解氣體在有或無催化劑情況下其組分隨時間的變化，通過熱量方程式得到此系統(tǒng)熱值隨時間的變化，再根據(jù)質量作用定律和阿累尼烏斯方程，就可以進一步得到描述反應速率與反應溫度的動力學關系式，可以正確地測定催化劑的活性和動力學參數(shù)，用于對不同類型和規(guī)格的垃圾焦油裂解催化劑進行性能比較，為優(yōu)選合適的催化劑和準確地設計焦油裂解反應器提供準確有效的信息。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明測試裝置的結構示意圖；
圖2a為催化劑A 700°C數(shù)據(jù)處理的曲線圖圖2b為催化劑A 800°C數(shù)據(jù)處理的曲線圖；
圖3為催化劑A反應進程一時間曲線圖；
圖4a為催化劑B 700°C數(shù)據(jù)處理的曲線圖；
圖4b為催化劑B 800°C數(shù)據(jù)處理的曲線圖；
圖5為催化劑B反應進程一時間曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0030]本實施例提供了一種垃圾焦油催化裂解催化劑活性測試的裝置，該裝置用于對不同類型和規(guī)格的垃圾焦油裂解催化劑進行性能比較的測試。為優(yōu)選合適的催化劑和準確地設計焦油裂解反應器提供準確有效的信息。
[0031]催化劑的活性表現(xiàn)為其對特定化學反應速度的促進或阻止。對于氣-固多相反應來說，使用的大多是顆粒狀催化劑，它們通常都具有一定的孔結構和較大的表面積。因此一般說來，催化反應的速度，除了和催化劑的化學本性有關外，還和催化劑的表面結構、反應物料的流動特性、反應器的形狀和器壁材料以及溫度，壓力、催化劑床層高度、直徑、體積、催化劑顆粒大小、裝填方式、空速等因素有關。為了正確地測定催化劑的活性和動力學參數(shù)，首先必須選擇合適的實驗方法和適宜的實驗條件以排除這些物理因素的干擾。
[0032]測試催化劑活性的裝置一般指的是連續(xù)流動積分反應器，本實施例的垃圾或生物質焦油催化裂解催化劑活性測試的裝置即為連續(xù)流動積分反應器。它可以根據(jù)需要選擇在等溫或絕熱條件下進行操作。絕熱反應在數(shù)據(jù)處理上較為復雜。微型等溫積分反應器參數(shù)(溫度、壓力、組成)可以較容易地精確測定并加以控制。這對考察催化劑的基本特性(轉化率、空間產率、選擇性)是比較方便的。
[0033]采用積分反應器作為顆粒催化劑考評裝置的必要條件是催化劑床層接近等溫狀態(tài);反應物料流動狀況呈平推流。
[0034]如圖1所示，本實施例垃圾焦油催化裂解催化劑活性測試的裝置包括順序連接的空氣壓縮機1、空氣過濾器2、空氣流量控制器3、氣化爐5、催化反應器8、冷卻器10、過濾器U、氫氣濃度檢測器12、一氧化碳濃度檢測器13、二氧化碳濃度監(jiān)測器14、甲烷濃度檢測器15和乙烷以上烴類濃度檢測器16，其中，空氣壓縮機I將空氣壓縮后使其進入空氣過濾器2中進行過濾，去除空氣中的粉塵雜質，然后經過空氣流量控制器3控制器其進入的流量，再通過氣化爐管4進入到氣化爐5，氣化爐5內裝有用于熱裂解的垃圾或生物質，對氣化爐進行加熱，使其內部的垃圾或生物質分解產生氣化焦油，氣化爐5內通過設置溫度控制器6來控制其加熱溫度，氣化焦油通過催化管7進入到催化反應器8內，催化反應器內裝有用于對垃圾或生物質焦油進行催化裂解的催化劑顆粒，催化反應器8同樣設置有溫度控制器9，焦油通過催化裂解后，產生各種氣體物質，并且，各氣體分別通過冷卻器10冷卻，過濾器11進行過濾，最后順序通過氫氣濃度檢測器12檢測其氫氣濃度，通過一氧化碳濃度檢測器13其一氧化碳濃度，通過二氧化碳濃度監(jiān)測器14檢測其二氧化碳濃度，通過甲烷濃度檢測器15檢測其甲烷濃度，以及通過乙烷以上烴類濃度檢測器16檢測其乙烷以上烴類濃度，最后通過各種算法和曲線，即可以得到催化劑的活性評價。
[0035]在催化反應器中，催化床及催化床前后的惰性物料的填充長度與催化劑顆粒當量直徑之比>=100，以形成平推流;其中，對活性組分不均勻分布的顆粒催化劑，應盡可能保留活性組分的原始分布;而對活性組分呈均勻分布的催化劑可以粉碎到30-40目。
[0036]在催化反應器的催化過程中，對熱效應大的化學反應進行等溫操作比較困難，本實施例可以采用兩種措施來降低單位床層體積反應熱，保持反應器接近等溫操作。一是稀釋催化劑，用與催化劑顆粒粒度相同的載體或其他惰性顆粒，例如石英砂或碳化硅等;二是稀釋反應物，用與反應物和產物不起化學反應作用的惰性氣體，例如氮氣，氦氣等稀釋反應物。
[0037]在催化反應器中，催化床層直徑與顆粒當量直徑之比>=8，以消除壁效應、溝流及渦流等流體分配不勻的影響。
[0038]當垃圾或生物質被加熱氣化時，其中的大分子有機物的分子鍵將會吸收能量并發(fā)生斷裂，產生小分子化合物，其中小分子的化合物為氣體，而較大分子就被稱為初級焦油。這些初級焦油主要是垃圾或生物質原料本身結構中的片斷，這些初級焦油是不穩(wěn)定的，在高溫情況下它會進一步發(fā)生反應，從而生成二級焦油。如果這時候進一步提高反應溫度，其中一部分可能會發(fā)生裂解，而另一部分焦油就會轉化為性質相對穩(wěn)定的三級焦油。
[0039]垃圾焦油催化裂解過程中的化學反應主要分為四種:裂化反應、重整反應、縮合反應和焦炭氣化反應:
裂解反應:焦油(初級)----焦油(二級)----焦油(三級)
重整反應:焦油+ H2O——H2 + CO + CH4 +...焦油 + CO2 ——H2 + CO + CH4 +...縮合反應:焦油(初級)+焦油(η級)焦炭+ Η2 +焦油(...)
氣化反應:焦炭+ H2O——H2 + CO 焦炭+ CO2——2 CO
由于垃圾成分及其在熱作用下的反應機理十分復雜，要從微觀角度全面描述反應過程所包含的眾多物理化學過程是十分困難的。
[0040]因此，在進行有機物熱裂解過程反應動力學研究中，根據(jù)質量作用定律和阿累尼烏斯方程建立描述反應速率與反應溫度的動力學關系式，通過測定一系列相關試驗數(shù)據(jù)，用于確定關系式中的動力學參數(shù)，得到描述反應過程的動力學模型，是進行有機物熱裂解過程反應動力學研究的普遍方法。
[0041 ]本實施例中，在線測定有機物在規(guī)定條件下產生的熱裂解氣體在有或無催化劑情況下其組分隨時間的變化，通過以下熱量方程式得到此系統(tǒng)熱值隨時間的變化，也就是說可以得到垃圾焦油瞬時裂解反應速率，再根據(jù)質量作用定律和阿累尼烏斯方程，就可以進一步得到描述反應速率與反應溫度的動力學關系式。
[0042]各種垃圾或生物質焦油的裂解:
A------B + C +....熱量方程式
H = 285.8*Υ氫氣 + 283.0*Yum + 890.3*Y 甲掠 + 1558.3*Υ徑
H----熱量千焦
Ya氣-氫氣的摩爾數(shù)
一氧化碳的摩爾數(shù) Ywa 甲燒的摩爾數(shù) Yg —乙烷以上烴類的摩爾數(shù)測試的過程如下:
一，按照催化劑活性評價實施方案，將定量的催化劑或惰性載體裝入催化反應器7;將定量的垃圾或生物質通過氣化爐管4裝入氣化爐5中。
[0043]二，啟動空氣壓縮機I，用流量調節(jié)器3，調節(jié)需要進入系統(tǒng)的空氣流量。
[0044]三，按照催化劑活性評價實施方案，用溫度調節(jié)器9，將催化反應器8的溫度升到規(guī)定的溫度，例如 700° C，800° C，850° C。
[0045]四，按照催化劑活性評價實施方案，用溫度調節(jié)器6，將氣化爐5的溫度升到規(guī)定的溫度，例如 500° C，600。C，800。C，900。C 等等。
[0046]五，計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將氫氣濃度檢測器12、一氧化碳濃度檢測器13、二氧化碳濃度監(jiān)測器14、甲烷濃度檢測器15和乙烷以上烴類濃度檢測器16中的氣體濃度記錄在案。
[0047]六，數(shù)據(jù)處理
I，計算每一瞬間催化反應產生的氫氣、一氧化碳、甲烷和烴類的濃度減去空白或惰性載體熱裂解所產生這些氣體的濃度，求出每一瞬間催化劑催化焦油裂解所產生的各氣體凈產量。利用熱量方程式計算其熱值，累計這些瞬間熱值，即為催化劑對焦油裂解的貢獻，并將瞬間熱值除以累計熱值，可得到焦油裂解反應進程隨時間的變化曲線。
[0048]熱量方程式:
H = 285.8*Y氫氣 + 283.0*Yum + 890.3*Y 甲掠 + 1558.3*Υ徑
H