专利名称:一种催化剂评价装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种催化剂评价装置，包括：保护性气体供给装置(2)、甲醇储罐(3)、去离子水储罐(4)、装填有进行甲醇制二甲醚反应的催化剂的第一反应器(18)、装填有进行甲醇和二甲醚制烯烃反应的催化剂的第二反应器(19)、气相色谱仪(24)。本实用新型采用双反应器串联的方式，根据实验目的，依靠三通切换阀的切换，首次在同一装置上实现催化剂汽蒸(水热处理)、DME催化剂活性评价、模拟工业MTP催化剂评价以及催化剂再生等过程，同时解决了尾气安全排放的问题。
【专利说明】一种催化剂评价装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤化工领域，具体而言涉及一种化工生产模拟评价装置，特别涉及一种用于甲醇转化制丙烯和甲醇转化制二甲醚等不同反应和改性的多功能的催化剂评价装置。
【背景技术】
[0002]丙烯是一种重要的有机化工原料。近年来，随着石油资源的持续短缺以及可持续发展战略的要求，世界上许多国家的研宄机构都致力开发非石油合成低碳烯烃的技术路线其中以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，主要生产丙烯的化工工艺技术(简称“MTP”)日益受到关注，根据我国煤炭资源相对较为丰富，且价格相对低廉的特点，采用煤经甲醇制丙烯等低碳烯烃不仅可以减少我国对石油资源的过度依赖、而且满足国民经济持续增长的需求并实现战略储备。
[0003]不考虑其循环工艺，现已成功工业化的鲁奇(Lilrgi)甲醇制丙烯工艺采用固定床反应器，经过两步法获得烯烃，即原料甲醇经过甲醇制二甲醚(DME)催化剂进行反应后，生成的甲醇和二甲醚混合物经过MTP催化剂反应后生成Cl?C9的有机产物。因此，完整的MTP工艺需要同时考察MTP催化剂和DME催化剂的各自性能。此外，据研宄，MTP催化剂一般以ZSM-5分子筛为母体，适当的水处理等改性工艺有利于提高催化剂的水热反应性能。
[0004]当前，大多数的发明和研宄关注于甲醇制丙烯催化剂本身，对MTP工艺流程中的甲醇制二甲醚以及甲醇制烯烃催化剂性能评价所需用到的装置关注的相对较少。目前用于评价装置只能应用于评价单一的催化反应，不能同时实现甲醇制二甲醚催化剂、甲醇制丙烯以及MTP催化剂水热处理等多种实验需求，因此研宄一种操作简便、多用途的催化剂评价装置对于模拟实际工况反应，降低装置投资等具有非常重大的意义。此外，高空速下的催化评价反应的反应尾气量大，若直接排放往往会因为高碳组分的冷凝而堵塞尾气管，而且还会造成室内污染物超标。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种操作简便、多用途的用于甲醇转化制丙烯和甲醇转化制二甲醚等不同反应和改性的催化剂评价装置。
[0006]本实用新型是通过下述技术方案予以实现的:
[0007]一种催化剂评价装置，包括:保护性气体供给装2、甲醇储罐3、去离子水储罐4、装填有进行甲醇制二甲醚反应的催化剂的第一反应器18、装填有进行甲醇和二甲醚制烯烃反应的催化剂的第二反应器19、气相色谱仪24 ；
[0008]所述保护性气体供给装置2和甲醇储罐3分别与所述第一反应器18连通；
[0009]所述第一反应器18的输出口分别与所述第二反应器19、气相色谱仪24连通；
[0010]所述去离子水储罐4与所述第二反应器19连通；
[0011]所述第二反应器19的输出口与所述气相色谱仪24连通。优选地，所述气相色谱仪24具有十二通阀，以实现同时分析第一反应器18和第二反应器19输出的混合气组成。
[0012]所述保护性气体供给装置2供给的保护性气体选自氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氮气中的一种或多种，优选为氮气。
[0013]在根据本实用新型的一个实施方案中，所述装置还包括空气或氧气供给装置1，所述空气或氧气供给装置I与所述第一反应器18连通
[0014]在根据本实用新型的一个实施方案中，所述装置还包括第一预热混合器17，所述保护性气体供给装置2、甲醇储罐3分别经由所述第一预热混合器17与所述第一反应器18连通，也就是说，保护性气体供给装置2、甲醇储罐3分别与第一预热混合器17连通，然后，第一预热混合器17再将预热后的保护性气体和甲醇气体通入到第一反应器18中，这样保护性气体供给装置2提供的保护性气体以及甲醇储罐3提供的甲醇可以在此预热。
[0015]在根据本实用新型的一个实施方案中，所述装置还包括第二预热混合器21，所述第一反应器17的输出口、所述去离子水储罐4分别经由所述第二预热混合器21与所述第二反应器19连通。也就是说，第一反应器18输出的反应尾气以及去离子水储罐4提供的去离子水通过管线输入到第二预热混合器21中，然后，经过预热的混合气和/或水蒸汽再输入到第二反应器19中。
[0016]在根据本实用新型的另一个实施方案中，空气或氧气供给装置I经由第一预热混合器17与第一反应器18连通；并且经由第二预热混合器21与所述第二反应器19连通。通过向装置中通入空气或氧气可以实现第一反应器18和/或第二反应器19中的催化剂的再生。
[0017]在根据本实用新型的另一个实施方案中，所述催化剂评价装置还包括气液分离罐31，所述气液分离罐31分别与第一反应器18的输出口、第二反应器19的输出口连通。
[0018]在根据本实用新型的另一实施方案中，所述装置还包括用于将离开所述第一反应器18和所述第二反应器19的物料进行换热和冷凝的、依次连接的换热器29、冷凝器30，第一反应器18或第二反应器19输出的反应尾气依次经过所述换热器29和冷凝器30，然后进入所述气液分离罐31。
[0019]在根据本实用新型的再一个实施方案中，所述气液分离罐31的顶部还可以设置有背压阀32，以实现第一反应器18的系统压力控制。
[0020]在根据本实用新型的另一个实施方案中，所述催化剂评价装置还包括尾气处理机构，该尾气处理机构与气相色谱仪24的输出口连通，尾气处理机构可以包括依次串联的第一尾气瓶25和第二尾气瓶26，优选地，所述第一尾气瓶25中盛装去离子水，所述第二尾气瓶26中盛装肥皂液或含有表面活性剂的液体。
[0021]在根据本实用新型的另一个实施方案中，可以在与所述气相色谱仪24的输入口连通的管线上设置有高温过滤器。
[0022]在根据本实用新型的一个实施方案中，所述第一反应器中装填DME催化剂，其一端通过第一预热混合器17分别与相互并联后的空气或氧气供给装置1、保护性气体供给装置2以及甲醇储罐3相连通，所述第一反应器18的另一端与一个三通切换阀连通，通过该三通切换阀的切换将第一反应器18输出的反应尾气分成两路。所述第一反应器18输出的反应尾气在三通切换阀的控制下可经过第一高温过滤器23后直接进入气相色谱仪24，在气相色谱仪24中进行二甲醚催化剂反应尾气的在线全组分分析，该尾气也可经过截止阀与换热器29、冷凝器30和气液分离罐31连通进行气液分离，还可以通过气液分离罐31顶部设置的背压阀32控制第一反应器18的系统压力，进行DME催化剂活性的评价。
[0023]所述的第一反应器18中的气体在三通切换阀控制下进入第二预热混合器21，第二预热混合器21可通过管线与去离子水储罐4连通。所述第二预热混合器21的原料气是水蒸汽和第一反应器输出的反应尾气，水蒸汽与第一反应器18输出的反应尾气混合后进入第二反应器19，该第二反应器19中装填MTP催化剂，可以模拟并评价MTP反应，也可以将水蒸汽单独输入第二反应器19，进行MTP催化剂汽蒸(即催化剂水热处理)工艺过程。
[0024]所述的第二反应器19中的反应尾气可以在三通切换阀的控制下进入气相色谱仪24进行产物全组分分析；所述的第二反应器19中的反应尾气也可以在三通切换阀的控制下，经过换热器29、冷凝器30，最后进入气液分离罐31进行气液分离。
[0025]所述的气相色谱仪24具有十二通阀，可以实现同时分析两路气体组成。气相色谱仪24输出的尾气依次通入两个相互连接的尾气瓶25、26。尾气经过所述的尾气瓶25、26的两次鼓泡处理后可直接安全排放，其中第一尾气瓶中装填去离子水，第二尾气瓶中装填可使反应尾气中的高碳组分的溶解的溶液。例如，该溶液可以是含有阴离子或阳离子表面活性剂的溶液，优选为肥皂液。
[0026]本实用新型的有益效果是:采用四气路、双反应器和带十二通阀的气相色谱，根据实验目的，通过三通切换阀的控制，实现催化剂汽蒸(即水热处理)、DME催化剂活性评价、模拟工业MTP催化剂评价以及催化剂再生在同一装置上进行。此外，通过将尾气通入盛装有去离子水和易于溶解高碳组分的溶液的尾气瓶有效解决了尾气安全排放的问题。
【附图说明】
[0027]以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中:
[0028]图1是根据本实用新型的催化剂评价装置的一个较佳实施方案的结构示意图。
[0029]附图标记说曰月:
[0030]1-空气或氧气供给装置；2_保护性气体供给装置；3_甲醇储罐；4_去离子水储罐；5_第一截止阀；6_第二截止阀；7_第一泵；8_第二泵；9_第一流量计；10_第二流量计；11-第一单向阀；12-第三截止阀；13-第二单向阀；14-第四截止阀；15-第三单向阀；16-第四单向阀；17_第一预热混合器；18_第一反应器；19_第二反应器；20_第一三通切换阀；21_第二预热混合器；22_第二三通切换阀；23_第一高温过滤器；24_气相色谱；25_第一尾气瓶；26_第二尾气瓶；27_第二高温过滤器；28_第五截止阀；29_换热器；30_冷凝器；31_气液分离罐；32_背压阀；33_第六截止阀；34_第七截止阀。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步进行详细说明。应当理解，附图和实施例仅用于解释本实用新型，并非用于限制本实用新型要求保护的范围。
[0032]实施例1
[0033]图1显示了根据本实用新型的催化剂评价装置的一个较佳实施方案。第一预热混合器17通过管线分别与空气或氧气供给装置1、保护性气体供给装置2以及甲醇储罐3连通，连通空气或氧气供给装置I的管线上设置有第一截止阀5、第一流量计9和第三单向阀15，以便于监测和控制输入的空气或氧气；连通保护性气体供给装置2的管线上设置有第二截止阀6、第二流量计10和第四单向阀16，以便于监测和控制输入的保护性气体；连通甲醇储罐3的管线上设置有第一泵7和第一单向阀11，在第一泵7和第一单向阀11之间的管线上可以设置具有第三截止阀12的支线，用于检测甲醇溶液的流量等进料情况。第一预热混合器17的输出口通过管线连通第一反应器18的输入口，该第一反应器18的输出口连通第一三通切换阀20，该第一三通切换阀20的另外两个接口通过管线分别与第二预热混合器21的一个输入口以及气相色谱仪24连通，其中连通气相色谱仪24的管线上还设置有第二高温过滤器27。第二预热混合器21的另一个输入口通过设置有第二泵8和第二单向阀13的管线与去离子水储罐4连通，在第二泵8和第二单向阀13之间还可以设置具有第四截止阀14的支线，以检测甲醇溶液的流量等进料情况。该第二预热混合器21的输出口通过管线与第二反应器19的输入口连通，该第一反应器19的输出口与第二三通切换阀22连通，该第二三通切换阀22的另外两个接口通过管线分别与气相色谱仪24的输入口以及冷凝器30连通，其中，连通气相色谱仪24的输入口的管线上设置有第一高温过滤器23，连通冷凝器30的管线上设置有换热器29。气相色谱仪24的输出口通过管线与盛装去离子水的第一尾气瓶25连通，盛装肥皂水等表面活性剂的溶液的第二尾气瓶26串联在第一尾气瓶25后。冷凝器30的输出端通过管线与气液分离罐31连通，该气液分离罐31在与其气相输出口和液相输出口连通的管线上分别设置第六截止阀33和第七截止阀34，在该气液分离罐31的顶部还设置有背压阀32。在将第一三通切换阀20与高气相色谱仪24连通的管线上设置支线，该支线与连通换热器29的管线连通，并且该支线上设置有第五截止阀28，这样可以将第一反应器18产生的气体经由换热器29、冷凝器30输入到气流分离罐31中。
[0034]应当理解，本实施例中的反应器为固定床反应器，任何适用于甲醇制烯烃反应的固定床反应器均适用于本实用新型，包括但不限于轴向绝热式固定床反应器、径向绝热式固定床反应器、列管式固定床反应器等类型。
[0035]应当理解，虽然本实施例中仅使用了三通切换阀来控制反应尾气的流向，但是，显然也可以通过在各管线上设置阀门，或者在反应器上设置多个具有阀门的输出口来控制反应尾气的流向。
[0036]应当理解，虽然本实施例中作为最佳的选择单独设置了预热混合器，但是，也可以将反应物不经过预热混合器直接通入反应器中，或者，也可以直接通过管线设置换热机构来预热反应物。
[0037]本实用新型提供的催化剂评价装置的使用方法如下:
[0038]本实用新型的应用运行条件(包含但不限于如下条件):
[0039]I)反应进气系统:氮气流量为O?1000mL/min，作为稀释气；空气或氧气流量O?1000mL/min，作为催化剂再生气；
[0040]2)甲醇和去离子水进料系统:采用平流泵，流量为O?10ml/min ；
[0041]3)反应系统:预热混合器温度:0?350°C;第一反应器温度:0?600°C，第二反应器温度:0?600°C ;
[0042]4)冷却分离，制冷剂中添加乙二醇等试剂，温度控制在-10?5°C ;
[0043]5)管线保温:160 ?200 °C。
[0044]实施例2
[0045]本实施例使用实施例1的催化剂评价装置进行DME催化剂活性评价:
[0046]第一反应器内装填DME催化剂3.0g，设定第一预热混合器17的温度为100°C，设定保温带温度100°C ;打开平流第一泵7，设定流量0.12ml/min，调节反应器内催化剂床层温度为320°C;调节第一三通切换阀20，关闭第五截止阀28，则第一反应器18产生的DME反应尾气直接进入色谱进行在线分析。应当理解，在评价过程中可以通入氮气等载气，以平衡催化剂评价装置内的压力。
[0047]实施例3
[0048]本实施例使用实施例1的催化剂评价装置进行MTP催化剂水热处理:
[0049]第一反应器18内装填DME催化剂3.0g,第二反应器19中装填MTP催化剂3.0g,分别设定第一预热混合器17和第二预热混合器21的温度为100°C和110°C，设定保温带温度100°C;打开平流泵(第二泵)8由第二泵8泵入去离子水，设定流量0.12ml/min ;关闭第三截止阀12，去离子水在第二预热混合器21中汽化；与此同时，打开第二截止阀6通入氮气，第二流量计10设定氮气流量为20ml/min ;调节第一三通切换阀20，使得氮气与汽化的去离子水在第二预热混合器21中混合后进入第二反应器19 ;调节第二三通切换阀22，使得第二反应器19中的尾气进入气液分离罐31进行气液分离和排放。
[0050]实施例4
[0051]本实施例采用实施例1的催化剂评价装置进行MTP催化剂模拟评价:
[0052]MTP催化剂水热处理:第一反应器18内装填DME催化剂3.0g,第二反应器19中装填MTP催化剂3.0g，分别设定第一预热混合器17和第二预热混合器21的温度为200°C和300°C，设定保温带温度180°C ；
[0053]打开第一泵7由甲醇储罐3泵入甲醇，设定流量0.12ml/min，甲醇在第一预热混合器17汽化后进入第一反应器18，其尾气通过控制第一三通切换阀20进入第二预热混合器21 ；
[0054]在泵入甲醇的同时，打开第二泵7，设定流量0.15ml/min ;关闭第四截止阀14，去离子水在第二预热混合器21汽化后于上述第一反应器18内的尾气混合后进入第二反应器19。需要测量活性数据时，则通过调节第二三通切换阀22，使得尾气经过过滤器后进入气相色谱仪24进行在线分析，其尾气通过第一尾气罐25和第二尾气罐26进行两次鼓泡后安全排放，其中，第二尾气罐26装填适量的肥皂液；不需要测量活性数据时，开启换热器29通过调节第二三通切换阀22，使得尾气经过换热器29和冷凝器30后进入气液分离罐31进行气液分离，如有必要，可将气液分离罐中的气体和液体分别进行米样分析。
[0055]催化剂再生时，关闭第一泵7 (例如平流泵)和第二泵8 (例如平流泵)停止进料，然后先打开第二截止阀6，通入氮气吹扫后，再打开第一截止阀5在不同浓度的氧气下，程序升温烧炭，进行催化剂再生。
[0056]尽管已经对本实用新型的【具体实施方式】进行了详细说明和描述，但应当认识到，本实用新型不受所述【具体实施方式】的限制。在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，可以对本实用新型做出各种改进、修饰和变化，而这些改进、修饰和变化均在本实用新型的范围之内。
【权利要求】
1.一种催化剂评价装置，包括:保护性气体供给装置(2)、甲醇储罐(3)、去离子水储罐(4)、装填有进行甲醇制二甲醚反应的催化剂的第一反应器(18)、装填有进行甲醇和二甲醚制烯烃反应的催化剂的第二反应器(19)、气相色谱仪(24);其中， 所述保护性气体供给装置(2)和甲醇储罐(3)分别与所述第一反应器(18)连通； 所述第一反应器(18)的输出口分别与所述第二反应器(19)、气相色谱仪(24)连通； 所述去离子水储罐(4)与所述第二反应器(19)连通； 所述第二反应器(19)的输出口与所述气相色谱仪(24)连通。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括空气或氧气供给装置(I)，所述空气或氧气供给装置(I)与所述第一反应器(18)连通。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一预热混合器(17)，所述保护性气体供给装置(2)、甲醇储罐(3)分别经由所述第一预热混合器(17)与所述第一反应器(18)连通。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二预热混合器(21)，所述第一反应器(17)的输出口、所述去离子水储罐(4)分别经由所述第二预热混合器(21)与所述第二反应器(19)连通。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述空气或氧气供给装置经由所述第一预热混合器(17)与所述第一反应器(18)连通；并且经由所述第二预热混合器(21)与所述第二反应器(19)连通。6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气液分离罐(31)，所述气液分离罐(31)分别与所述第一反应器(18)的输出口、第二反应器(19)的输出口连通。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将离开所述第一反应器(18)和所述第二反应器(19)的物料进行换热和冷凝的、依次连接的换热器(29)、冷凝器(30)，离开所述冷凝器(30)的物料进入所述气液分离罐(31)。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述气液分离罐(31)顶部的背压阀(32)。9.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括尾气处理机构，所述尾气处理机构与所述气相色谱仪(24)的输出口连通，所述尾气处理机构包括依次串联的第一尾气瓶(25)和第二尾气瓶(26)，所述第一尾气瓶(25)中盛装去离子水，所述第二尾气瓶(26)中盛装含有表面活性剂的溶液。
【文档编号】G01N30-02GK204269615SQ201420542163
【发明者】李春启, 李德炳, 陈爱平, 陈元应, 冯巍, 梅长松 [申请人]大唐国际化工技术研究院有限公司