Способ определения активности катализаторов изомеризации бензиновых фракций

Изобретение относится к области аналитической химии. Способ основан на зависимости интенсивности люминесценции от активности образцов, возникающей при воздействии на катализатор ультрафиолетового света лазера, в диапазоне 350-800 нм, с длиной волны лазера, равной 337 нм, и плотностью его мощности в диапазоне 10⁵-10⁹ Вт/м². Технический эффект - сокращение времени для определения каталитической активности алюмоплатиновых катализаторов, уменьшение массы анализируемого образца до 10^-3-10^-4 г и улучшение условий труда. 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способам определения активности алюмоплатиновых и платиноцеолитных катализаторов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Алюмоплатиновые и платиноцеолитные катализаторы в нефтеперерабатывающей промышленности применяют в процессах риформинга и изомеризации бензиновых фракций для повышения их октанового числа. Испытания катализаторов проводят в стандартных условиях риформинга бензиновых фракций / ТУ-38-1-251-69 Технические условия и методы испытания алюмоплатинового катализатора АП-56/.

Известен способ определения каталитической активности алюмоплатиновых катализаторов в модельной реакции изомеризации н-гексана /Гост 2106-68 Ф5; ТУ 2177-297-05742746-96. Катализатор изомеризации легких бензиновых фракций СИ-1/. Сущность метода определения каталитических свойств катализатора изомеризации легких бензиновых фракций (КИ) заключается в испытании его в процессе изомеризации н-гексана при двух температурных режимах (260 и 280°С), определении массовой доли катализата C₅ и 2.2-диметилбутана в катализате C₅. Процесс осуществляется на специальной установке проточного типа под давлением 1.0 МПа и включает несколько стадий: подготовку установки к проведению сырьевого цикла, включающую загрузку катализатора в реактор, опрессовку установки, восстановление катализатора; проведение сырьевого цикла и разгрузку катализатора.

Его существенным недостатком является технологическая сложность и длительность испытаний (до 24 часов).

Ближайшим аналогом является способ определения активности титан-молибденовых катализаторов для гидроочистки нефтепродуктов от серы, основанный на зависимости интенсивности люминесценции от активности образцов /А.С. СССР №1640861, B01J 37/00, 23/28, G01N 21/64, 1999 г./. Способ включает измерение интенсивности полосы люминесценции в диапазоне 380-700 нм, возникающей при воздействии на катализатор ультрафиолетовых лучей в интервале длин волн лазера 240-360 нм и плотности мощности в диапазоне 10^-1-10⁷ Вт/м².

Недостатком известного способа является то, что он не может быть использован для определения активности алюмоплатиновых катализаторов риформинга и изомеризации бензиновых фракций, так как он предназначен для оценки активности катализаторов совершенно других процессов, а активность определяется в реакции гидрогенолиза тиофена.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего определить активность алюмоплатиновых и платиноцеолитных катализаторов и определить количество платины в катализаторе.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения активности катализаторов изомеризации бензиновых фракций измеряют интенсивность полос люминесценции, возникающей при воздействии на катализатор ультрафиолетового излучения лазера с длиной волны, равной 337 нм, и плотностью его мощности в диапазоне 10⁵-10⁹ Вт/м², интенсивность полос люминесценции измеряют в диапазоне 350-800 нм и по калибровочному графику, представляющему собой зависимость интенсивности люминесценции от активности катализаторов, определяют активность алюмоплатиновых катализаторов изомеризации бензиновых фракций.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ осуществляют на установке, показанной на фиг.1.

Установка содержит лазер ЛГИ-21-1, со светофильтром 2, образец 3, криостат 4, дифракционный монохроматор ДМР-2-5, устройство развертки 6, фотоэлектронный умножитель 7, усилитель 8 и самописец КСП-51-9, осциллограф 10, персональный компьютер 11.

В качестве источника возбуждения применяется азотный лазер 1, испускающий ультрафиолетовое излучение с λ = 337 нм и работающий в импульсном режиме (1.6 кВт, 10^-8 с). Исследуемый образец 3 помещается в криостат 4. Время измерения спектра люминесценции образца не превышает 20 минут. Возникающая при облучении люминесценция образцов регистрируется дифракционным монохроматором 5 с разрешением 0,5 нм и фотоэлектронным преобразователем 7, в качестве которого используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Электрический сигнал с ФЭУ поступает на электронный усилитель 8 и затем для визуальной регистрации на самописец 9 или персональный компьютер 11. В лаборатории разработана программа, позволяющая анализировать на компьютере сложные спектры люминесценции. Времена жизни центров люминесценции в диапазоне 10^-6÷10^-9 с регистрируются с помощью скоростного осциллографа 10, синхронизированного с лазером 1. Экспериментальная установка позволяет работать с образцами, охлажденными жидким азотом до 100 К, для этого в криостате 4 создается вакуум.

Определение каталитической активности с помощью предлагаемого способа осуществляется по калибровочному графику, представляющему зависимость интенсивности люминесценции от активности катализаторов, измеренной по Гост 2106-68 Ф5; ТУ 2177-297-05742746-96. Катализатор изомеризации легких бензиновых фракций СИ-1.

На фиг.2 приведены спектры люминесценции алюмоплатиновых образцов (таблица 1), в которых можно выделить полосы свечения с максимумами при 450 и 740 нм. Полоса люминесценции с λ=450 нм связана с излучением собственных дефектов решетки оксила алюминия, а излучение λ=740 нм обусловлено примесными ионами железа. Характеристика образцов платиновых катализаторов (содержание платины, активность) и наблюдаемая интенсивность люминесценции для этих образцов представлены в таблице 1.

Данные таблицы 1 свидетельствуют о зависимости интенсивности полос поглощения люминесценции (I) от каталитической активности алюмоплатиновых катализаторов (А) при лазерном ультрафиолетовом облучении.

Таблица 1
Зависимость интенсивности люминесценции (I) и активности (А) алюмоплатиновых катализаторов от содержания платины (%) в катализаторе
Образец	Содержание Pt, %	I отн. ед. λ=450 нм	I отн. ед. λ=740 нм	А, %
КИ-1	0.00	116	148	89.0
КИ-2	0.05	82	125	86.3
КИ-3	0.10	61	82	68.9
КИ-4	0.22	52.5	65	67.0
КИ-5	0.30	48	56	64.0
КИ-6	0.40	42	30	60

Оптимальная плотность мощности лазерного излучения, необходимая для успешной регистрации люминесценции образцов, находится в интервале 10⁵-10⁹ Вт/м², что обеспечивается блоком управления лазера. Площадь возбуждаемого участка катализатора с помощью лазера составляет 3 мм², при этом масса этого возбуждаемого участка с учетом плотности вещества составляет 10^-3-10^-4 г, т.е. метод относится и к микроаналитическим.

На фиг.3 представлена зависимость интенсивности люминесценции (в максимуме полосы) алюмоплатиновых катализаторов от активности, построенная по данным таблицы 1.

При измерении активности предлагаемым способом целесообразно измерять интенсивность люминесценции в максимуме полосы, а не измерять весь спектр свечения (фиг.4). Это сокращает время измерения интенсивности люминесценции до 10 секунд и соответственно ускоряет определение величины каталитической активности.

Вторая задача, которую решает данное изобретение, - это определение содержания платины в катализаторах. Как видно из представленной таблицы 1 и фиг.4, наблюдается симбатная зависимость между содержанием платины в катализаторе (определенной химическим анализом) и интенсивностью люминесценции для полос с λ=450 нм и λ=740 нм. Определение платины в катализаторе с помощью предлагаемого способа осуществляется по калибровочному графику, представляющему зависимость интенсивности люминесценции от содержания Pt в катализаторе, определенному другими методами анализа.

Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет определить активность алюмоплатиновых катализаторов, сократить время для определения каталитической активности алюмоплатиновых катализаторов, уменьшить массу анализируемого образца до 10^-3-10^-4 г и улучшить условия труда за счет исключения операций, связанных с выделением в процессе испытания газов крекинга.

Способ определения активности алюмоплатиновых катализаторов изомеризации бензиновых фракций, отличающийся тем, что измеряют интенсивность полос люминесценции, возникающей при воздействии на катализатор ультрафиолетового излучения лазера с длиной волны 337 нм и плотностью мощности в диапазоне 10⁵-10⁹ Вт/м², интенсивность полос люминесценции измеряют в диапазоне 350-800 нм и по калибровочному графику, представляющему собой зависимость интенсивности люминесценции от активности катализаторов, определяют активность алюмоплатиновых катализаторов изомеризации бензиновых фракций.