[发明专利]一种评价费托合成反应催化剂抗磨损性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价费托合成反应催化剂抗磨损性的方法，特别是、所述催化剂是用于浆态床反应器中的催化剂，例如是用于浆态床反应器中的铁系费托合成催化剂。

背景技术

费托合成反应是指合成气(H₂+CO)在催化剂作用下、在一定温度和压力下转化成烃和其他化学品的反应。近年来,由于石油资源日趋紧张和原油价格的持续攀升,费托合成受到世界各国研究者的广泛关注。

费托合成反应器包括固定床反应器、流化床反应器和浆态鼓泡床反应器(SBCR)。由于固定床反应器比浆态鼓泡床反应器昂贵，并且因费托合成反应是放热反应而难以控制反应温度。流化床反应器一般适用于高温费托合成。所以浆态鼓泡床反应器比其他类反应器更具优势。

毫无疑问，浆态鼓泡床反应器具有其它反应器不具有的众多优点。浆态鼓泡床反应器(SBCR)作为一种气-液-固多相反应器，具有结构简单、持液量大、温度梯度小、热容量大、传热性能好、温度易于控制、固体颗粒易处理、操作成本低等优点。

但浆态鼓泡床反应器中催化剂磨蚀非常严重，导致液体产物中含有相当比例的催化剂细粉或粉尘，这样的细粉或粉尘相当难以从液体产物中分离出来，这无疑增大了费托合成工业化的复杂程度和运行成本。

事实上，浆态鼓泡床反应器中，气-液-固三相反应物流形成的流体运动非常复杂，其包括大气泡、小气泡、和浆液(液体和催化剂颗粒)的运动，不同组分在不同区域表现出不同的流体力学特征，例如平流、涡流、和湍流。同时在反应器内部有众多由金属材料制作的冷却管和气体分布器等内构件，催化剂固态颗粒在这样的流体环境中经过碰撞和摩擦，磨蚀速度非常快，往往经过一段时间，其粒径就由开始几十微米至数百微米下降到几微米甚至更小。催化剂的严重磨损不仅使蜡状产物和固体催化剂的分离非常困难，而且催化剂随产物流出后容易堵塞过滤器，造成设备运行困难。因此，催化剂的抗磨损强度是衡量费托合成油工艺的先进性和经济性的关键因素之一。在浆态床反应器合成油工艺中使用催化剂的研发和筛选过程中，如何快速、准确地测试出催化剂的磨损性好坏已成为筛选优良催化剂的必要环节之一。

1995年，催化剂D-32委员会(ASTM)颁布了空气喷射测试磨损的标准试验方法,详见ASTM D5757-95。其基本原理为：在高速空气流喷射作用下使粉体催化剂流态化,颗粒间以及与器壁间摩擦产生细粉,小于20μm的细粉生成率即为磨损率,作为被测催化剂在流化环境使用过程中抗颗粒磨损的表征。用于该测试方法的设备和仪器虽然不尽相同，但试验装置都必须达到以下要求：使一定量的空气从垂直管底部的气体分布器通过，管子顶部连接一个沉降室，粗细颗粒在沉降室分离后，细粉到达顶部被收集器收集，粗颗粒则返回管子的下部重新流化。有研究者在ASTM标准的基础上做了一些改进，称为喷射杯法，这种方法与ASTM的方法相同之处是均包括气体进料管、沉降室、细粉收集器等。ASTM方法的样品用量较大，需50克样品，适合中试或工业生产样品的测试。而喷射杯法则更适合于实验室样品磨损强度的测试，在实验室的小试研究中经常采用喷射杯法代替ASTM标准方法。

另外一种催化剂磨损性的测试方法是超声波法。超声波法的基本过程是将催化剂放入有机溶剂或水的超声介质中，采用超声波对催化剂进行超声破碎后，采用激光粒度仪测试样品的粒度分布，通过超声前后样品粒度变化来考察样品的磨损性能。超声波的作用非常复杂，对球形催化剂颗粒，超声波辐射主要导致颗粒破碎，被应用于最近的费托合成催化剂的磨损试验中，可以用超声辐射初步比较不同催化剂的抗磨损强度。

还有一种催化剂磨损性的测试方法是浆态床法，是模拟工业浆态床反应实际工况的小型反应器，在气液固三相共存的情况下，考察催化剂的费托性能变化。空气喷射法可以模拟气固流化床催化剂的实际情况，仅能近似地判断催化剂的抗物理磨损性能，与实际浆态床反应器中催化剂的磨损情况有很大区别；旋转磨损筒法作用原理不同于费托催化剂在浆态床反应器中情况，不能完全模拟催化剂颗粒在浆态床中的磨损情况。浆态床法是测试催化剂磨损性能最直接也是能最准确反应催化剂物理和化学磨损的方法，对开发费托合成催化剂更有实际应用价值，但这种方法的缺点主要是条件多、耗时长和费用高。