量计FI701测量体积后，进入干燥器G干燥，最后进入尾气总管放空。

该耐硫评价装置只有湿法脱硫系统，脱硫不完全，尾气仍含有相当含量的硫化氢气体；且用氢氧化钠成本高、配置浓溶液会剧烈放热具有一定危险性、生成的硫化钠易水解生成硫化氢(硫化钠又名臭碱、臭苏打)，因此不是环境友好型装置。

对比例3

在实施例1的基础上只有一个脱硫塔且不设置储液罐，如图4所示。

该耐硫评价装置具有耐高温高压耐腐蚀，且能彻底脱除尾气中的硫化氢，但是接液时会有实验气体硫化氢等泄漏出来影响实验人员安全；且在更换脱硫塔T1中的脱硫剂时必须要停实验，不能连续评价。有一定的弊端。

对比例4

在实施例1的基础上，所述反应器、冷凝器和气液分离罐及其之间的连接管道未使用耐高温高压高湿度同时耐硫化氢腐蚀的合金材料。如图5所示。

该耐硫评价装置能彻底脱除尾气中的硫化氢，但是关键部位没有使用耐腐蚀的材料，使用半年后锯开冷凝器，发现冷凝螺旋管内壁有一定锈蚀。该装置具有一定危险性。

Claims (10)

1.一种耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，其包括由气体进料系统和液体进料系统构成的进料系统，与进料系统连接的反应系统，与反应系统的出口连接且包括依次连接的冷凝器、气液分离罐及储液罐的气液分离系统，与气液分离罐的气体出口连接的用于脱去尾气中硫化氢的尾气处理系统，与尾气处理系统的出口连接的用于测量脱硫后最终气体体积的尾气体积测量系统，其中，气体进料系统的各气体进料管道与用于将各组分气体混合的气体混合罐的气体原料进料口连接，气体混合罐的混合气体输出管道连接于预热炉的气体进口，液体进料系统的液体进料管道与用于将液体气化的预热炉的液体进口连接，预热炉的混合气出口经管道连接于反应系统的气体原料进料口，反应系统的气体输出管道经冷凝器连接于气液分离罐的气体进口，气液分离罐的液体出口经管道连接于储液罐的液体进口，气液分离罐的气体输出管道经过尾气处理系统后连接于尾气体积测量系统的气体进口，尾气体积测量系统的气体输出管道经干燥器后进入放空系统。

2.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述气体进料系统设有5-6个并联的气体进料管道，并联的气体进料管道汇合后连接于气体混合罐的气体原料进料口，且每个气体进料管道上都设有用于控制气体流量的质量流量计。

3.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述气液分离罐的气体输出管道上设有背压阀。

4.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，尾气处理系统包括依次连接的干法脱硫系统和湿法脱硫系统，所述干法脱硫系统为内部装有脱硫剂的两个用于一开一备的并联脱硫塔，气液分离罐的气体输出管道经背压阀后分为两个支管，分别连接于两个并联脱硫塔的气体进口，两个并联的脱硫塔的气体输出管道汇合后连接湿法脱硫系统的气体进口。

5.根据权利要求4所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述湿法脱硫系统为装有硫酸铜溶液的洗气瓶。

6.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述尾气体积测量系统为测定反应完全后气体体积的湿式气体流量计。

7.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述反应系统为外部包裹有加热炉的反应器。

8.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述液体进料管道上设有用于计量液体进料量且为液体提供动力的计量泵。

9.根据权利要求1所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，储液罐的气体输出管道连接于湿法脱硫系统的气体进口。

10.根据权利要求7所述的耐硫甲烷化催化剂评价装置，其特征在于，所述反应器、冷凝器和气液分离罐及其之间的连接管道为耐高温高压高湿度同时耐硫化氢腐蚀的合金材料。