Способ определения относительной активности катализаторов

 

Изобретение относится к способам определения активности твердофазных катализаторов. Технический результат изобретения заключается в сокращении времени определения активности катализаторов, оценке времени эксплуатации и степени его дезактивации. Способ заключается в том, что активность твердых катализаторов оценивают по степени поглощения образцов катализатора энергии электромагнитного излучения и сравнивают эту энергию с энергией, поглощаемой свежим катализатором, активность которого принята за 100%. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способу определения активности катализаторов и может найти применение в химической промышленности, где широко используются каталитические технологии.

Известен способ определения активности катализаторов, основанный на проведении химической реакции на соответствующем катализаторе в изотермических условиях.

Например, активность промышленных оксидных катализаторов дегидрирования углеводородов (бугенов С₄Н₈ изоамиленов С₅Н₈) определяют с использованием реактора типа "труба в печи" [Катализ в промышленности/ Б. Лич, Ю. Сандерс, Э. Шлоссмахер и др.; Под. ред. Б. Лича. -М.: Мир, 1986, с. 66], представляющего собой кварцевую трубку диаметром 20 мм, снабженную карманами для установки термопар. Реактор устанавливается в печь с электрообогревом, загружается катализатором в объеме 10 см³. Температуру в реакторе поддерживают постоянной по всей высоте слоя катализатора, например для определения активности катализатора К-24И (ТУ 38.103404-89) реакцию дегидрирования изоамиленов проводят при температуре 600^oС, с использованием инертного разбавителя (водяной пар, азот) для снижения парциального давления углеводородов. Контактный газ анализируют хроматографическим методом. По отношению количества целевого продукта (изопрена С₅Н₆) к общему количеству углеводородов, выраженному в процентах, измеряют активность катализатора.

В нефтяной промышленности принят стандартный метод испытания катализаторов крекинга в кипящем слое с помощью теста на микроактивность, обозначенного Американским обществом испытания материалов (ASTM) как D3907-80 [Катализ в промышленности/ Б. Лич, Ю. Сандерс, Э. Шлоссмахер и др.; Под. ред. Б. Лича. -М.: Мир, 1986, с. 64].

Через реактор с неподвижным слоем катализатора крекинга пропускают газойль с установленной ASTM скоростью потока. В жидких продуктах крекинга определяют содержание не превращенного газойля. Конверсией считают разность масс поданного и не превращенного газойля.

Стандартизированную степень превращения находят как соотношение измеренной конверсии с полученной на эталонном катализаторе ASTM. Тест на микроактивность дает информацию для определения относительной эффективности катализаторов крекинга в кипящем слое.

Недостатками известного способа являются: - относительно большое время проведения анализа (от нескольких часов и более); - сложное аппаратурное оформление (реакционное оборудование, средства контроля и измерения технологических параметров процесса, аналитическое оборудование).

Наиболее близким техническим решением к заявленному способу (прототипу) является способ с применением импульсных реакторов для определения совершенно инертных или малоактивных катализаторов от активных [Катализ в промышленности/ Б. Лич, Ю. Сандерс, Э. Шлоссмахер и др.; Под. ред. Б. Лича. -М.: Мир, 1986, с.66]. Импульсные реакторы представляют собой трубчатые реакторы малых размеров, непосредственно связанные с газовыми хроматографами. Способ состоит в том, что исследуемый катализатор нагревают до температуры, при которой происходят данные химические превращения. Затем через катализатор продувают исходные компоненты, находящиеся в газообразном состоянии и имеющие температуру, равную температуре реактора. На выходе из реактора определяется количество вещества, подвергшегося химическому превращению. Отношение массы прореагировавшего вещества к исходному и дает активность катализатора.

Недостатком известного способа определения активности катализаторов является относительно большое время проведения анализа (от нескольких часов и более), использование лишь одной хорошо известной технологии - эндотермической реакции и очень небольшого числа катализаторов.

Изобретение решает техническую задачу сокращения времени определения относительной активности катализатора по отношению к максимальной активности свежего катализатора и оценки времени эксплуатации исследуемого катализатора, степени его дезактивации.

Сущность изобретения заключается в том, что относительная активность катализатора оценивают по степени поглощения образцом катализатора энергии электромагнитного излучения и сравнивают эту энергию с энергией, поглощаемой свежим катализатором, активность которого принята за 100%.

Степень поглощения излучения зависит от физико-химических свойств катализатора, определяющих его активность. Следовательно, измеряя энергию поглощенного катализатором электромагнитного излучения, можно определить его относительную активность, а также время в течение которого эксплуатировался катализатор.

Способ осуществляют следующим образом. Электромагнитное излучение генерируется, подключенным к источнику питания 1, магнетроном 2 (фиг.1) и направляется в волновод 3, заполненный определенным количеством исследуемого катализатора. Часть электромагнитного излучения поглощается катализатором, а непоглощенное электромагнитное излучение поглощается согласованной нагрузкой 4, где поглощающей средой является вода. По изменению температуры воды определяется количество энергии, поглощаемой водой, и соответственно количество энергии и мощность, поглощенной катализатором. Зная выходную мощность магнетрона, которая определяется при незагруженном волноводе, - также по изменению температуры воды в согласующей нагрузке по формулам: P_n=P_в'-P_в, где Р_в' - мощность выходная магнетрона (при незагруженном волноводе), Вт; Т₁ и T₂ - температура воды до и после воздействия СВЧ-излучения, ^oС; с_рв - теплоемкость воды, Дж/(кг•град); t - длительность воздействия СВЧ-излучения, с; m_в - масса воды, кг;
P_n - поглощенная мощность, количество СВЧ-энергии в единицу времени, диссипируемой в катализаторе, Вт;
P_в - мощность электромагнитного излучения, поглощаемая согласованной нагрузкой.

Относительная поглощающая способность катализатора определяется по формуле:

и является адекватной характеристикой активности катализатора.

Пример осуществления способа.

Исследования проводились с некоторыми промышленными катализаторами, в частности с кальций-фосфатным катализатором ИМ-2204 (ТУ 38.303-05-18-92).

Зависимость относительной активности катализатора от доли поглощенной энергии приведена на фиг.2.

Таким образом, относительную активность катализатора определяется по следующему алгоритму: определенное количество исследуемого катализатора загружается в волновод и при заданной экспозиции облучения электромагнитным излучением определяется доля поглощенной энергии. По заданному значению доли поглощенной энергии по градуировочной кривой (фиг.2) определяется относительная активность катализатора. Так, сравнивая долю поглощенной энергии исследуемого образца катализатора с долей поглощенной энергии свежим катализатором, обладающим максимальной активностью, принятой за 1 (т.е.100%), можно сделать вывод об активности исследуемого образца.

Длительность одного измерения не превышает 1 мин (таблица). Данный метод позволяет определить относительную активность катализаторов без использования сложного аналитического оборудования за короткое время. Метод прост в осуществлении и не требует специальной подготовки обслуживающего персонала. Установка может быть мобильной (передвижной).

Изобретение может найти применение на химических предприятиях, использующих каталитические технологии.

Формула изобретения

Способ определения относительной активности твердых катализаторов по степени поглощения образцом катализатора энергии электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона и сравнения этой энергии с энергией, поглощаемой свежим образцом катализатора, активность которого принята за 100%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3