[发明专利]甲醇制烯烃催化剂的小型反应器在线催化评价装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及甲醇制烯烃催化剂技术领域，具体涉及甲醇制烯烃催化剂的小型反应器在线催化评价装置及方法。

背景技术

甲醇制烯烃是以甲醇、二甲醚或其他甲醇衍生物为原料，经过分子筛类催化剂转化，在一定反应温度和压力下生产低碳烯烃的一类技术的概称。乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本有机原料，不仅用于生产聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、合成橡胶等大宗商品，也用于生产乙醛、环氧乙烷、环氧丙烷、丙烯腈、丁辛醇等重要化学品。近年来，低碳烯烃的下游需求发展迅速，我国每年从国外进口大量的低碳烯烃或其衍生物。目前我国通过“煤炭-合成气-甲醇或其衍生物-低碳烯烃”的技术路线生产烯烃，甲醇制烯烃技术不仅能够替代传统石油生产烯烃的路线，实现烯烃原料的多元化，而且具有较高的经济效益，对保证我国能源安全、满足日益增长的烯烃需求具有重要意义。

甲醇制烯烃通常以SAPO-34或ZSM-5分子筛为催化剂，通过孔道的择形作用，高选择性地生成低碳烯烃。催化剂的研发过程中，采用实验室的小型反应器作为催化评价装置对催化剂的性能进行评价是不可或缺的实验方法。催化评价方法的准确可靠是研发成功的重要前提。甲醇制烯烃的产物包括乙烯、丙烯、1-丁烯、反-2-丁烯、顺-2-丁烯、异丁烯等低碳烯烃，也包括甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、乙炔、戊烯、己烯、庚烯、一氧化碳、二氧化碳等，包括甲醇转化生成的水，也包括残留在催化剂上的焦炭。总而言之，产物包括了气相、液相和固相，并且成分复杂。而且催化剂的活性通常随反应时间而迅速变化。传统的评价方法将气相产物和液相产物分别收集起来分析，但由于液相产物难于定量，实验不仅繁琐，而且误差较大。更有甚者，将液相产物忽略，仅分析气相产物，得到的气相烯烃选择性高于真实值，不利于真实研发数据的获得。甲醇制烯烃反应的特点决定了传统的催化评价方法不仅耗费人力，效率较低，而且获得的数据不够精确。

中国专利CN201410754271.6公开了一种复合分子筛的制备方法和制得的复合分子筛及其应用，实施例中介绍催化剂评价采用离线气相色谱进行成分分析。然而，这种离线分析方法存在一定的取样误差，操作上也耗费人力和时间。

中国专利CN201510885601.X公开了一种醇醚制烯烃催化剂评价反应系统及方法，提出了一种解决催化剂评价中固定床装填引起的实验误差的方法。该专利提出了采用装填高氯酸镁的干燥管对产物中的水进行吸附，然而高氯酸镁对产物中的微量组分也会有一定程度的吸附或氧化反应，为产物的分析带来一定的误差。

为了解决产物的多相性和复杂性，同时考虑催化剂活性的快速变化，需要提出新的甲醇制烯烃催化剂的小型反应器在线催化评价装置及方法，使这类反应的催化评价精确、快速、高效。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供甲醇制烯烃催化剂的小型反应器在线催化评价装置及方法，避免产物冷凝及离线分析带来的实验误差和效率低下，具有精确、快速、高效的优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

甲醇制烯烃催化剂的小型反应器在线催化评价装置，包括小型反应器，小型反应器的入口和进料系统的出口连接，小型反应器的出口和尾气保温系统的入口连接，尾气保温系统的出口和在线气相色谱分析系统的入口连接；

所述的在线气相色谱分析系统包括二位切换阀、定量管、色谱柱、氢火焰离子化检测器，保温的尾气依次经过二位切换阀、定量管、色谱柱后进入氢火焰离子化检测器；二位切换阀是具有两个阀位的换向阀，色谱柱包括至少一根将水与烃分离的色谱柱及用于不同烯烃组分进一步分离的色谱柱。

所述的小型反应器是指容积小于10L的且催化剂装填量小于1kg的反应器。

所述的进料系统含有气体流量计和液体进料泵。

所述的尾气保温系统是将输送反应产物的管路加热到350℃以下，使尾气在管路中不冷凝。

所述的二位切换阀采用两个连接的六通阀。

甲醇制烯烃催化剂的小型反应器在线催化评价方法，包括以下步骤：

1)将催化剂装填在小型反应器中部；

2)通入惰性气体，对小型反应器加热，加热温度为100-800℃；

3)通入甲醇、二甲醚或其他甲醇衍生物，换算为甲醇基准的重量空速为0.1-10h^-1；

4)反应至少5分钟后，将尾气经尾气保温系统使尾气温度保持在50-350℃，然后引入在线气相色谱分析系统；