采用小型连续流动高压微反装置评价催化剂性能, 如图1所示。原料气由高压钢瓶供给, 经过减压器减压后, 采用质量流量计对气体流量进行控制。原料气进入反应器后在管式加热炉的热作用下进行反应, 随后气体经过背压阀将压力降为常压后进入微量氧分仪进行在线检测。

图1

Figure 1

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	图1 催化剂性能评价实验装置Figure 1 Experimental device for catalyst performance evaluation

主反应器为不锈钢管, 采用北京七星华创电子股份有限公司DO07系列质量流量计, 乙烯合成气中尾气氧含量使用美国AI公司GPR-1200型微量氧分仪进行分析, 最小检测值为0.01× 10^-6。

反应器为外径ϕ 16 mm不锈钢管, 催化剂粒度ϕ (3~4) mm, 装填量为10 mL, 余氧量使用微量氧分仪进行在线检测, 以活性温度表示催化剂的脱氧活性, 即出口O₂含量小于1× 10^-6时所需的最低反应温度。

采用大连化工研究设计院的DLⅢ 型智能颗粒强度测定仪测定催化剂强度; 采用美国麦克仪器公司ASAP2020孔结构及比表面积分析仪测定催化剂的比表面积和孔结构。

采用大连大特气体有限公司配制的钢瓶气作为原料气, 气体组成见表2。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 原料气组成 Table 1 Feed gas composition φ (H2)/% φ (O2)/% φ (CO) φ (CO2)/% φ (C2H4)/10-6 φ (N2)/% φ (总硫)/10-6 65.5 0.25 18.5 1.5 200 平衡 ≤ 0.1

表1 原料气组成 Table 1 Feed gas composition

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 运行1 022 h催化剂与新鲜催化剂物理性能数据比较 Table 2 Physical property comparison between fresh catalyst and catalyst after 1 022 h test 催化剂 比表 面积/ m2· g-1 平均 孔径/ nm 总孔 体积/ cm3· g-1 强度/ N 运行1 022 h催化剂 128 8.95 0.248 58.4 新鲜催化剂 123 9.03 0.245 62.1

表2 运行1 022 h催化剂与新鲜催化剂物理性能数据比较 Table 2 Physical property comparison between fresh catalyst and catalyst after 1 022 h test

在反应压力2.0 MPa和空速15 000 h^-1条件下, 考察反应温度对催化剂脱氧性能的影响, 结果见图2。

图2

Figure 2

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	图2 反应温度对催化剂脱氧性能的影响Figure 2 Effect of reaction temperature on catalyst performance

由图2可以看出, 在考察的反应温度范围, 反应温度越高, 催化剂的脱氧性能越好, 当反应温度为165 ℃时, 出口O₂含量小于1× 10^-6。

在反应压力2.0 MPa条件下, 考察空速对催化剂脱氧性能的影响, 结果见图3所示。

图3

Figure 3

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	图3 空速对催化剂脱氧性能的影响Figure 3 Effects of GHSV on catalyst performance

由图3可以看出, 空速增大, 催化剂脱氧性能降低, 空速由5 000 h^-1递增为20 000 h^-1时, 出口O₂含量小于1× 10^-6时的反应温度由155 ℃提高到165 ℃, 表明该催化剂具有较大的气体处理能力。

在空速15 000 h^-1条件下, 考察反应压力对催化剂脱氧性能的影响, 结果见图4。由图4可以看出, 增加反应压力, 催化剂脱氧性能提高, 当反应压力为1.0 MPa时, 仍然有较好的活性, 表明该催化剂可操作反应压力范围宽。

图4

Figure 4

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	图4 反应压力对催化剂脱氧性能的影响Figure 4 Effects of pressure on catalyst performance

在催化剂装填量10 mL、反应温度165 ℃、空速15 000 h^-1和反应压力2.0 MPa条件下, 1 022 h催化剂活性测试过程中出口氧含量变化曲线如图5所示。

图5

Figure 5

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	图5 催化剂稳定性测试结果Figure 5 Long-term stability test of catalyst

由图5可以看出, 实验累计运行1 022 h, 催化剂运行稳定, 出口O₂含量一直低于1× 10^-6, 表明催化剂稳定性良好。

将运行1 022 h的催化剂进行BET数据分析及强度测定, 并与新鲜催化剂进行比较, 结果见表2。从表2可以看出, 运行1 022 h催化剂与新鲜催化剂相比, 比表面积、平均孔径、总孔体积及强度无明显变化。