CN106556668B - 移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台及测试方法。所述的测试平台由能够放置在标准集装箱内的测试单元组成，包括依次相连的烃类原料净化单元、反应单元、气液分离单元、产品无害化处置单元；所述烃类原料净化单元包括相连的1个加氢反应器和2个脱硫槽；所述反应单元包括相连的1个预转化反应器和多个转化反应器。本发明测试平台的适用性强，可以客观实际的反映加氢、脱硫、预转化、转化工艺，工艺参数及催化剂的综合性能。该平台结构紧凑，布局合理，可放置在一个标准集装箱中，方便运输。本发明的测试方法简单易行、易于实现。
Description
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台及测试方法。
背景技术
中石化齐鲁分公司研究院已经在烃类蒸汽转化催化剂领域进行了40余年的研究，积累了丰富的经验。将实验室开发的催化剂推向市场，需要进行大量的试验工作。为了提高研究效率，较为快速的评估催化剂的综合性能，设计开发了一种移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台。目前，还未见相关的文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应不同烃类原料，移动方便，能够重复使用，并且能够在不同工艺条件下评价不同催化剂的性能和能耗的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台；本发明同时提供测试方法。
本发明所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，由能够放置在标准集装箱内的测试单元组成，包括依次相连的烃类原料净化单元、反应单元、气液分离单元、产品无害化处置单元；其中，所述烃类原料净化单元包括相连的1个加氢反应器和2个脱硫槽；所述反应单元包括相连的1个预转化反应器和多个转化反应器。
所述脱硫槽分别为第一脱硫槽、第二脱硫槽，第一脱硫槽、第二脱硫槽通过切换能够实现第一脱硫槽、第二脱硫槽依次串联；第一脱硫槽、第二脱硫槽并联；第二脱硫槽、第一脱硫槽依次串联。
所述烃类原料净化单元还设置附线，附线连接反应单元、气液分离单元和产品无害化处置单元。
所述的多个转化反应器的工作方式为串联或并联或单个运行。
在烃类原料净化单元出口与反应单元进口之间的管线上设置蒸汽发生器。所述的蒸汽发生器由2台串联加热炉组成，由2台水泵输入水。蒸汽发生器可以输出0.5-4.5MPa饱和蒸汽或过热蒸汽，设计最大产蒸汽能力为40kg/h。
测试平台中各个单元的工作参数如下：
所述加氢反应器工作参数为：天然气流量0.1-10m3/h，石脑油流量0.1-15kg/h，氢碳比50-1000，催化剂床层有效高度1.8m，高径比3:1，反应器材质为316L，设计最高温度600℃，设计最高压力4.2MPa，操作空速为碳空速500-50000h-1，反应温度180-400℃，反应压力0.1-4.0MPa，催化剂装量最大为3L。
所述脱硫槽工作参数为：加氢后天然气0.1-10m3/h，加氢后石脑油流量0.1-15kg/h，催化剂床层有效高度2m，高径比4:1，脱硫槽材质为316L，设计最高温度600℃，设计最高压力4.2MPa，操作空速为碳空速500-40000h-1，催化剂装量最大为4L；第一脱硫槽装填氧化锌脱硫剂，采用干法脱硫，通过第一脱硫槽将物流中的总硫降低至0.5ppm以下；第二脱硫槽装填80wt％氧化锌脱硫剂和20wt％高性能脱硫剂，采用干法脱硫，通过第二脱硫槽将物流中总硫降低至30ppb以下；第一脱硫槽、第二脱硫槽的反应温度为常温至380℃，反应压力0.1-4.0MPa。
所述的高性能脱硫剂优选丹麦托普索公司的ST-101。
所述的预转化反应器工作参数为：净化后天然气0.1-10m3/h，净化后石脑油流量0.1-15kg/h，反应器材质0Cr25Ni20，设计最高温度800℃，设计最高压力5.0MPa，催化剂装量最大为2.5L，反应碳空速500-60000h-1，催化剂床层高径比3-1:1。
所述的转化反应器工作参数为：净化后天然气0.1-10m3/h，净化后石脑油流量0.1-15kg/h，反应器材质0Cr35Ni45，设计最高温度1100℃，设计最高压力5.0MPa，催化剂装量最大为4L，反应碳空速500-40000h-1，催化剂床层高径比30-50:1。
所述测试方法，包括以下步骤：
(A)加氢、脱硫：
来自烃类原料储罐的烃类原料经过计量后与氢气混合经加氢预热器预热后进入加氢反应器，在此完成加氢饱和，并将硫化合物转化为H2S，然后进入第一脱硫槽和/或第二脱硫槽脱硫；
(B)预转化和/或转化：
脱硫后工艺气和来自蒸汽发生器的蒸汽混合进入预转化反应器和/或转化反应器，完成预转化反应和/或转化反应；
(C)气液分离：
完成预转化反应和/或转化反应的工艺气进入气液分离单元进行气液分离；
(D)无害化处置：
气液分离后得到富含氢气的合成气，经色谱检测合格后进入无害化处置单元，经火炬点燃或直接排出。
具体步骤如下：
烃类原料(天然气或石脑油或其他适用于制氢的烃类)，经过计量后与氢气混合进入加氢预热器，预热至200-220℃后进入加氢反应器，氢碳比50-1000，在此完成加氢饱和，并将硫化合物转化为H2S，然后进入第一脱硫槽和/或第二脱硫槽，脱硫至30ppb以下。脱硫后工艺气和来自蒸汽发生器的蒸汽混合进入预转化反应器或转化反应器，完成预转化反应或蒸汽转化反应；或根据评估需求，先经过预转化反应器后再进入转化反应器；转化反应器可以为单独、多台并联或串联的转化反应器。当使用天然气为原料时，预转化反应表现为吸热反应，预转化反应器入口温度控制在600-650℃；当使用石脑油为原料时，预转化反应表现为强放热反应，控制预转化反应器最高温度点不超过600℃。烃类原料在转化反应器完成烃类蒸汽转化反应，出口工艺气进入气液分离装置，在此完成换热、冷却、水气分离，得到富含氢气的合成气；气体组分经过色谱检测后送无害化处置单元，在此单元，气体可以通过采用可伸缩设计的火炬点燃或高排。
转化反应器后设置有多台换热器，在此完成高温的转化工艺气和低温的原料、预转化原料等不同原料的热交换，充分利用能量，降低测试费用。
本发明的有益效果如下：
本发明测试平台的适用性强，能够适用目前可以用于制氢的烃类原料，这些原料可以单独或混合完成评测。该平台可以完成加氢、脱硫、预转化、转化等多种反应条件及催化剂的研究，可完成不同原料组成、不同工艺操作条件，不同催化剂的评测。通过本平台，可以客观实际的反映加氢、脱硫、预转化、转化工艺，工艺参数及催化剂的综合性能。该平台结构紧凑，布局合理，可放置在一个标准集装箱中，方便运输。本发明充分利用高温热源，节省评测费用。各个单元、反应器均可灵活操作，根据评测条件，可选择性的关闭或开启各个单元、反应器。本发明测试方法简单易行、易于实现。
附图说明
图1是本发明测试平台结构示意图；
图中：1、烃类原料储罐；2、加氢预热器；3、加氢反应器；4、第一脱硫槽；5、第二脱硫槽；6、蒸汽发生器；7、预转化反应器；8、转化反应器；9、气液分离单元；10、产品无害化处置单元；11、附线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
本实施例以石脑油为原料，烃类组成如表1所示。
表1石脑油组成
石脑油经过计量后与氢气混合进入加氢预热器，预热至220℃后进入加氢反应器(装填钴钼催化剂)，氢碳比100，在此完成加氢饱和，然后进入第一脱硫槽(装填氧化锌脱硫剂)，脱硫至0.1ppm，再进入第二脱硫槽(装填80wt％氧化锌脱硫剂和20wt％高性能脱硫剂ST-101)，脱硫至30ppb。脱硫后工艺气和来自蒸汽发生器的蒸汽混合进入预转化反应器，完成预转化反应。预转化出口工艺气进入气液分离单元，在此完成换热、冷却、水气分离，得到富含甲烷气；气体组分经过色谱检测后送无害化处置单元，在此单元，气体可以通过采用可伸缩设计的火炬高排。
当石脑油进料量为碳空速8000h-1，水碳比2.0，预转化试验结果见表2。
表2预转化试验结果
实施例2
本实施例以天然气为原料，烃类组成如表3所示。
表3天然气组成
天然气经过计量后与氢气混合进入加氢预热器，预热至200℃后进入加氢反应器(装填钴钼镍催化剂)，氢碳比50，在此完成加氢饱和，并将硫化合物转化为H2S，然后进入第一脱硫槽(装填氧化锌脱硫剂)，再进入第二脱硫槽(装填80wt％氧化锌脱硫剂和20wt％高性能脱硫剂ST-101)，脱硫至20ppb。脱硫后工艺气和来自蒸汽发生器的蒸汽混合进入预转化反应器，再进入转化反应器，完成预转化反应和蒸汽转化反应；转化出口工艺气进入气液分离装置，在此完成换热、冷却、水气分离，得到富含氢气的合成气；气体组分经过色谱检测后送无害化处置单元，在此单元，气体可以通过采用可伸缩设计的火炬点燃。
表4预转化试验结果
表5转化试验结果
实施例3
实施例1-2中采用的测试平台，由能够放置在标准集装箱内的测试单元组成，包括依次相连的烃类原料净化单元、反应单元、气液分离单元9、产品无害化处置单元10；
所述烃类原料净化单元包括相连的1个加氢反应器3和2个脱硫槽；所述反应单元包括相连的1个预转化反应器7和多个转化反应器8。所述的脱硫槽分别为第一脱硫槽4、第二脱硫槽5，第一脱硫槽4、第二脱硫槽5通过切换能够实现第一脱硫槽4、第二脱硫槽5依次串联；第一脱硫槽4、第二脱硫槽5并联；第二脱硫槽5、第一脱硫槽4依次串联。所述烃类原料净化单元还设置附线11，附线11连接反应单元、气液分离单元9和产品无害化处置单元10。在烃类原料净化单元出口与反应单元进口之间的管线上设置蒸汽发生器6。所述的蒸汽发生器6由2台串联加热炉组成，由2台水泵输入水。蒸汽发生器6可以输出0.5-4.5MPa饱和蒸汽或过热蒸汽，设计最大产蒸汽能力为40kg/h。所述的多个转化反应器8的工作方式为串联或并联或单个运行。
实施例1-2中的测试方法具体如下：
来自烃类原料储罐1的烃类原料经过计量后与氢气混合经加氢预热器2预热后进入加氢反应器3，在此完成加氢饱和，并将硫化合物转化为H2S，然后进入第一脱硫槽4和/或第二脱硫槽5脱硫；脱硫后工艺气和来自蒸汽发生器6的蒸汽混合进入预转化反应器7和/或转化反应器8，完成预转化反应和/或转化反应；完成预转化反应和/或转化反应的工艺气进入气液分离单元9进行气液分离；气液分离后得到富含氢气的合成气，经色谱检测合格后进入无害化处置单元10，经火炬点燃或直接排出。
Claims (9)
1.一种移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，由能够放置在标准集装箱内的测试单元组成，其特征在于：包括依次相连的烃类原料净化单元、反应单元、气液分离单元(9)、产品无害化处置单元(10)；其中，所述烃类原料净化单元包括相连的1个加氢反应器(3)和2个脱硫槽；所述反应单元包括相连的1个预转化反应器(7)和多个转化反应器(8)；
脱硫槽分别为第一脱硫槽(4)、第二脱硫槽(5)，通过切换能够实现第一脱硫槽(4)、第二脱硫槽(5)依次串联；第一脱硫槽(4)、第二脱硫槽(5)并联；第二脱硫槽(5)、第一脱硫槽(4)依次串联；
其中：第一脱硫槽(4)装填氧化锌脱硫剂，采用干法脱硫，通过第一脱硫槽(4)将物流中的总硫降低至0.5ppm以下；
第二脱硫槽(5)装填80wt％氧化锌脱硫剂和20wt％高性能脱硫剂，采用干法脱硫，通过第二脱硫槽(5)将物流中总硫降低至30ppb以下；
加氢反应器(3)操作空速为碳空速500-50000h-1，反应温度180-400℃，反应压力0.1-4.0MPa，催化剂装量最大为3L；
在烃类原料净化单元出口与反应单元进口之间的管线上设置蒸汽发生器(6)，蒸汽发生器(6)由2台串联加热炉组成。
2.根据权利要求1所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，其特征在于：所述烃类原料净化单元设置附线(11)，附线(11)连接反应单元、气液分离单元(9)和产品无害化处置单元(10)。
3.根据权利要求1所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，其特征在于：所述多个转化反应器(8)的工作方式为串联或并联或单个运行。
4.根据权利要求1所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，其特征在于：所述加氢反应器(3)工作参数为：
天然气流量0.1-10m3/h，石脑油流量0.1-15kg/h，氢碳比50-1000，催化剂床层有效高度1.8m，高径比3:1，反应器材质为316L，设计最高温度600℃，设计最高压力4.2MPa。
5.根据权利要求1所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，其特征在于：所述脱硫槽工作参数为：
加氢后天然气0.1-10m3/h，加氢后石脑油流量0.1-15kg/h，催化剂床层有效高度2m，高径比4:1，脱硫槽材质为316L，设计最高温度600℃，设计最高压力4.2MPa，操作空速为碳空速500-40000h-1，催化剂装量最大为4L；
第一脱硫槽(4)、第二脱硫槽(5)的反应温度为常温至380℃，反应压力0.1-4.0MPa。
6.根据权利要求1所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，其特征在于：所述预转化反应器(7)工作参数为：
净化后天然气0.1-10m3/h，净化后石脑油流量0.1-15kg/h，反应器材质0Cr25Ni20，设计最高温度800℃，设计最高压力5.0MPa，催化剂装量最大为2.5L，反应碳空速500-60000h-1，催化剂床层高径比3-1:1。
7.根据权利要求1所述的移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台，其特征在于：所述转化反应器(8)工作参数为：
净化后天然气0.1-10m3/h，净化后石脑油流量0.1-15kg/h，反应器材质0Cr35Ni45，设计最高温度1100℃，设计最高压力5.0MPa，催化剂装量最大为4L，反应碳空速500-40000h-1，催化剂床层高径比30-50:1。
8.一种采用权利要求1-7任一所述移动式烃类蒸汽转化制氢催化剂测试平台进行测试的方法，其特征在于包括以下步骤：
(A)加氢、脱硫：
来自烃类原料储罐(1)的烃类原料经过计量后与氢气混合经加氢预热器(2)预热后进入加氢反应器(3)，在此完成加氢饱和，并将硫化合物转化为H2S，然后进入第一脱硫槽(4)和/或第二脱硫槽(5)脱硫；
(B)预转化和/或转化：
脱硫后工艺气和来自蒸汽发生器(6)的蒸汽混合进入预转化反应器(7)和/或转化反应器(8)，完成预转化反应和/或转化反应；
(C)气液分离：
完成预转化反应和/或转化反应的工艺气进入气液分离单元(9)进行气液分离；
(D)无害化处置：
气液分离后得到富含氢气的合成气，经色谱检测合格后进入产品无害化处置单元(10)，经火炬点燃或直接排出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：使用天然气为原料时，预转化反应器(7)入口温度控制在600-650℃；使用石脑油为原料时，预转化反应器(7)入口温度不超过600℃。
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