CN104845661B - 一种催化裂化再生器实验模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化裂化再生器实验模拟方法，包括以下步骤：气体1和气体2在线混合后，进入反应器；混合气体使反应管中的催化剂处于流化状态；混合气体与催化剂进行反应；反应后的气体经过气固分离；对分离后的气体进行计量和/或分析以及实施上述方法的装置。本发明利用流态化原理，在设定的操作条件下，能够保证待生催化剂在反应管内处于良好的流化状态，从而能够有效地模拟工业状态下催化裂化待生催化剂的再生过程，对预测和指导实际工业过程具有重要意义。

Description

一种催化裂化再生器实验模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及一种进行模拟实验的方法及装置，具体涉及一种催化裂化再生器的实验模拟方法及装置。

背景技术

催化裂化技术是石油加工的重要技术手段之一，其工艺技术发展相对比较成熟，也是重要的原油二次加工手段之一，提供着目前国内市场70％～80％的汽油和30％的柴油。

催化裂化流程主要包括三个部分：

①原料油的催化裂化；

②催化剂再生；

③产物分离。

催化裂化中使用的催化剂因在反应过程中表面会附着焦炭(此时的催化剂称为结焦催化剂或待生催化剂)而活性降低，所以必须进行再生处理。再生之后的催化剂再次进入反应器中催化反应的进行。因此，裂化催化剂在反应器和再生器之间不断地进行循环。通常在离开反应器时待生催化剂上含碳量约为1wt％，必须在再生器内烧去积炭以恢复催化剂的活性。对于分子筛催化剂一般要求含碳量降至0.2wt％以下，而对于超稳Y型分子筛催化剂则要求降至0.05wt％以下。

催化裂化装置中再生器的主要作用是利用空气(工业上称为主风)烧去结焦催化剂上的焦炭以恢复催化剂的活性，同时也提供催化裂化反应所需的热量。因此，催化剂再生是催化裂化过程中十分重要的环节，在研究催化裂化时必须十分重视催化剂的再生问题。对催化裂化再生器进行模拟试验，预测和指导实际工业过程也就显得尤为重要。

实验模拟催化裂化的装置及方法已经有很多报道，比如WO9960396、EP1393062、US6069012、CN2538415。但是上述方法主要是对原料油的催化裂化反应进行模拟和研究(即催化裂化流程的第一个部分)，而不能对催化裂化再生器中的反应情况进行很好地模拟和研究。

目前，在实验室条件下，针对催化裂化催化剂的再生过程，开展的研究工作主要包括：待生催化剂上的焦炭含量及焦炭的组成和结构、不同催化剂烧焦反应动力学以及烧焦机理等。这些研究工作均采用静态分析方法，即结焦催化剂处于静止的状态，在恒温或程序升温的条件下，研究焦炭与载气中的氧气发生反应的规律。这些研究过程中所用的反应器一般采用石英玻璃U形管或者直管，将一定量的催化剂放置在反应管内，管外用电阻丝或者外包电炉进行加热，在含有氧气的载气中燃烧，通过测定尾气中二氧化碳和一氧化碳的含量及其变化规律来研究待生催化剂的再生过程。例如CN2268256Y中公开了一种快速精密定碳仪，其催化剂样品平铺在进样器中，然后将进样器推入缠有大功率电炉丝的石英管烧焦器中进行烧焦，通过测定尾气中二氧化碳的浓度来确定结焦催化剂上的碳含量。根据该专利所描述的过程，催化剂在反应管内处于静止状态，由于受反应管尺寸的限制，不可能使催化剂处于单层颗粒状态，只能将催化剂尽量摊开，保证催化剂与气体的充分接触。专利CN104280511A公开了一种铸铁定碳分析仪，也可用于催化裂化待生催化剂上焦炭含量的测定，利用非恒压读数法，消除了恒压读数法中存在的“落差”现象，但其方法和原理与专利CN2268256Y类似，也是一种静态分析方法。

然而，在实际工业过程中，催化裂化装置中再生器内结焦催化剂并不是处于静止状态。催化剂在一定的气体流速下，床层不再维持固定的静止状态。此时，催化剂悬浮于气流中，显示出相当不规则的运动，称之为流化状态。无论是单段再生、两段再生，还是快速流化床再生，结焦催化剂在烧焦空气的作用下，均处于流化状态。操作气速一般控制在0.5～1.5m/s(空塔线速)范围内，其流化状态大部分属于的湍动床或快速流化床，少部分为鼓泡床。再生器内的这种气固流化状态不仅对反应物的有效浓度(包括有效氧浓度和有效碳浓度)产生直接影响，而且也会对气(气相中的氧)-固(催化剂颗粒上的焦炭)两相之间的传质和传热产生影响，进而影响整个再生过程的烧碳速率。比如在鼓泡流化床再生器中，气泡相与乳化相之间的传质阻力会对烧焦速率产生重要影响。因此，欲研究工业催化裂化装置再生器的烧焦效率，除了需要考虑再生温度、氧分压(或氧浓度)、催化剂的含碳量等因素之外，还须考虑再生器内的流动、传质、传热等问题。

再生反应速率决定了再生器的效率，它直接对催化剂的活性和选择性、装置的生产能力产生重要影响。再生反应速率取决于焦炭中碳的燃烧速率，而影响烧碳反应速率的主要因素有再生温度、氧分压(或氧浓度)、催化剂的含碳量、气固两相之间的传质和传热情况等。以上提及的静态分析方法，虽然能够考察再生温度、氧浓度以及催化剂上的碳含量等因素对烧焦速率的影响，但是无法考察由流化状态引起的气固两相之间的传质和传热对反应物的有效浓度以及烧焦速率的影响。因此，与工业条件下的再生过程有着本质的区别。

众所周知，新型工艺和/或新催化剂的开发必须经历从小试摸索到中试放大，再到工业应用的研究过程。因此，实验室研究数据是否具有前瞻性(即能否正确反映工业实际情况)是技术开发的关键。因此，采用现有技术所获得的催化裂化再生规律或再生器工艺数学模型无法预测和指导实际工业过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种符合实际工业过程的催化裂化再生器实验模拟方法。该方法利用流态化原理，在设定的操作条件下，保证待生催化剂在反应管内处于良好的流化状态，从而使待生催化剂与流化气体充分接触，达到稳定的烧焦效果，从而有效模拟工业状态下催化裂化待生催化剂的再生过程，使研究者能够在实验室条件下，获得与工业装置较为一致的烧焦再生数据，从而实现对催化裂化待生催化剂上焦炭含量及焦炭的组成和结构，不同催化剂烧焦反应动力学及烧焦机理的研究。

为了实现本发明的上述目的，该催化裂化再生器实验模拟方法包括下列步骤：

将气体1通入反应管，调节气体1的流速使反应管中的催化剂处于流化状态；

同时加热反应管使其达到反应温度，此后保持或程序升温；

达到反应温度后，气体2与气体1在线混合，混合气体随后进入反应器；

混合气体与催化剂进行反应；

反应后的气体经过气固分离；

对气固分离后的气体进行计量和/或分析。

上述催化裂化再生器实验模拟方法可以非常方便地对催化裂化中不同的条件进行模拟实验。比如：通过控制待生催化剂的装填量和气体流速以保证催化剂在反应管中处于不同的流化状态；通过控制气体1和气体2中气体的组成和流量，来实现待生催化剂在不同气体氛围下的再生过程；通过连接不同的分析检测装置来实现对催化裂化待生催化剂上的焦炭含量及焦炭的组成和结构，不同催化剂烧焦反应动力学及烧焦机理的研究。

改变反应管流化状态，可以采用调节气速和改变待生催化剂装填量的方法。随着气速的提高，催化剂床层经历固定床、散式膨胀床、鼓泡床、湍动床、快速床等状态。因此，优选改变气速的方法。

目前报道了多种方法以确定流化状态，包括可视化观察、非均匀指数法、床层膨胀法、压力波动法、气体示踪剂停留时间法等。其中压力波动法由于具有便于测量和定量分析的特点，为优选方法(参见Kashkin VN，Lakhmostov VS，Zolotarskii IA，etal.Studiesontheonset velocityof turbulent fluidizationfor alpha-aluminaparticles[J].Chemical Engineering Journal，2003，91，215－218.)。

上述催化裂化再生器实验模拟方法中，气体1为氮气、氦气或氩气中的一种，其优选为氮气；气体2为空气或氧气，其优选为氧气。

在模拟实验过程中，可以通过两个气路上的流量计调节混合后气体中氧气的体积含量。氧气的体积含量控制在0％～100％，优选为0％～21％。这样可以实现待生催化剂在不同气体氛围下烧焦再生过程，尤其是考察氧气浓度对烧焦反应速率的影响。

为了保证催化剂在反应管内处于鼓泡床、湍动床或快速流化床的流动状态，同时催化剂又不会被带出反应管，反应管的下圆柱筒内气体的空塔线速设计为0.1m/s～3m/s，其优选为0.5m/s～1.5m/s；上圆柱筒内气体的空塔线速设计为0.01m/s～3m/s，其优选为0.05m/s～0.8m/s。本发明还可以通过调节反应管中气体的流速而改变催化剂的流动状态，从而考察流动、气-固两相的传质和传热对催化剂烧焦反应速率的影响。

本方法中使用的反应管由温控仪通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并能够实现程序升温控制，便于在实验过程中考察不同再生温度对烧焦速率的影响，其温度范围控制在400～1100℃，其优选为600～800℃。

气体计量的方法有很多可以选择，比如排水集气法。

分析方法可以选择气相色谱、质谱中的一种或两种，其优选为气相色谱和质谱联用。如果采用气相色谱则可以直接测定出尾气中的一氧化碳、二氧化碳和剩余氧气的含量，根据尾气量可以计算出整个模拟过程的烧碳量。如果是采用质谱分析，则可以反应出整个模拟过程中各种物流的变化规律，尤其适合于程序升温过程。

本发明的另一目的在于提供一种符合实际反应过程的催化裂化再生器实验模拟的装置。如图1所示：该装置，包括气路(1)、气路(2)、设置在气路(1)和气路(2)上的稳定阀(4)和质量流量计(5)、混合阀(6)、四通阀(7)、连接气路(1)与四通阀(7)的气路(3)、气体分布器(8)、反应管(9)、加热炉(10)、气固分离器(11)、干燥器(12)、换向阀(13)、尾气收集和计量器(14)及分析检测***(15)，所述气路(1)和气路(2)均连接在混合阀(6)上，所述混合阀(6)经过四通阀(7)连接在所述反应管(9)底部的气体分布器(8)上，所述反应管(9)顶部的气固分离器(11)与干燥器(12)相连，所述干燥器(12)通过换向阀(13)与尾气收集和计量器(14)和/或分析检测***(15)相连。

为了在达到预设温度前维持反应管内催化剂良好的流化状态，而并不引起再生反应的进行。设置气路(3)连接第一稳压阀(4-1)和四通阀(7)，使气路(1)中的气体1单独进入反应管(9)，维持反应管(9)内流化状态。因气体2并没有进入反应管(9)中，故再生反应并没有进行。

气体1和气体2分别经过气路(1)和气路(2)在线混合后，经过气体分布器(8)进入反应管(9)，与反应管(9)中的待生催化剂接触，使催化剂处于流化状态，并发生烧焦反应，烧焦后的气体和催化剂通过气固分离器(11)进行分离，尾气通过分析检测***进行计量和气体组成分析，从而实现上述催化裂化再生器实验模拟的方法。

上述装置可以通过稳压阀(4)和气体流量计(5)来控制气体流速以保证催化剂在反应管中处于不同的流化状态。

本实验装置的核心部件为反应管，需要进行精确设计。为了能够充分模拟工业再生器内催化剂的流动状态，反应管采用变径设计，上圆柱筒直径D2与下圆柱筒直径D1的比值为1～6，其优先为1.5～3，圆锥面与垂直线的夹角α为0°～60°，其优选为27°～35°。

合理的反应管尺寸是催化剂在内部流化正常的重要保证。必须考虑到催化剂的静止床层高度、床层直径和颗粒粒径之间的关系，保证床层的恒定压力降，同时需要控制合适的气速。可根据Romero和Johanson修正的公式来判断催化剂是否处于上述良好的流化状态。

$\left({\mathrm{Fr}}_{\mathrm{mf}}\right)\left({\mathrm{Re}}_{\mathrm{mf}}\right)\left(\frac{{\mathrm{\&rho;}}_p-{\mathrm{\&rho;}}_f}{{\mathrm{\&rho;}}_f}\right)\left(\frac{H_{\mathrm{mf}}}{D}\right)<100$

Fr_mf 弗雷德数，u² _mf/(gd_p)

Re_mf 初始流化条件下的雷诺数

ρ_p 颗粒密度，kg/m³

ρ_f 流化气体密度，kg/m³

H_mf 初始流化条件下的的床层高度，m

D 反应管直径，m

u_mf 初始流化条件下的的床层表观气速，m/s

d_p 颗粒直径，m

μ 流化气体粘度，Pa·s

由于催化裂化催化剂再生温度一般在600℃以上，有时实验需要达到800℃以上，因此反应管材质需选用耐高温材料。可以采用传统实验装置的石英玻璃管，石英玻璃管耐高温性能优良，石英玻璃的软化点温度约1730℃，可在1100℃下长时间使用，短时间最高使用温度可达1450℃，并且耐腐蚀、热稳定性好。但是石英玻璃管的机械强度一般。也可采用耐高温合金钢材料310S，在耐高温的同时，可以提高机械强度。

反应管外部可以采用大功率电阻丝加热，也可以采用电加热炉进行加热，由温控仪通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并且能够实现程序升温控制，便于在实验过程中考察不同再生温度对烧焦速率的影响。

为了使进入反应管的气体在径向上有一个均匀分布，在反应管的底部设计了气体分布器(8)。气体分布器(8)既要保证气体在反应管截面上的均匀分布，又要降低气体压降，可以采用孔板或金属烧结板；孔板的开孔直径为0.1mm～5mm，其优选为0.5～1mm，开孔率为1～100个/cm²，其优选为9～25个/cm²；金属烧结板的孔径为10nm～100μm，其优选为1～20μm。

在反应管的上部虽然采用了扩径设计，大大降低了气体流速，大部分催化剂颗粒会因为气速的降低而落回反应管的下部，但是仍然会有少量的细颗粒分布在反应管的出口，因此为了避免催化剂颗粒被带出反应管，在反应管顶部的尾气出口处设计了气固分离器(11)。气固分离器既要保证最细颗粒物被分离出来，又要降低气体的压降，可以采用陶瓷多孔材料或金属烧结板；陶瓷多孔材料和金属烧结板的孔径为10nm～10μm，其优选为80nm～1μm。

对于分析检测***可以选择气相色谱、质谱中的一种或两种，其优选为气相色谱和质谱联用。如果采用气相色谱则可以直接测定出尾气中的一氧化碳、二氧化碳和剩余氧气的含量，根据尾气量可以计算出整个模拟过程的烧碳量。如果是采用质谱分析，则可以反应出整个模拟过程中各种物流的变化规律，尤其适合于程序升温过程。

本发明利用流态化原理设计了变径的反应管和气体分布器，在设定的操作条件下，能够保证待生催化剂在反应管内处于良好的流化状态，使待生催化剂与流化气体充分接触，达到稳定的烧焦效果，从而能够有效地模拟工业状态下催化裂化待生催化剂的再生过程。不仅可以考察再生温度、氧分压(氧浓度)、催化剂含碳量等因素对烧焦反应速率的影响，而且还可以研究气固流动、气-固两相间的传质和传热对烧焦反应速率的影响。因此，利用合适的分析检测***，本发明可以使研究者在实验室条件下，获得与工业装置较为一致的烧焦再生数据，从而实现对催化裂化待生剂上焦炭含量及焦炭的组成和结构，不同催化剂烧焦反应动力学及烧焦机理的研究。

附图说明

图1为本发明催化裂化再生器实验模拟装置的核心部件及流程图。

图2为实例4所述的实验条件下，CO和CO₂质谱峰随温度的变化规律。

图3为实例5所述的实验1条件下CO和CO₂的质谱峰对比

图4为实例5所述的实验2条件下CO和CO₂的质谱峰对比

图5为实例5所述的实验3条件下CO和CO₂的质谱峰对比

图6为实例5所述的实验4条件下CO和CO₂的质谱峰对比

附图标识说明：

1—气路(1)；

2—气路(2)；

3—气路(3)；

4—稳压阀，4-1—第一稳压阀，4-2—第二稳压阀；

5—质量流量计，5-1—第一质量流量计，5-2—第二质量流量计，5-3—第三质量流量计；

6—混合阀；

7—四通阀；

8—气体分布器；

9—反应管；

10—加热炉；

11—气固分离器；

12—干燥器；

13—换向阀；

14—尾气收集和计量器；

15—分析检测***，15-1—气相色谱，15-2—质谱。

具体实施方式

本发明公开了一种催化裂化再生器实验模拟方法及装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现本发明内容。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述的方法及装置已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和装置进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例1：鼓泡床流化状态中待生催化剂含碳量的测定

如图1所示，气路(1)采用氦气，气路(2)采用空气，通过两个气路上的质量流量计控制混合气体中氧气的体积百分含量为1％，总的气体流量为1.5L/min。反应管(9)采用石英玻璃材料，其下部圆柱筒直径D1为35mm，高径比为100，上部圆柱筒直径D2为210mm，高径比为10，D2：D1＝6；圆锥面与垂直线的夹角α为60°，此时反应管内下部的空塔气速为0.1m/s，上部的空塔气速为0.01m/s。气体分布器采用孔板，开孔直径为0.5mm，开孔率为9个/cm²；气固分离器采用孔径为10nm的金属烧结板。反应管(9)的外部采用电加热炉进行加热，通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并能够实现多段程序升温控制。

实验模拟过程如下：首先准确称量待生催化剂5g置于反应管(9)中，在反应管内温度未达到预设的再生温度之前，先用氦气使催化剂处于良好的鼓泡床流化状态。打开第一稳定阀(4-1)，调节第一质量流量计(5-1)使氦气的流量为1.5L/min，旋转四通阀(7)至气路(3)接通反应管(9)，使反应管(9)中的催化剂处于鼓泡床流化状态。然后打开加热炉(10)，以20℃/min的升温速度使反应管中下部的温度达到400℃，并稳定在此温度。待温度达到预设温度后，打开第二稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为1.429L/min和0.071L/min。然后旋转四通阀(7)至混合气接通反应管(9)，于此同时打开换向阀(13)至尾气收集和计量器(14)开始收集尾气。反应时间为300s，然后计量尾气体积并通过色谱(15-1)分析尾气的组成。根据尾气的量和尾气的组成即可测定出再生过程中的烧碳量，从而计算出催化剂上的含碳量。其分析结果如表1：

表1

实施例2：湍流床流化状态中待生催化剂含碳量的测定

如图1所示，气路(1)采用高纯氮气，气路(2)采用纯氧气，通过两个气路上的质量流量计控制混合气体中氧气的体积百分含量为10％，总的气体流量为20L/min。反应管(9)采用310S不锈钢材料，其下部圆柱筒直径D1为20mm，高径比为15，上部圆柱筒直径D2为40mm，高径比为3，D2：D1＝2；圆锥面与垂直线的夹角α为30°，此时反应管内下部的空塔气速为1.06m/s，上部的空塔气速为0.26m/s。气体分布器采用孔径为10μm的金属烧结板，气固分离器采用孔径为100nm的陶瓷多孔材料。反应管(9)的外部采用电加热炉进行加热，通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并能够实现多段程序升温控制。分析检测***采用气相色谱，可在线分析尾气中一氧化碳和二氧化碳的体积含量。

实验模拟过程如下：首先准确称量待生催化剂50g置于反应管(9)中，在反应管内温度未达到预设的再生温度之前，先用纯氮气使催化剂处于良好的湍流床流化状态。打开第一稳定阀(4-1)，调节第一质量流量计(5-1)使氮气的流量为20L/min，旋转四通阀(7)至气路(3)接通反应管(9)，使反应管(9)中的催化剂处于湍流床流化状态。然后打开加热炉(10)，以20℃/min的升温速度使反应管中下部的温度达到680℃，并稳定在此温度。待温度达到预设温度后，打开稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为18L/min和2L/min。然后旋转四通阀(7)至混合气接通反应管(9)，于此同时打开换向阀(13)至尾气收集和计量器(14)开始收集尾气。反应时间为30s，然后计量尾气体积并通过色谱(15-1)分析尾气的组成。根据尾气的量和尾气的组成即可测定出再生过程中的烧碳量，从而计算出催化剂上的含碳量。其分析结果如表2所示：

表2

实施例3：快速流化床流化状态中待生催化剂含碳量的测定

如图1所示，气路(1)采用高纯氩气，气路(2)采用纯氧气，通过两个气路上的质量流量计控制混合气体中氧气的体积百分含量为90％，总的气体流量为60L/min。反应管(9)采用310S不锈钢材料，其下部圆柱筒直径D1为20mm，高径比为1，上部圆柱筒直径D2为25mm，高径比为0.5，D2：D1＝1.2；圆锥面与垂直线的夹角α为5°，此时反应管内下部的空塔气速为3m/s，上部的空塔气速为2m/s。气体分布器采用孔径为20μm的金属烧结板，气固分离器采用孔径为10μm的陶瓷多孔材料。反应管(9)的外部采用电加热炉进行加热，通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并能够实现多段程序升温控制。分析检测***采用气相色谱，可在线分析尾气中一氧化碳和二氧化碳的体积含量。

实验模拟过程如下：首先准确称量待生催化剂150g置于反应管(9)中，在反应管内温度未达到预设的再生温度之前，先用纯氩气使催化剂处于良好的快速流化床流化状态。打开第一稳定阀(4-1)，调节第一质量流量计(5-1)使氩气的流量为60L/min，旋转四通阀(7)至气路(3)接通反应管(9)，使反应管(9)中的催化剂处于快速流化床流化状态。然后打开加热炉(10)，以20℃/min的升温速度使反应管中下部的温度达到1100℃，并稳定在此温度。待温度达到预设温度后，打开第二稳定阀(4-2)，第二调节质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为6L/min和54L/min。然后旋转四通阀(7)至混合气接通反应管(9)，于此同时打开换向阀(13)至尾气收集和计量器(14)开始收集尾气。反应时间为30s，然后计量尾气体积并通过色谱(15-1)分析尾气的组成。根据尾气的量和尾气的组成即可测定出再生过程中的烧碳量，从而计算出催化剂上的含碳量。其分析结果如表3所示：

表3

实施例4：再生过程中一氧化碳和二氧化碳生成规律研究

气路(1)采用高纯氮气，气路(2)采用纯氧气，通过两个气路上的质量流量计控制混合气体中氧气的体积百分含量为10％，总的气体流量为20L/min。反应管(9)采用310S不锈钢材料，其下部圆柱筒直径D1为20mm，高径比为15，上部圆柱筒直径D2为40mm，高径比为3，D2：D1＝2；圆锥面与垂直线的夹角α为30°，此时反应管内下部的空塔气速为1.06m/s，上部的空塔气速为0.26m/s。气体分布器采用孔径为1μm的金属烧结板，气固分离器采用孔径为90nm的陶瓷多孔材料。反应管(9)的外部采用电加热炉进行加热，通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并能够实现多段程序升温控制。分析检测***采用在线质谱。

实验模拟过程如下：首先准确称量待生催化剂50g置于反应管(9)中，打开第一稳定阀(4-1)和第二稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为18L/min和2L/min。然后旋转四通阀(7)至混合气接通反应管(9)，于此同时打开换向阀(13)至质谱(15-2)在线分析。最后打开加热炉(10)，以10℃/min的升温速度从室温至800℃(反应管中下部温度)进行程序升温。根据质谱数据中的一氧化碳和二氧化碳离子峰研究它们的生成规律。其结果如图2所示。

实施例5：待生催化剂在不同气体氛围下的再生过程研究

气路(1)采用高纯氮气，气路(2)采用纯氧气，通过两个气路上的质量流量计调变混合气体中氧气的体积百分含量，总的气体流量为20L/min。反应管(9)采用310S不锈钢材料，其下部圆柱筒直径D1为20mm，高径比为15，上部圆柱筒直径D2为40mm，高径比为3，D2：D1＝2；圆锥面与垂直线的夹角α为30°，此时反应管内下部的空塔气速为1.06m/s，上部的空塔气速为0.26m/s。气体分布器采用孔板，开孔直径为0.5mm，开孔率为25个/cm²；气固分离器采用孔径为90nm的陶瓷多孔材料。反应管(9)的外部采用电加热炉进行加热，通过分布在反应管内部的热电偶反馈控制加热温度和加热速率，并能够实现程序升温控制。分析检测***采用在线质谱。

实验模拟过程如下所示：

实验1

准确称量待生催化剂50g置于反应管(9)中，打开第一稳定阀(4-1)和第二稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为19L/min和1L/min，使混合气体中氧气的体积含量为5％。旋转四通阀(7)至混合气接通反应管(9)，于此同时打开换向阀(13)至质谱(15-2)在线分析。打开加热炉(10)，以10℃/min的升温速度从室温至680℃(反应管中下部温度)进行程序升温，并稳定680℃10分钟。获得待生催化剂在氧气体积含量为5％的气体氛围中再生数据，其结果见图3中的质谱图A。

实验2

准确称量待生催化剂50g置于反应管(9)中，打开第一稳定阀(4-1)和第二稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为18L/min和2L/min，使混合气体中氧气的体积含量为10％。重复上述实验过程，获得待生催化剂在氧气体积含量为10％的气体氛围中再生数据，其结果见图4中的质谱图B。

实验3

准确称量待生催化剂50g置于反应管(9)中，打开第一稳定阀(4-1)和第二稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为17L/min和3L/min，使混合气体中氧气的体积含量为15％。重复上述实验过程，获得待生催化剂在氧气体积含量为15％的气体氛围中再生数据，其结果见图5中的质谱图C。

实验4

准确称量待生催化剂50g置于反应管(9)中，打开第一稳定阀(4-1)和第二稳定阀(4-2)，调节第二质量流量计(5-2)和第三质量流量计(5-3)的流量分别为16L/min和4L/min，使混合气体中氧气的体积含量为20％。重复上述实验过程，获得待生催化剂在氧气体积含量为20％的气体氛围中再生数据，其结果见图6中的质谱图D。

对比以上四组数据，即可获得待生催化剂在不同气体氛围下的再生规律。其对比结果如图3～6中质谱A～D。

应当指出，以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种催化裂化再生器实验模拟方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

将气体1通入反应管，调节气体1的流速使反应管中的催化剂处于流化状态；

同时加热反应管使其达到反应温度，此后保持或程序升温；

达到反应温度后，气体2与气体1在线混合，混合气体随后进入反应器；

混合气体与催化剂进行反应；

反应后的气体经过气固分离；

对气固分离后的气体进行计量和/或分析。

2.根据权利要求1所述的催化裂化再生器实验模拟方法，其特征在于气体1为氮气、氦气、氩气中的一种；气体2为空气或者氧气。

3.根据权利要求2所述的催化裂化再生器实验模拟方法，其特征在于气体1和气体2混合后，氧气的体积含量为0％～100％。

4.根据权利要求1所述的催化裂化再生器实验模拟方法，其特征在于所述反应管下部的空塔线速为0.1m/s～3m/s；所述反应管上部的空塔线速为0.01m/s～3m/s。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的催化裂化再生器实验模拟方法，其特征在于混合气体与催化剂的反应温度为400℃～1100℃。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的催化裂化再生器实验模拟方法，其特征在于所述气体计量方法为排水集气；所述分析方法为气相色谱或质谱中的一种或两种。

7.一种催化裂化再生器实验模拟装置，其特征在于，包括气路(1)、气路(2)、设置在气路(1)和气路(2)上的稳定阀(4)和质量流量计(5)、混合阀(6)、四通阀(7)、连接气路(1)与四通阀(7)的气路(3)、气体分布器(8)、反应管(9)、加热炉(10)、气固分离器(11)、干燥器(12)、换向阀(13)、尾气收集和计量器(14)及分析检测***(15)，所述气路(1)和气路(2)均连接在混合阀(6)上，所述混合阀(6)经过四通阀(7)连接在所述反应管(9)底部的气体分布器(8)上，所述反应管(9)顶部的气固分离器(11)与干燥器(12)相连，所述干燥器(12)通过换向阀(13)与尾气收集和计量器(14)和/或分析检测***(15)相连；

其中，所述反应管(9)采用变径设计，其上圆柱筒直径D2与下圆柱筒直径D1的比值为1～6；上圆柱筒的高径比为0.5～100；下圆柱筒的高径比为1～1000；圆锥面与垂直线的夹角α为0°～60°。

8.根据权利要求7所述的催化裂化再生器实验模拟装置，其特征在于所述反应管(9)的上圆柱筒直径D2与下圆柱筒直径D1的比值为1.5～3；圆锥面与垂直线的夹角α为27°～35°。

9.根据权利要求7所述的催化裂化再生器实验模拟装置，其特征在于所述反应管(9)采用耐高温材料。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的催化裂化再生器实验模拟装置，其特征在于所述反应管(9)采用石英玻璃或310S不锈钢材料；所述气体分布器(8)采用孔板或金属烧结板；所述气固分离器(11)采用陶瓷多孔材料或金属烧结板。