一种分子筛催化剂的再生系统的制作方法

本实用新型涉及催化剂活化领域，具体涉及一种应用于生物质裂解制芳烃中的失活的分子筛催化剂的再生系统。

背景技术：

烃类在反应过程中由于缩合、氢转移的结果会生成高度聚合的产物-焦炭，沉降在催化剂表面、堵塞其孔道，使其活性、选择性下降。为了使催化剂能继续使用，在工业装置中采用再生的方法烧去所沉积的焦炭，以便使其活性及选择性得意恢复。

失活催化剂的再生温度越高烧焦速度越快，但温度也不能过高，否则催化剂的载体或活性组分由于温度增加会出现半熔、烧结、晶粒扩大、晶体结构破坏以及活性组分丧失等情况造成活性逐步衰退，导致催化剂发生固态变换，固态变换是不可逆过程，催化剂会永久失活。烧结和晶体结构被破坏是固态变换的两个主要问题，他们导致催化剂的比表面积减少，孔隙度减少以及活性中心的数目减少，通常用载体和晶体结构所能承受的温度上限来表示催化剂抗固态变换的稳定指标。

再生系统是裂解反应系统的重要组成部分，其烧焦能力决定了反应系统的处理能力。

从生物质裂解制芳烃系统来的待生催化剂由于夹带了大量的残炭颗粒，其再生系统和运行方法与常规裂化催化剂的再生处理技术不同，常规失活催化剂再生过程烧掉的炭包括催化炭、附加炭和可汽提炭，而生物质裂解制芳烃催化剂再生过程不仅要烧掉前述三种炭，还有大量的生物质残炭需要燃烧，这部分炭的燃烧过程会放出大量热，且随待生催化剂进入再生系统的量不稳定，会导致再生温度急剧升高并不断变化，这就需要稳定控制再生温度，既保证催化剂再生效果又要保护催化剂不因烧塌结构而发生永久性失活，而且关键是要在烧焦完成之后高效分离再生催化剂和残炭的燃烧产物-草木灰，使再生催化剂洁净的返归至反应系统。

因此，需要设计一种新型再生系统以实现生物质裂解制芳烃催化剂的再生过程。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种分子筛催化剂的再生系统，以解决现有技术中提到的不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种分子筛催化剂的再生系统，所述再生系统包括燃烧室、密相烧焦室、稀相分离室和旋风分离器；

所述燃烧室上设有用于添加燃料的燃料进口、用于给风的风进口和用于输送带有热量的主风的主风出口；

所述密相烧焦室的下端设有主风进口和用于加入待生催化剂的原料进口，所述密相烧焦室的主风进口与所述燃烧室的主风出口连接；所述密相烧焦室的顶部出口上方连接有伞帽式分离器，所述伞帽式分离器为向密相烧焦室所在方向开口的半球面；

所述稀相分离室的底端与所述密相烧焦室的上端连接；所述稀相分离室根据被分离产物的重力不同而将重力较大的再生催化剂颗粒与重力较小的草木灰颗粒和烟气进行分离；

所述旋风分离器包括第一级旋风分离器和第二级旋风分离器，所述第一级旋风分离器与所述稀相分离室的顶部连通，所述第一级旋风分离器与第二级旋风分离器连接；根据重力不同，再生催化剂颗粒在第一级旋风分离器中进行沉降，草木灰颗粒在第二级旋风分离器中进行沉降，净化后的烟气从第二级旋风分离器上的烟气出口排出。

进一步地，所述再生系统的外部连接有用于取出多余热量的取热器，所述取热器内设置有取热介质除盐水。

进一步地，所述取热器的一端与设置于所述稀相分离室下端的第二催化剂出口连接，所述取热器的另一端与设置于所述密相烧焦室下端的催化剂进口连接；则沉降在所述稀相分离室内、带有大量热量的催化剂进入取热器中与水进行热交换，发生中压蒸汽，热催化剂的温度降低，然后催化剂再从取热器中通过催化剂进口返回密相烧焦室中进行吸热使密相烧焦室的温度降低。

进一步地，所述再生分离系统的外侧设有连通稀相分离室与密相烧焦室的循环管，所述循环管的一端与所述密相烧焦室的下端连接，所述循环管的另一端与所述稀相分离室下端连接，以使所述稀相分离室分离得到的未完全活化的催化剂通过所述循环管进入所述密相烧焦室内进行再次深度活化。

进一步地，所述密相烧焦室的顶端设有延伸至所述稀相分离室内的提升管末端部，所述提升管末端部的出口端的上方设有伞帽式分离器，待生催化剂在密相烧焦室中的燃烧产物通过伞帽式分离器与所述提升管末端部之间的空隙进入所述稀相分离室。

进一步地，所述提升管末端部的出口端的直径小于伞帽式分离器的直径，方便待生催化剂燃烧产物经伞帽式分离器进入所述稀相分离室。

进一步地，所述稀相分离室的直径大于所述密相烧焦室的直径。

进一步地，所述稀相分离室的下端设有能够将沉降于所述稀相分离室底部的再生催化剂颗粒排出的第一催化剂出口和能够向该稀相分离室内输入空气的第一空气通入口。

所述第一级旋风分离器的下端设有能够向该第一级旋风分离器内输入空气的第二空气通入口。

进一步地，所述第一级旋风分离器的底部设有催化剂粉末收集室；所述第二级旋风分离器的底部设有草木灰收集室。

进一步地，所述风进口包括一次风进口和二次风进口，两个风进口构成了双风道，该双风道可同时为燃烧室通风。

进一步地，所述伞帽式分离器通过至少两根支撑杆固定连接密相烧焦室上端的提升管末端部上。

本实用新型至少具有以下有益效果：

①本实用新型提供了一种分子筛催化剂的再生系统，该分子筛催化剂主要应用于生物质裂解制芳烃的过程，该再生系统能够彻底活化失活的分子筛催化剂，并能够极其巧妙的将催化剂与草木灰进行分离，分离效果好效率高，分离率在99％以上，且降低催化剂的跑损量，还可以适应因反应系统的不同处理量导致待生催化剂不同的残炭携带量和生焦量；而且该系统和方法操作简单、方便。

②外取热器用于取走催化剂再生过程中多余的热量，避免因超温导致催化剂发生永久性失活。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所述的再生系统的结构示意图；

图2为图1中虚框内结构的示意图。

图中，1、燃烧室，2、密相烧焦室，3、循环管，4、取热器，5、伞帽式分离器，6、稀相分离室，7、第一级旋风分离器，8、第二级旋风分离器，9、催化剂粉末收集室，10、草木灰收集室，11、一次风进口，12、二次风进口，13、燃料进口，14、主风出口，21、原料进口，22、主风进口，23、提升管末端部，31、催化剂流量控制阀，51、支撑杆，61、烟气出口，62、第一空气通入口，63、第一催化剂出口，71、第一入口，72、第一出口，81、第二入口，82、第二出口，91、第二空气通入口。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通方法人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1～2所示，一种应用于生物质裂解制芳烃中的失活的分子筛催化剂的再生系统，所述再生系统包括燃烧室1、密相烧焦室2、稀相分离室6和旋风分离器；

燃烧室1上设有用于添加燃料的燃料进口13、用于给燃烧室1输送风的风进口和用于向密相烧焦室2输送热流的主风出口14；此处的热流也可称为热风或热空气，是通过燃烧室1加热后的风流。风进口包括一次风进口11和二次风进口12，即燃烧室1为双风道燃烧室，燃烧室1在再生系统开工时用于加热主风，将整个再生系统升温至操作温度；燃烧室1仅在再生系统开工提供烧焦所需热量，当再生系统稳定运行、热量提供完成后其仅仅作为主风通道使用。

密相烧焦室2的下端设有主风进口22和用于加入待生催化剂的原料进口21，此处的待生催化剂为：生物质在催化剂作用下裂解制芳烃的反应中失活的催化剂，在该失活的催化剂中含有残碳等。所述密相烧焦室2的主风进口22与所述燃烧室1的主风出口14连接，则燃烧室1的热量可以进入密相烧焦室2来活化失活的催化剂。所述密相烧焦室2的顶端设有提升管末端部23。

稀相分离室6的底端与所述密相烧焦室2的上端连接；稀相分离室6的底端设有第一催化剂出口63，稀相分离室6的顶端设有与旋风分离器连接的烟气出口61；

所述提升管末端部23的出口端的上方设有伞帽式分离器5，则待生催化剂在密相烧焦室2的燃烧产物经伞帽式分离器5便可进入所述稀相分离室6。具体地，密相烧焦室的上端设有提升管末端部23，所述提升管末端部23的直径变小，即提升管末端部23的直径由下至上依次减少。所述提升管末端部23的出口端的上方设有伞帽式分离器5，即该伞帽式分离器5与提升管末端部23的出口端之间设有一段距离，且提升管末端部23的出口端(即密相烧焦室最顶端出口)的直径小于伞帽式分离器5的直径。方便待生催化剂燃烧产物经伞帽式分离器5便可进入所述稀相分离室6；所述伞帽式分离器5为向密相烧焦室2所在方向开口(即向下开口)的半球面，即半球面开口处直径最大。

稀相分离室6的直径大于所述密相烧焦室2的直径，则在待生催化剂活化后形成的催化剂固体颗粒等物质随烟气一起上升遇到伞帽式分离器5阻隔后，可在伞帽式分离器5处发生反射从而掉落至稀相分离室6的底端，则分离后的催化剂可通过第一催化剂出口63排出。

在稀相分离室6中，烟气上升，烟气中附带的催化剂颗粒和草木灰颗粒(即残碳经燃烧形成草木灰)等由于重力不同而分离，即重力较大的催化剂颗粒在上升过程中绝大多数均会沉落至稀相分离室6中，而少量的催化剂颗粒和草木灰颗粒随着烟气从稀相分离室6的烟气出口61排至旋风分离器中。所述稀相分离室6的下端设有第一催化剂出口63，当催化剂被活化完全且与草木灰颗粒分离后，便可将再生的催化剂从第一催化剂出口63取出进行使用，即可进行催化生物质制芳烃。

旋风分离器包括第一级旋风分离器7和第二级旋风分离器8，所述第一级旋风分离器7的上端设有第一入口71和第一出口72，所述第二级旋风分离器8的上端设有第二入口81和第二出口82。所述第一级旋风分离器7的第一入口71与所述稀相分离室6顶部的烟气出口61连接，此处连接可为直接连接或通过连通管连接均可；所述第一级旋风分离器7的第一出口72与第二级旋风分离器8的第二入口81连接，所述第二级旋风分离器8上的第二出口82用于排净化后的烟气。所述第一级旋风分离器7的底部设有催化剂粉末收集室9；所述第二级旋风分离器8的底部设有草木灰收集室10。

烟气、少量催化剂颗粒及草木灰颗粒从稀相分离室6的烟气出口61排出再从第一级旋风分离器7的第一入口71进入第一级旋风分离器7，催化剂颗粒在第一级旋风分离器7中进行沉降，沉降后落入催化剂粉末收集室9进行回收；较轻的草木灰颗粒随烟气进入第二级旋风分离器8，草木灰颗粒在第二级旋风分离器8中逐渐进行沉降，沉降后的草木灰颗粒落入或进入草木灰收集室10，而所得到的净化的烟气从第二级旋风分离器8的第二出口82排出。

密相烧焦室2的外壁上连接有取热器4；所述取热器4内设置有取热介质除盐水；当密相烧焦室2内的烧焦放热量超过催化剂承受限时取出多余热量。所述再生系统上还设有用于与所述取热器4的出口端连接的催化剂进口(取热后催化剂进口)和用于与所述取热器4的进口端连接的第二催化剂出口，所述催化剂进口设置于所述密相烧焦室2的下端，所述第二催化剂出口设置于所述稀相分离室6的下端。

当系统温度太高时，将带有大量热量的在稀相分离室6中沉降的催化剂从第二催化剂出口取出并进入取热器4中，与取热器4中的水进行热交换，水变成水蒸气排出，催化剂的温度降低，然后催化剂再从取热器4中通过催化剂进口进入密相烧焦室2中，这些降温后的催化剂可吸取密相烧焦室2中的大量热量使其温度降低。该外置式的取热器4的主要功能就是用于取走再生过程中多余的热量，维持再生温度，其取热介质除盐水中的水优选使用生物质裂解制芳烃反应系统中所生成的水，水是产物之一，该水经除盐软化处理得到，不使用新鲜水，使再生系统节能减排。

再生分离系统的外侧设有连通稀相分离室6与密相烧焦室2的循环管3，所述循环管3的一端与设置于所述密相烧焦室2下端的循环管3进口连接，所述循环管3的另一端与设置于所述稀相分离室6下端的循环管3的出口连接，以使所述稀相分离室6分离得到的未完全活化的催化剂通过所述循环管3进入所述密相烧焦室2内进行再次深度活化；所述循环管3上设有催化剂流量控制阀31。即该循环管3可以控制反应深度，保证催化剂再生效果及残炭的燃烧深度，当被提升至稀相分离室6中的催化剂经检测发现没有活化完全时，可打开流量控制阀使沉积在稀相分离室6底部的催化剂通过循环管3再次进入密相烧焦室2进行燃烧深度活化。

如图2所示，循环管3与垂直方向的夹角α不大于45度，即附图2中循环管中的斜管段与垂直方向夹角均不大于45度。这样更利于催化剂进入密相烧焦室2。

作为进一步优选的实施方式，如图1所示，所述伞帽式分离器5通过至少两根支撑杆51固定连接于密相烧焦室2上。

作为进一步优选的实施方式，稀相分离室6的下端设有第一空气通入口62，在分离过程中可同时向稀相分离室6通入少量空气。在第一级旋风分离器7的底端也设有第二空气通入口91，在分离过程中可同时向第一级旋风分离器7通入少量空气。上述通入少量空气的目的均为将夹带下来的草木灰颗粒吹起来使其进入下一级分离器进行分离，由于草木灰颗粒和催化剂颗粒的密度不一样，差3倍以上，所以可以用一定风速进行分离。

作为进一步优选的实施方式，稀相分离室6与密相烧焦室2的连接处为一个斜面，这样更利于再生催化剂的收集和再次深度活化等工作。

本实施例中的原料进口21等均为斜管，具体参见图1。

实施例2

实施例1中的取热器4也可以为其他形式的，只要能够使体系温度降低便可，如，密相烧焦室2为双层壁，取热器4内的水在取热器4和双层壁之间循环带走热量，达到降温的作用。

但不管什么取热器均在本实用新型的保护范围内。

实施例3

生物质裂解制芳烃的反应：反应物在分子筛催化剂的作用下得到反应产物，该反应产物包括目标物质芳烃、水和残炭等，而残炭一般会附着在分子筛催化剂上，分子筛催化剂在参加完反应以后由于其表面和孔道沉积有残炭或焦炭类物质，导致催化剂的活性下降或失活。

目标物质芳烃主要为是苯，甲苯，二甲苯和萘等，如果需要，后期可进行进一步分离。

分子筛催化剂可以为H-Y、HZSM-5、Hmordenite、硅和硅-铝等分子筛催化剂。

实施例4

采用实施例1中的再生系统活化分子筛催化剂的方法如下：

将燃料S2从燃料进口13放置于燃烧室1内，同时从一次风进口11向燃烧室1通入一次风S1和从二次风进口12向燃烧室1通入二次风S3，燃烧室1将整个再生系统的温度提升到初始操作温度650℃。

由生物质裂解制芳烃反应系统来的由失活的分子筛催化剂和残炭组成的待生催化剂体系S4经斜管状的原料进口21输送至密相烧焦室2的下部。

燃烧室1将加热后的主风(即热流或热风)从主风出口14输出并通过主风进口22进入密相烧焦室2；则待生催化剂体系S4与来自于燃烧室1的主风混合燃烧，密相烧焦室2的烧焦强度350kg/t·h，失活的催化剂得到再生，同时残炭被烧成草木灰。

再生后的催化剂颗粒和草木灰颗粒被烟气提升至密相烧焦室2的提升管末端部23的出口端，提升速度为3m/s，包括催化剂颗粒和草木灰颗粒在内的燃烧产物被提升至伞帽式分离器5处，则一部分重力较大的催化剂颗粒固体撞到伞帽式分离器5的内侧发生反射从而掉落至稀相分离室6的底端，实现首次分离，而还有一部分催化剂颗粒和重力很轻的草木灰颗粒随着烟气从伞帽式分离器5与提升管末端部23之间的空间处扩散或进入稀相分离室6内。

催化剂颗粒和草木灰颗粒随着烟气在稀相分离室6内上升，在上升过程中，裹在烟气中的大多数的催化剂颗粒由于重力较大实现慢慢沉降，最后仍然降落至稀相分离室6的底端，而只有少量的催化剂颗粒和草木灰颗粒随着烟气从稀相分离室6的烟气出口61排至第一级旋风分离器7中。

上述沉降至稀相分离室6底端的满足再生效果的催化剂(即彻底活化或活化完全的分子筛催化剂)从稀相分离室6底端的第一催化剂出口63排出，排出后可直接进入生物质裂解制芳烃的反应体系中参与反应，进行循环使用。

还需要说明的是，再生催化剂颗粒和草木灰颗粒与烟气在稀相分离室6内进行沉降分离时，操作气速0.15m/s，固体颗粒沉降在稀相分离室6的下部。同时可向稀相分离室6下端的空气通入口另外通入少量空气S13，将沉积的草木灰颗粒与催化剂颗粒进行分离，保证99wt％的草木灰颗粒随烟气从稀相分离室6的上部离开。

若上述沉降至稀相分离室6底端的催化剂经取样发现再生催化剂的含碳量不满足反应系统要求或残炭颗粒燃烧不完全，即催化剂的活化不彻底则开启循环管3中间的催化剂流量控制阀31，将稀相分离室6的底端的催化剂和残炭输送至密相燃烧室2的下部，再次与主风混合燃烧进行深度活化，提升催化剂的再生效果或使残炭燃烧完全。然后再通过上述方法通过伞帽式分离器5进行首次分离再进入稀相分离室6按重力进行沉降分离。

密相烧焦室2的操作温度为750℃，操作压力0.2MPa(表压)，由于失活的催化剂夹带大量的残炭进入密相烧焦室2，会导致燃烧温度过高，超过900℃，故需要通过外置的取热器4将多余热量取走，以维持催化剂再生温度。取热时，将含有大量热量的再生催化剂从稀相分离室6底部的第二催化剂出口输送至取热器4中，与取热器4中的水进行热交换，水变成水蒸气排出，催化剂的温度降低，然后催化剂再从取热器4中通过催化剂进口进入密相烧焦室2中，这些降温后的催化剂可吸取密相烧焦室2中的大量热量使其温度降低。该外置式的取热器4的主要功能就是用于取走再生过程中多余的热量，维持再生温度，其取热介质除盐水中的水优选使用生物质裂解制芳烃反应系统中所生成的水，水是产物之一，该水经除盐软化处理得到，不使用新鲜水，使再生系统节能减排。

少量的催化剂颗粒和草木灰颗粒随着烟气从稀相分离室6的烟气出口61排至第一级旋风分离器7和第第二级旋风分离器8，草木灰颗粒和少量催化剂颗粒与烟气进行第三次、第四次分离。具体地，少量催化剂颗粒及草木灰颗粒随着烟气从稀相分离室6的烟气出口61排出再从第一级旋风分离器7的第一入口71进入第一级旋风分离器7，重力相对较大的催化剂颗粒在第一级旋风分离器7中进行沉降，沉降后落入催化剂粉末收集室9进行回收；较轻的草木灰颗粒随烟气再进入第二级旋风分离器8，草木灰颗粒在第二级旋风分离器8中逐渐进行沉降，沉降后的草木灰颗粒落入或进入草木灰收集室10，而净化后的烟气从第二级旋风分离器8的第二出口82排出。

在第一级旋风分离器7的分离过程中可通过第二空气通入口91同时向第一级旋风分离器7通入少量空气S8。通入少量空气的目的均为将夹带下来的草木灰颗粒吹起来使其进入下一级分离器进行分离，由于草木灰颗粒和催化剂颗粒的密度不一样，差3倍以上，所以可以用一定风速进行分离。

本实用新型中，生物质裂解制芳烃催化剂再生系统的操作条件为：

密相烧焦室2：

操作压力为0.15～0.6MPa(表压)，优选操作压力为0.2MPa(表压)；

操作温度700～950℃，优选操作温度750℃；

操作气速为1～5m/s，优选操作气速为3m/s；

燃烧时间为20～40s，优选燃烧时间为24s；

烧焦强度300～500kg/t·h，优选烧焦强度350kg/t·h；

稀相分离室6：

操作气速0.1～0.3m/s，优选操作气速0.15m/s。

本实用新型中的伞帽式分离器5、稀相分离室6和旋风分离器等的整体压降一般均不大于0.02MPa(表压)。

作为进一步优选的实施方式，采用生物质裂解制芳烃反应系统的反应产物之一-生物燃气作为再生系统开工时主风燃烧室1的燃料S2。

具体实施时，本实用新型所要活化的分子筛催化剂可以为H-Y、HZSM-5、Hmordenite、硅和硅-铝等分子筛催化剂。

稀相分离室6的高度可根据具体情况而定。稀相分离室6的高度要满足催化剂颗粒自然沉降分离的高度要求，同时一般要保证99wt％以上的草木灰随烟气排出。

密相烧焦室2为催化剂上行式高烧焦强度反应器。

本实用新型中的反应温度基本是恒定的，而需要调节的反应温度范围很小，在100度以内，因此，采用催化剂与取热器4中的水进行热交换来达到调节的作用，方法简单、实用。

本实用新型的工艺流程成熟可靠，操作及检修与现有石油化工装置类似，既可以保证失活催化剂的再生效果和与草木灰颗粒的高效分离，及降低催化剂的跑损量，还可以适应因反应系统的不同处理量导致待生催化剂不同的残炭携带量和生焦量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。