[发明专利]一种快速程序升温还原催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂还原方法，更具体地说，涉及一种用于快速程序升温还原催化剂的方法。

背景技术

近代化工工业，特别是煤和石油化工的飞速发展，数以千计的化学原料和商品生产都与工业催化剂的开发密切相关。催化剂的存在不但促进了工业生产中的技术革新，并为人类的生产活动提供了广阔的天地。石油化工生产过程中使用的成品催化剂多数属于负载型固体催化剂，由载体、助剂和活性组分三部分组成，其中活性组分的前体多为金属盐类。在工业应用中，多数催化剂活性组分只有呈现金属原子态负载在载体上才能具有较好的催化活性，因此，负载型固体催化剂的形成过程可分为以下两个过程：1)必须将负载在载体上的金属组分进行高温分解制成金属氧化物(氧化态)，2)进一步用氢气将金属氧化物还原为金属单质，后一过程称为催化剂还原过程，又称为催化剂的活化过程，从而才能制成具有催化活性位的催化剂成品。成品催化剂的催化活性除了受制备本身的因素影响外，催化剂升温还原过程也是一个很重要的因素，甚至可把催化剂的还原称作催化剂制备最后一道最为关键的步骤。催化剂中金属氧化物的还原效果好坏对成品催化剂的催化活性和稳定性起着决定性作用，进而会影响到后续化工生产过程中产品的质量与产量。

近些年来，虽然随着催化剂品种和需求量的增加，多数国内催化剂加工厂家均已建有催化剂还原装置，但因受到工艺条件等诸多因素的影响，装置规模参差不齐，催化还原效果好坏不一。这些装置大都采用程序升温技术手段，使用氨分解装置生产的含有高浓度氢气的氮氢混合气(其中氢气体积含量为72％～74％)为还原气体手动或自动调节装置的还原参数还原催化剂，还原气体尾气多数直接放空，一炉催化剂还原时间长达60～70h，氢气消耗量较大。催化剂在还原过程中，往往由于催化剂的活性组分在某一个或几个温度点还原反应剧烈，释放出的大量反应热而不能及时撤走就形成催化剂床层的超温或飞温。而现有的催化剂还原装置的温度控制多是根据事先预定段的温度和时间进行逐段程序升温，如果还原过程中出现超温或飞温现象通常就采取降低还原气体空速或者减少热量补充等方式以防止烧坏催化剂。但还原气体空速的降低也就意味着氢气线速度的降低，一方面是造成气流偏流或沟流，催化剂床层温差过大，催化剂还原不均匀；另一方面是超温或飞温释放的热量不能及时带走，温度不能很快降低，停留时间过长，长时间高温则会导致催化剂烧结，从而影响催化剂整体活性和稳定性的发挥等。分析发现，现有催化剂还原装置普遍存在催化剂还原时间长和氢气消耗量大等弊端，这就导致催化剂整体加工周期延长和加工成本增加等问题。

发明内容

针对当前催化剂还原装置普遍存在的催化剂还原时间较长和氢气消耗量大等问题，发明人在现有操作的基础上，在线分析还原炉入口气体和出口气体中的氢气浓度，在催化剂还原空速不变的情况下，利用还原控制程序分析入口和出口氢气浓度差值调整还原炉的还原温度和还原气体中的氢气浓度。试验结果发现，使用本发明的快速程序升温还原催化剂的方法，可将催化剂还原时间缩短为现有还原方法的80％～90％，氢气消耗量也大幅下降。这不但缩短了催化剂整体加工时间，提高了还原炉的年产量，而且降低了催化剂整体生产成本。

具体技术方案如下：

本发明的催化剂快速还原的方法，在催化剂还原过程中，在线分析还原炉入口气体和出口气体中的氢气浓度，将分析结果载入催化剂还原控制系统中，在保证催化剂还原空速不变的情况下，还原控制系统根据在线分析入口和出口氢气浓度的差值变化调整还原炉的还原温度和还原气体中氢气的浓度。

优选地，如果还原炉入口气体中氢气浓度与出口气体中氢气浓度的差值≥2.0％，则保持还原温度不变，同时在还原炉入口氮氢混合气中补充氮气将氢气体积浓度由75％调整为10％～30％并维持催化剂还原空速不变；如果入口气体中氢气浓度与出口气体中氢气浓度的差值小于2.0％，则以5～20℃/小时的升温速率提高还原温度，同时将还原炉入口气体调整为氢气体积浓度为75％的氮氢混合气；当还原温度调节至催化剂的最高还原温度时，保持还原温度1～2小时，催化剂还原过程结束。

优选地，催化剂还原气体的初始体积空速为1.0～10000.0h^-1，还原气体中氢气浓度为75％。

优选地，还原控制系统每隔10～30min分析一次入口气体和出口气体中的氢气浓度。

优选地，所述的升温速率为10～15℃/小时。

优选地，所述催化剂的最高还原温度为440℃。

在本发明中，如果没有特别指出，所述浓度均指体积百分比含量。