[发明专利]一种采用压降检测反应器内催化剂结焦量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及反应器内催化剂结焦量的检测领域，具体地说是一种利用反应器床层压降检测催化剂结焦量的方法。

背景技术

甲醇制丙烯(MTP)、甲醇制烯烃(MTO)、催化裂解(FCC)、天然气制烯烃和烯烃歧化等反应过程中，催化剂会由于表面或者内部孔道产生积炭，从而活性降低或者消失，这一过程叫做催化剂的结焦。

催化剂结焦是一个及其复杂的物理化学过程，其复杂性体现在焦类别、结焦位置及结焦机理等方面。首先，根据反应温度、时间等条件的不同，生成的焦多种多样，它可以是脂肪烃、烯烃及芳香烃中的任何一种，也可以是由这三种烃组成的混合物。其次，在化学反应的过程当中，结焦的位置往往多变。以催化裂解(催化裂解是指在催化剂存在的条件下，对石油烃类进行高温裂解来生产乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃的过程)过程催化剂结焦为例，在催化裂解的过程中，结焦可能发生于催化剂结构的大孔中，也可以发生于催化剂结构的细孔或是超细孔中。最后，催化剂结焦的机理也有多种。

催化剂结焦有着种种危害。从工程的角度，催化剂结焦会造成催化剂的导热系数下降，催化剂床层的压降增大，严重时甚至会堵塞管道；从反应的角度，催化剂结焦将会堵塞反应活性位点及催化剂孔道，导致催化剂活性降低，严重时将会导致催化剂的活性丧失。因此，反应过程中催化剂结焦量的精确快速检测对控制反应过程、提高催化剂单程转化率、提高反应效率及选择性、增加产量和目的产物分率、节约生产成本、保证装置的长期高效稳定运行有着重大意义。另外，催化剂结焦是一个可逆的过程，催化剂表面及孔道中的积炭可以通过烧焦除去，使催化剂恢复活性。因此，在工业催化剂的再生过程中，催化剂结焦量的精确快速检测对再生反应器的操作条件的选择也有着重大意义。总之，为了保障固体催化反应的平稳运行，结焦催化剂再生过程的高效操作，精确快速检测催化剂的结焦量有着巨大的意义。

目前，已有较多的研究学者对催化剂结焦量的检测进行了研究。这些研究可以分为两类，一类是直接检测法，另一类是间接检测法。直接检测法一般为离线检测方法，一般需要从反应器中取出催化剂样品，然后依赖分析仪器直接分析催化剂的含碳量。这些分析仪器包括热重分析仪、原位红外技术、核磁共振技术、X射线衍射及元素分析仪等，其中热重分析仪是最常用的焦含量定量检测仪器，其准确性极高，但离线的方式加之检测周期较长限制了其在工业反应器上的发展。原位红外技术及X射线衍射技术是研究催化剂表面结焦种类及催化剂结焦原理的重要检测仪器，但是对于催化剂结焦量的检测尚处于初期。黄菊君等(厦门大学学报(自然科学版)，1991，30(1)：112-114)在实验室中通过燃烧石墨一氧化铝混合物，并采用气相色谱分析燃烧后气体的方法，研究了乙苯脱氢催化剂积碳量定量检测的方法。实验结果显示这一检测方法结果较为准确，但是这一方法仅限于实验室，且适用范围极小。专利CN103196938A公布了一种采用固体核磁检测已知焦含量的结焦催化剂的核磁炭谱，并采用偏最小二乘法等方法建立催化剂结焦量的预测模型的方法，此方法快速精确，但是仍然只能用于离线检测。间接检测法一般为原位在线检测的方法，根据是否需要使用仪器可以分为两类。其一是不依赖任何检测设备的模型法，孙自强等(华东理工大学学报，2001，27(5)：568-571)曾提出了一种催化重整反应器内催化剂焦含量的模型算法。这种方法不依赖任何检测手段，是从工艺机理分析出发推导出的机理模型，但是由于反应条件多变，这一机理模型的预测效果较差。专利CN101221151公布了一种采用检测结焦催化剂的声波信号间接检测流化床中催化剂固体颗粒结焦量的方法，这一方法可以用于工业催化剂结焦量的在线原位检测，结果准确；但是这一方法只能用于流化床中催化剂结焦量的检测，对于固定床则无法检测。

因此，发展一种既适用于流化床又适用于固定床的催化剂结焦量的原位在线检测方法，对指导工业催化反应过程及催化剂烧焦再生过程的操作具有重大意义。

发明内容

本发明可以有效解决现在工业中流化床及固定床催化反应过程中反应器内催化剂结焦量无法实现原位在线检测的问题，提出了一种可用于反应器内催化剂结焦量原位在线检测的方法。

这种采用压降检测反应器内催化剂结焦量的方法包含以下步骤：

a、在n个工况下，取样，采用热重分析仪分析反应器内催化剂的结焦量，获得不同工况下催化剂的焦含量集Y_n；

b、检测与a对应的n个工况下反应器的床层压降，获得对应焦含量工况的床层压降集ΔP_n；