CN217248979U - 一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及催化剂再生系统领域，尤其涉及一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统，该系统包括：快速烧焦罐、低线速沉降器、下行式外取热器和灰分收集系统；快速烧焦罐下部设有主风进口、再生催化剂提升进口和再生催化剂出口，快速烧焦罐中部设有失活催化剂进口，快速烧焦罐中上部设有高温再生催化剂出口；低线速沉降器与快速烧焦罐连接；低线速沉降器的上部连接至灰分收集系统；下行式外取热器与快速烧焦罐连接。本实用新型再生系统适用于纤维素类生物质催化裂解过程有大量残碳产生的情况，不仅可以有效保证失活催化剂的再生温度和再生效果，并且可以高效分离再生催化剂和灰分颗粒。

Description

一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统

技术领域

本实用新型涉及催化剂再生系统领域，尤其涉及一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统。

背景技术

分子筛催化剂在生物质裂解制氢过程中具有很好的催化活性，它的应用使得催化反应过程反应条件缓和、原料转化率高、目标产物选择性高，虽然使用性能较好，但是，催化剂的快速失活也是制约纤维素类生物质制氢技术推广的主要问题之一。这种现象主要是由于在分子筛表面积微孔中积碳的生成导致的，积碳的主要危害在于覆盖活性位或者堵塞孔道，其生成速率受分子筛的孔结构、酸性及反应操作条件影响。通过积炭组分形成过程的分析，可以获得积炭形式的模型及限制分子筛催化剂积炭失活的一些方法和最佳化的再生条件，从失活催化剂上去除积炭需要高温燃烧处理，如操作过程设计不当，很容易导致分子筛骨架脱铝、坍塌及负载金属烧结等现象，影响催化剂再生使用。

催化剂再生系统是生物质裂解制氢系统的重要组成部分，它通过高温燃烧的方法去除积碳，为反应系统提供性能稳定的再生催化剂，维持催化反应稳定进行。

纤维素类生物质催化裂解制氢过程的失活催化剂会夹带大量残碳一起进入再生系统，与常规石油催化裂化过程失活催化剂不同的是，这一部分残碳会在燃烧后生成以钾、硅为主的无机金属残渣，催化剂再生过程不仅要燃烧除去表面积碳，这部分残碳也会同时燃烧，会导致催化剂再生过程放出大量热，催化剂再生后温度过高，不满足反应系统需求，因此需要稳定控制再生温度，及时取热。而且，残碳燃烧产物需要从再生系统中分离出来，以保证返回反应系统的再生催化剂不夹带这些金属残渣，影响催化反应效果。目前已有的催化剂再生系统，如烧焦罐、循环流化床等都无法同时解决再生和除灰的问题。解决现有分子筛催化剂再生技术导致催化剂结构破坏与催化性能下降以及灰分难分离的技术问题是本领域的研究难点。因此，亟需开发一种环保高效的专用于纤维素类生物质催化裂解制氢用分子筛催化剂的再生系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统。本实用新型的催化剂再生系统适用于纤维素类生物质催化裂解过程有大量残碳产生的特殊情况，与现有催化剂再生系统相比，不仅可以有效保证失活催化剂的再生温度和再生效果，并且可以高效分离再生催化剂和灰分颗粒。

本实用新型提供一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统，包括：快速烧焦罐1、低线速沉降器2、下行式外取热器5和灰分收集系统；所述快速烧焦罐1下部设有主风进口、再生催化剂提升进口和再生催化剂出口，所述快速烧焦罐1中部设有失活催化剂进口，所述快速烧焦罐1中上部设有高温再生催化剂出口；所述低线速沉降器2与所述快速烧焦罐1连接；所述低线速沉降器2的上部连接至所述灰分收集系统；所述下行式外取热器5与所述快速烧焦罐1连接。

本实用新型提供的环保高效再生系统成熟可靠，操作及检修方便，针对纤维素类生物质催化裂解制氢用分子筛催化剂的特殊再生过程，既可以保证失活催化剂高效除碳再生、残碳燃烧产物高效分离，还可以控制再生催化剂的温度，保障返回反应系统的催化剂满足催化反应要求。

作为优选，所述快速烧焦罐1为鼓泡式燃烧床反应器。

进一步优选，所述快速烧焦罐为高烧焦强度的鼓泡式燃烧床反应器。用语“高烧焦强度”是指烧焦强度为200～350kg/t·h。本实用新型中，采用上述鼓泡式燃烧床反应器能高效实现烧焦过程从而使得催化剂实现高速高效再生。

根据本实用新型提供的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，所述低线速沉降器2位于所述快速烧焦罐1上方，所述低线速沉降器2的高度为3～12m。

进一步优选，所述低线速沉降器2位于所述快速烧焦罐1上方，所述低线速沉降器2的高度为5～10m。

本实用新型中，采用以上沉降器设计方式能提高催化剂分离效果，降低催化剂跑损量以及实现催化剂和草木灰颗粒的高效分离。

作为优选，所述低线速沉降器2用于使少量再生后的催化剂颗粒被烟气带离过程中通过重力自然沉降分离返回快速烧焦罐1。

本实用新型中，所述低线速沉降器2为操作线速高于灰分颗粒夹带速度且低于催化剂颗粒夹带速度的容器，所述低线速沉降器2满足催化剂颗粒自然沉降分离高度要求，催化剂颗粒在低线速沉降器2沉降返回快速烧焦罐1，烟气夹带灰分颗粒从所述低线速沉降器2的上部排出至灰分收集系统。

根据本实用新型提供的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，所述灰分收集系统包括旋风分离器3和灰分收集器4，所述旋风分离器3和所述灰分收集器4连接。

根据本实用新型，高温烟气携带灰分颗粒及极少量催化剂颗粒从低线速沉降器2的上部离开至旋风分离器3，经分离净化后的烟气从旋风分离器3顶部排出，灰分及催化剂颗粒被收集在旋风分离器3下部的灰分收集器4中。

作为优选，所述下行式外取热器5用于交换再生催化剂的部分热量，换热介质与所述再生催化剂流向相反。

进一步优选，所述下行式外取热器5的上部连接于所述高温再生催化剂出口，所述下行式外取热器5的下部连接于所述快速烧焦罐1的所述再生催化剂提升进口。

根据本实用新型，所述下行式外取热器5用于取走再生催化剂部分热量，作为优选，所述下行式外取热器5用于再生后的高温催化剂降温到适合反应系统需求的温度指标，所述下行式外取热器5对过高温度的再生催化剂换热降温并满足反应系统需求，取热量可通过控制再生催化剂流量及换热介质流量灵活调节。

进一步优选，还包括催化剂循环管，所述下行式外取热器5的下部通过所述催化剂循环管与所述失活催化剂进口连接。

进一步优选，所述下行式外取热器5的下部设置换热介质进口，所述下行式外取热器5的上部设置换热介质出口。

作为优选，所述下行式外取热器5采用换热介质为锅炉除盐水。

本实用新型提供的所述纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂再生系统的再生方法包括：失活催化剂和残碳进入所述快速烧焦罐1中部，于所述快速烧焦罐1下部与主风混合燃烧，得到再生催化剂和烟气，所述再生催化剂在所述低线速沉降器2内与所述烟气分离，分离后的所述再生催化剂进入所述下行式外取热器5，经降温后进入所述快速烧焦罐1下部，再由所述快速烧焦罐1下部进入反应系统。所述失活催化剂和残碳由生物质裂解制芳烃反应系统提供。

进一步优选，由纤维素类生物质催化裂解制氢反应系统排出的失活催化剂与反应生成的残碳一并进入所述快速烧焦罐1中部，进行鼓泡式燃烧除碳。烟气携带部分再生催化剂向低线速沉降器2顶部流动，低线速沉降器2内控制一定线速，既满足这部分夹带的催化剂可以通过自身重力进行沉降，又满足堆积密度指标低于催化剂的灰分颗粒可以随烟气排出低线速沉降器2进入到灰分收集系统，由旋风分离的方式将含尘烟气的气固相进行高效分离。同时，在快速烧焦罐1上部，再生后的催化剂首先被引入到外置取热器降温，该取热器采用下行式设计，换热介质除盐水与催化剂流向相反，经取热后的催化剂返回到快速烧焦罐1下部，完成全部再生过程，满足反应系统对再生催化剂温度需求，再由快速烧焦罐1下部引出至反应系统。

进一步优选，由生物质裂解制芳烃反应系统而来的失活催化剂和残炭，经斜管输送至所述快速烧焦罐1下部与主风混合燃烧，失活催化剂夹带的残炭燃烧会导致再生温度过高，开启下行式外取热器5，取走多余热量，维持再生温度；如经取样发现再生催化剂含炭量不达标或残炭燃烧深度不足时，经催化剂循环管，使含炭量不达标的再生催化剂和不完全燃烧的残炭返回至快速烧焦罐1，并于快速烧焦罐1的下部与主风再次接触燃烧。本实用新型中，燃烧产物经气固相分离后，烟气离开再生系统；固相含再生催化剂及草木灰颗粒，二者分离后，草木灰单独收集，洁净的再生催化剂返回至反应系统循环使用。

本实用新型中，纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂再生系统主要工艺设备的操作条件为：快速烧焦罐1：操作温度600～1000℃；操作气速为2～6m/s；烧焦强度200～350kg/t·h；低线速沉降器2：顶部压力为0.3MPa(表压)；操作气速＜0.1m/s。进一步优选，快速烧焦罐1：操作温度850℃；操作气速为1.5m/s；烧焦强度300kg/t·h；低线速沉降器2：顶部压力为0.3MPa(表压)，操作气速0.08m/s。

本实用新型的有益效果至少在于：本实用新型分子筛催化剂的再生系统可保证高效的除碳再生过程，以及充分焚烧纤维素类生物质在催化裂解制氢过程中产生的大量残碳。再生催化剂随烟气跑出量极小，且不会因为高线速燃烧导致结构崩塌。下行式外取热器可以方便取走多余热量，保证再生催化剂可以满足反应系统的温度需求。再生催化剂和残碳燃烧产物灰分颗粒可以高效分离，不再返回反应系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中纤维素类生物质催化裂解制氢分子筛催化剂再生系统的示意图；

附图标记说明：

1-快速烧焦罐，2-低线速沉降器，3-旋风分离器，4-灰分收集器，5-下行式外取热器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

本实用新型实施例提供一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统，包括：快速烧焦罐1、低线速沉降器2、下行式外取热器5和灰分收集系统；所述快速烧焦罐1下部设有主风进口、再生催化剂提升进口和再生催化剂出口，所述快速烧焦罐1中部设有失活催化剂进口，所述快速烧焦罐1中上部设有高温再生催化剂出口；所述低线速沉降器2与所述快速烧焦罐1连接；所述低线速沉降器2的上部连接至所述灰分收集系统；所述下行式外取热器5与所述快速烧焦罐1连接。所述快速烧焦罐1为高烧焦强度的鼓泡式燃烧床反应器。所述低线速沉降器2位于所述快速烧焦罐1上方，所述低线速沉降器2的高度为3～12m。所述灰分收集系统包括旋风分离器3和灰分收集器4，所述旋风分离器3和所述灰分收集器4连接。所述下行式外取热器5用于交换再生催化剂的部分热量，换热介质与所述再生催化剂流向相反。所述下行式外取热器5的上部连接于所述高温再生催化剂出口，所述下行式外取热器5的下部连接于所述快速烧焦罐1的所述再生催化剂提升进口。所述下行式外取热器5的下部设置换热介质进口，所述下行式外取热器5的上部设置换热介质出口。所述下行式外取热器5采用换热介质为锅炉除盐水。

本实用新型实施例提供所述纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂再生系统的再生方法，包括：失活催化剂和残碳进入所述快速烧焦罐1中部，于所述快速烧焦罐1下部与主风混合燃烧，得到再生催化剂和烟气，所述再生催化剂在所述低线速沉降器2内与所述烟气分离，分离后的所述再生催化剂进入所述下行式外取热器5，经降温后进入所述快速烧焦罐1下部，再由所述快速烧焦罐1下部进入反应系统。优选的，由纤维素类生物质催化裂解制氢反应系统排出的失活催化剂与反应生成的残碳一并进入所述快速烧焦罐1中部，进行鼓泡式燃烧除碳。烟气携带部分再生催化剂向低线速沉降器2顶部流动，低线速沉降器2内控制一定线速，既满足这部分夹带的催化剂可以通过自身重力进行沉降，又满足堆积密度指标低于催化剂的灰分颗粒可以随烟气排出低线速沉降器2进入到灰分收集系统，由旋风分离的方式将含尘烟气的气固相进行高效分离。同时，在快速烧焦罐1上部，再生后的催化剂首先被引入到外置取热器降温，该取热器采用下行式设计，换热介质除盐水与催化剂流向相反，经取热后的催化剂返回到快速烧焦罐1下部，完成全部再生过程，满足反应系统对再生催化剂温度需求，再由快速烧焦罐1下部引出至反应系统。

本实用新型实施例提供所述纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂再生系统的再生方法，由生物质裂解制芳烃反应系统而来的失活催化剂和残炭，经斜管输送至所述快速烧焦罐1下部与主风混合燃烧，失活催化剂夹带的残炭燃烧会导致再生温度过高，开启下行式外取热器5，取走多余热量，维持再生温度；如经取样发现再生催化剂含炭量不达标或残炭燃烧深度不足时，经催化剂循环管，使含炭量不达标的再生催化剂和不完全燃烧的残炭返回至快速烧焦罐1，并于快速烧焦罐1的下部与主风再次接触燃烧。纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂再生系统主要工艺设备的操作条件为：快速烧焦罐1：操作温度600～1000℃；操作气速为2～6m/s；烧焦强度200～350kg/t·h；低线速沉降器2：顶部压力为0.3MPa(表压)；操作气速＜0.1m/s。进一步优选，最优化操作参数为：快速烧焦罐1：操作温度850℃；操作气速(线速)为1.5m/s；烧焦强度200～300kg/t·h；低线速沉降器2：顶部压力为0.3MPa(表压)，操作气速0.08m/s。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统。包括：快速烧焦罐1，低线速沉降器2，旋风分离器3，灰分收集器4，下行式外取热器5。所述快速烧焦罐1下部设有主风进口、再生催化剂提升进口和再生催化剂出口，所述快速烧焦罐1中部设有失活催化剂进口，所述快速烧焦罐1中上部设有高温再生催化剂出口；所述低线速沉降器2与所述快速烧焦罐1连接；所述低线速沉降器2的上部连接至所述灰分收集系统；所述下行式外取热器5与所述快速烧焦罐1连接。所述快速烧焦罐1为高烧焦强度的鼓泡式燃烧床反应器。所述低线速沉降器2位于所述快速烧焦罐1上方，所述低线速沉降器2的高度为7.5m。所述灰分收集系统包括旋风分离器3和灰分收集器4，所述旋风分离器3和所述灰分收集器4连接。所述下行式外取热器5用于交换再生催化剂的部分热量，换热介质与所述再生催化剂流向相反。所述下行式外取热器5的上部连接于所述高温再生催化剂出口，所述下行式外取热器5的下部连接于所述快速烧焦罐1的所述再生催化剂提升进口。所述下行式外取热器5的下部设置换热介质进口，所述下行式外取热器5的上部设置换热介质出口。所述下行式外取热器5采用换热介质为锅炉除盐水。

本实施例提供利用该再生系统进行失活催化剂再生过程的操作方法，具体如下：

由纤维素类生物质催化裂解制氢反应系统来的待生催化剂和残炭C1由快速烧焦罐1的中部进入，与来自于下部的主风L1(空气)混合燃烧，快速烧焦罐1的烧焦强度在300kg/t·h，操作温度为850℃，操作压力0.35MPa(表压)。

失活催化剂经燃烧除碳后再生，同时夹带的反应产物之一的残炭被烧成灰分颗粒，二者被烟气向上提升，由于重力作用，绝大多数的再生催化剂在低线速沉降器2的底部即被分离，少量颗粒与灰分颗粒一同被烟气带入到低线速沉降器2内，低线速沉降器2顶部压力为0.3MPa(表压)，低线速沉降器2内操作线速为0.1m/s，该数值低于催化剂夹带速度，但高于灰分颗粒夹带速度，故部分夹带至此的催化剂颗粒再一次在重力作用下向下沉降，烟气与灰分颗粒物流G1经由低线速沉降器2的顶部排出至旋风分离器3，灰分颗粒在离心力作用下与烟气分离，烟气G2由旋风分离器3顶部排出至后系统，灰分颗粒排出至灰分收集器4。

经烧焦后再生的催化剂温度850℃，不满足反应系统对循环催化剂的温度要求，需要通过换热降低温度，故经过烧焦后再生的催化剂C2首先进入下行式外取热器5，与除盐水W1进行换热降低温度至650-700℃，生成蒸汽W2，降温后的催化剂C3经由提升风L2(空气)提升送至快速烧焦罐1的下部，经烧炭再生并取热后的催化剂C4由快速烧焦罐1下部输送至反应系统。如经取样发现再生催化剂含炭量不达标或残炭燃烧深度不足时，经催化剂循环管，使含炭量不达标的再生催化剂和不完全燃烧的残炭返回至快速烧焦罐1下部与主风再次接触燃烧。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种纤维素类生物质催化裂解制氢用催化剂的再生系统，其特征在于，包括：快速烧焦罐(1)、低线速沉降器(2)、下行式外取热器(5)和灰分收集系统；所述快速烧焦罐(1)下部设有主风进口、再生催化剂提升进口和再生催化剂出口，所述快速烧焦罐(1)中部设有失活催化剂进口，所述快速烧焦罐(1)中上部设有高温再生催化剂出口；所述低线速沉降器(2)与所述快速烧焦罐(1)连接；所述低线速沉降器(2)的上部连接至所述灰分收集系统；所述下行式外取热器(5)与所述快速烧焦罐(1)连接。

2.根据权利要求1所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述快速烧焦罐(1)为鼓泡式燃烧床反应器。

3.根据权利要求2所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述低线速沉降器(2)位于所述快速烧焦罐(1)上方，所述低线速沉降器(2)的高度为3～12m。

4.根据权利要求3所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述低线速沉降器(2)位于所述快速烧焦罐(1)上方，所述低线速沉降器(2)的高度为5～10m。

5.根据权利要求1-4任一项所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述灰分收集系统包括旋风分离器(3)和灰分收集器(4)，所述旋风分离器(3)和所述灰分收集器(4)连接。

6.根据权利要求1所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述下行式外取热器(5)用于交换再生催化剂的部分热量，换热介质与所述再生催化剂流向相反。

7.根据权利要求6所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述下行式外取热器(5)的上部连接于所述高温再生催化剂出口，所述下行式外取热器(5)的下部连接于所述快速烧焦罐(1)的所述再生催化剂提升进口。

8.根据权利要求6或7所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述下行式外取热器(5)的下部设置换热介质进口，所述下行式外取热器(5)的上部设置换热介质出口。

9.根据权利要求8所述的纤维素类生物质催化裂解制氢催化剂的再生系统，其特征在于，所述下行式外取热器(5)采用的换热介质为锅炉除盐水。

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