CN109759149B - 一种失活催化剂快速还原的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种失活催化剂快速还原的装置，属于新能源研究领域，装置中控制模块与NTP及电离发生器之间并联设置有智能脉冲冲击机和配气系统，且智能脉冲冲击机与NTP及电离发生器之间还设置有调压器；将失活的催化剂颗粒置于催化剂还原单元中，将纯氧通入装置中，开启电压控制装置，对复合高压电极的正负电极加以电压，生成活性气体，同时对位于电场中的失活催化剂进行电离击穿内部孔洞中的含碳物质，活性气体温度在80℃以上，活性气体在上方富集，将上方失活催化剂进行还原。步进电机旋转，实时更改催化腔的反应位置，降低因催化剂堆积而造成的反应不完全，提高NTP气体的还原作用。本发明装置可连续再生、不存在二次污染，且反应迅速彻底有效。

Description

一种失活催化剂快速还原的装置

技术领域

本发明属于新能源研究领域，尤其涉及到一种失活催化剂快速还原的装置，用于生物油裂解催化剂的再生装置。

背景技术

随着世界经济的持续发展，大量化石能源被不断消耗，导致了能源的日益枯竭以及环境污染的日趋严重。丰富的生物质资源在能量利用过程中具有CO₂净排放为零，SO、NO排放量少的优点。生物质热解获得生物油的技术自上世纪80年代提出以来，得到迅速发展。然而，由于生物原油与碳氢燃料的物理化学性质差别很大，它的高含水量、高含氧量、高黏度、低热值等性质大大阻碍了其燃料的广泛使用，因此必须对其进行改性精制，以提高生物油的品质。目前，精制改性方法主要有催化裂解、催化加氢、催化酯化和添加溶剂等方法，其中，催化裂解精制方法是中温、常压和在催化剂作用下，通过催化裂解反应将生物原油中的大分子含氧组分裂解成小分子烃类的精制方法。裂解反应安全性高，反应条件温和，受到国内外学者的广泛关注。

传统沸石分子筛HZSM-5表现出较好的催化裂解性能。但催化裂解精制过程中生物油中含有的未裂解完全的大分子会在小孔分子筛催化剂的表面和内孔凝结，形成焦炭，导致催化剂易结焦失活，催化使用寿命较短因此,如何实现催化剂高效快速再生成为一个亟待解决的研究课题。

一种采用空气高温焙烧的方式再生HZSM-5催化剂的方法。该方法的主要缺点为:将结焦催化剂在空气气氛中于600℃灼烧12h，再生温度较高，再生耗时较长，且再生后的催化性能显著降低，长时间高温焙烧会造成催化剂部分永久性失活；Vitolo等同样提出采用高温焙烧再生HZSM-5催化剂的方法该方法的主要缺点为:500℃的焙烧温度不足以除去HZSM-5表面的所有焦炭，高于500℃的焙烧温度虽能有效除去焦炭，但易造成催化剂表面酸性位点失活，并且催化活性随再生次数的增加而明显降低。

一种新的基于NTP技术的生物油裂解催化剂再生装置及再生方法。该方法主要解决了高温焙烧下催化剂表面酸性位点失活的缺点，但是没有得到完全恢复。该方法的主要缺点为：使用NTP再生催化剂时，需要通入大量的NTP活性气体。催化剂微孔孔径很小，活性气体难以深入催化剂内部。相比于高温焙烧法，再生时长缩小，但是未能到达理想的短时有效再生。而且臭氧的利用率不高，再生时间长等缺点。

因此，克服催化剂再生过程中存在的再生时间长、再生效率低的缺陷和不足，就成为本发明需要解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种失活催化剂快速还原的装置，将NTP技术和电离技术相结合，可以在NTP高效还原的基础上，进一步提高再生效率以及再生的深入程度，有效延长催化剂的使用寿命，降低再生时间，提高臭氧的利用效率。

为实现上述目标，本发明采用了以下技术方案得以实现的：

一种失活催化剂快速还原的装置，包括控制模块、配气系统、智能脉冲冲击机、调压器和NTP及电离发生器；

所述控制模块与NTP及电离发生器之间并联设置有智能脉冲冲击机和配气系统，且智能脉冲冲击机与NTP及电离发生器之间还设置有调压器；

所述控制模块用来控制所述配气系统的气体流速；所述配气系统用来向NTP及电离发生器供给气体；所述控制模块用来控制所述智能脉冲冲击机的输出脉冲电流；所述智能脉冲冲击机用来控制调压器的输入电流的频率；所述调压器用来调节NTP及电离发生器的放电电压。

进一步的，所述NTP及电离发生器包括壳体和复合高压电极；所述壳体上开设有内部催化腔，内部催化腔的腔壁上设置有石英介质，内部催化腔内设置有复合高压电极；所述壳体上还设置有催化剂还原单元和接地电极；所述高压复合电极上还开设有高压复合电极进气口和高压复合电极出气孔；高压复合电极接入端接所述调压器；高压复合电极进气口接配气系统。

进一步的，所述壳体上安装有圆筒形支架，圆筒形支架以步进电机作为动力源可带动壳体旋转。

进一步的，所述壳体上还开设有出气口，出气口将从高压复合电极出气孔中流出的气体再流入气体分析仪。

进一步的，所述内部催化腔设置在壳体的中心位置。

进一步的，所述圆筒形支架的一端设置在内部催化腔内，另一端置于壳体外侧。

进一步的，所述壳体上还开设有孔洞，所述空洞内安装有壳体外侧泄压阀。

进一步的，所述高压复合电极接入端设置在复合高压电极端盖上，所述复合高压电极端盖设置在复合高压电极上，复合高压电极延伸出壳体的部分设置有动密封圈。

进一步的，所述催化剂还原单元以内部催化腔为中心对称设置在壳体上。

本发明通过将NTP与电离技术相结合，先通过电离击穿催化剂内部介孔积碳后，进行NTP活性气体进行碳去除，进行失活催化剂的再生，有效提高催化剂还原效率以及还原的深入程度，进一步提高催化剂的使用寿命，降低再生时间，提高臭氧的利用效率。

附图说明

图1本发明涉及到的电离及NTP技术协同快速还原失活催化剂系统图；

图2为图1中涉及到的NTP及电离发生器结构示意图。

附图标记说明：

101：控制模块，102：配气系统，103：智能脉冲冲击机，104：调压器，105：NTP及电离发生器，106：气体分析仪，201：复合高压电极接入端，202：接地电极，203：石英介质，204：壳体，205：复合高压电极出气孔，206：壳体外侧泄压阀，207：出气口，208：内部催化腔，209：催化剂还原单元，210：动密封圈，211：复合高压电极端盖，213：圆筒形支架，214：孔洞。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种失活催化剂快速还原的装置，包括控制模块101、配气系统102、智能脉冲冲击机103、调压器104和NTP及电离发生器105；所述控制模块101与NTP及电离发生器105之间并联设置有智能脉冲冲击机103和配气系统102，且智能脉冲冲击机103与NTP及电离发生器105之间还设置有调压器104；所述控制模块101用来控制所述配气系统102的气体流速；所述配气系统102用来向NTP及电离发生器105供给气体；所述控制模块101用来控制所述智能脉冲冲击机103的输出脉冲电流；所述智能脉冲冲击机103用来控制调压器104的输入电流的频率；所述调压器104用来调节NTP及电离发生器105的放电电压。通过将NTP与电离技术相结合，先通过电离击穿催化剂内部介孔积碳后，进行NTP活性气体进行碳去除，实现失活催化剂的再生，有效提高催化剂还原效率以及还原的深入程度，进一步提高催化剂的使用寿命，降低再生时间，提高臭氧的利用效率。

其中，所述NTP及电离发生器105包括壳体204和复合高压电极；所述壳体204上开设有内部催化腔208，内部催化腔208的腔壁上设置有石英介质203，内部催化腔208内设置有复合高压电极；所述壳体204上还设置有催化剂还原单元209和接地电极202；所述高压复合电极上还开设有高压复合电极进气口和高压复合电极出气孔205；高压复合电极接入端201接所述调压器104；高压复合电极进气口接配气系统102。

所述壳体204上安装有圆筒形支架213，圆筒形支架213以步进电机107作为动力源可带动壳体204旋转。通过步进电机带动圆弧形支架从而带动壳体旋转可以实现壳体内上下设置的催化剂单元都能被充分的还原，提高了还原效率。壳体上设置的壳体外侧泄压阀，当达到极限气压后，打开壳体外侧泄压阀进行排气；可旋转的圆筒形支架缓慢旋转，不停更换网罩的位置，确保上方网罩位置不停更换，所有网罩一直处于电场中进行电离；在NTP活性气体下，对失活催化剂进行快速还原。旋转处于还原过程中的圆筒，催化剂充分置于NTP气体中，最终达到完全还原。

所述壳体204上还开设有出气口207，出气口207将从高压复合电极出气孔205中流出的气体再流入气体分析仪106，通过气体分析仪实时监测排气中碳氧化物的含量。

所述内部催化腔208设置在壳体204的中心位置。

所述圆筒形支架213的一端设置在内部催化腔208内，另一端置于壳体204外侧。

所述壳体204上还开设有孔洞214，所述空洞214内安装有壳体外侧泄压阀206，壳体外侧泄压阀用来降低壳体内部压强。

所述高压复合电极接入端201设置在复合高压电极端盖211上，所述复合高压电极端盖211设置在复合高压电极上，复合高压电极延伸出壳体204的部分设置有动密封圈210。

所述催化剂还原单元209以内部催化腔208为中心对称设置在壳体204上。

结合附图1所示，一种失活催化剂快速还原装置，包括控制模块101，配气系统102、智能脉冲冲击机103、调压器104、NTP及电离发生器105和气体分析仪106；所述控制模块101与配气系统相连，用来控制所述配气系统102的气体流速；所述控制模块101与智能脉冲冲击机103相连，用来控制所述智能脉冲冲击机103的输出脉冲电流；所述配气系统102与NTP及电离发生器105相连，用来向NTP及电离发生器105供给气体；所述智能脉冲冲击机103与调压器104相连，用来控制调压器104的输入电流的频率；所述调压器104与NTP及电离发生器105相连，用来调节NTP及电离发生器105的放电电压。

结合附图2所示，NTP及电离发生器105包括复合高压电极，接地电极202，石英介质203，壳体204，复合高压电极出气孔205，壳体外侧泄压阀206，出气口207，内部催化腔208，催化剂还原单元209，动密封圈210；

复合高压电极，接地电极202，石英介质203，进行放电，对壳体204中的催化剂进行电离，击穿催化剂的堵塞微孔，进行催化剂再生中的电离过程。

所述复合高压电极和接地电极202及石英介质203工作时，产生NTP活性气体，将壳体204的催化剂进行催化还原，因为NTP气体温度高于室温，因此在装置上部富集，因此步进电机107进行定时旋转，进行催化剂再生中的NTP还原过程。

所述出气口207与气体分析仪106连接，气体分析仪106用来对所述NTP及电离发生器105的排气进行碳氧化物进行实时检测。

当内部压强达到一定程度时，壳体外侧泄压阀206自动打开，与出气口207共同排气，迅速降低内部的压强。动密封圈210，保持装置整体的气密性良好。控制出气口207的出气流量，内部气压升高，加强动密封圈210的密封效果；所述的出气口207流量加以流量计215进行控制。

还原过程如下：

将180g结焦失活的HZSM-5分子筛催化剂装入催化剂还原单元209中，催化剂颗粒粒径为1～3mm，由天津南化催化剂有限公司提供；以催化剂使用之前的质量为基准，失活催化剂的焦炭含量为1％～30％。在控制模块101的作用下，由智能脉冲冲击机103调节放电频率至8～12kHz，由调压器104调节放电电压至12～21kV，由配气系统102向NTP发生器105供给所需的空气、氧气或其它比例的混合气，气体流量控制为4～6L/min；NTP及电离发生器105工作产生大量高能活性物质及产生强电场，NTP发生器的放电工况通过示波器显示的Lissajous图形进行实时监测，以确保放电稳定可靠；生成大量的活性气体，同时对位于电场中的失活催化剂进行电离击穿内部孔洞中的含碳物质，活性气体温度在100℃左右，富集在上方活性气体将上方网罩中的失活催化剂进行还原，尾部加以气压阀，达到极限气压打开阀门进行排气；可旋转的圆筒缓慢旋转，不停更换网罩的位置，确保上方网罩不停更换，整体网罩一直处于电场中进行电离；在NTP活性气体下，催化剂中的含碳化合物进行还原反应。于100～300℃条件下活化再生催化剂，气体分析仪106实时监测排气中碳氧化物的含量，当碳氧化物含量较低，且在15分钟内不再发生变化时，结焦催化剂的再生反应完成，得到完全再生的HZSM-5分子筛催化剂，对完全再生的催化剂进行称重，焦炭含量应小于等于0.1％。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，包括控制模块（101）、配气系统（102）、智能脉冲冲击机（103）、调压器（104）和NTP 及电离发生器（105）；

所述控制模块（101）与NTP 及电离发生器（105）之间并联设置有智能脉冲冲击机（103）和配气系统（102），且智能脉冲冲击机（103）与NTP 及电离发生器（105）之间还设置有调压器（104）；

所述控制模块（101）用来控制所述配气系统（102）的气体流速；所述配气系统（102）用来向NTP及电离发生器（105）供给气体；所述控制模块（101）用来控制所述智能脉冲冲击机（103）的输出脉冲电流；所述智能脉冲冲击机（103）用来控制调压器（104）的输入电流的频率；所述调压器（104）用来调节NTP及电离发生器（105）的放电电压；

所述NTP 及电离发生器（105）包括壳体（204）和复合高压电极；所述壳体（204）上开设有内部催化腔（208），内部催化腔（208）的腔壁上设置有石英介质（203），内部催化腔（208）内设置有复合高压电极；所述壳体（204）上还设置有催化剂还原单元（209）和接地电极（202）；所述复合高压电极上开设有复合高压电极进气口和复合高压电极出气孔（205）；复合高压电极接入端（201）接所述调压器（104）；复合高压电极进气口接配气系统（102）；

所述壳体（204）上安装有圆筒形支架（213），圆筒形支架（213）以步进电机（107）作为动力源可带动壳体（204）旋转。

2.根据权利要求1所述的失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，所述壳体（204）上还开设有出气口（207），出气口（207）将从复合高压电极出气孔（205）中流出的气体再流入气体分析仪（106）。

3.根据权利要求1所述的失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，所述内部催化腔（208）设置在壳体（204）的上方中心位置。

4.根据权利要求3所述的失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，所述圆筒形支架（213）的一端设置在内部催化腔（208）内，另一端置于壳体（204）外侧。

5.根据权利要求1所述的失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，所述壳体（204）上还开设有孔洞（214），所述孔洞（214）内安装有壳体外侧泄压阀（206）。

6.根据权利要求1所述的失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，所述复合高压电极接入端（201）设置在复合高压电极端盖（211）上，所述复合高压电极端盖（211）设置在复合高压电极上，复合高压电极延伸出壳体（204）的部分设置有动密封圈（210）。

7.根据权利要求3所述的失活催化剂快速还原的装置，其特征在于，所述催化剂还原单元（209）以内部催化腔（208）为中心对称设置在壳体（204）上。

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