一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置及再生方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置及再生方法，包括活性物质产生装置和沸腾式再生反应器，沸腾式再生反应器包括进气口、电加热套、催化剂填装腔、中心盲管和出气口，中心盲管内插有热电偶，出气口处连接有气体分析仪；进气口和出气口处设置有不锈钢筛网，通过配气装置向NTP发生器供给气体，NTP发生器工作产生的大量高能活性物质随气流进入装有失活催化剂的沸腾再生反应器，失活催化剂在气流的吹拂下处于沸腾状态，与活性物质进行充分接触，实现失活催化剂的低温再生。本发明的再生方法及装置，应用了沸腾原理及NTP技术，设计了一套简单易行的装置，实现了催化剂在较低的温度和较短的时间下再生。
【专利说明】—种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置及再生方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物油裂解催化剂研究领域，更具体地，涉及生物油裂解催化剂中对失活催化剂进行再生的装置及其再生的方法。
【背景技术】
[0002]生物质热裂解技术因其原料储量大、可再生，裂解产物生物油具有较高的能源转化率、体积能量密度、易于储存和运输等优势，近年来得到广泛关注，并成为研究热点。然而由于生物油具有较高的含氧量、含水量、热值低、酸性强等性质，严重阻碍了生物油作为代用燃料的广泛应用，因此必须对其进行改性精制，以提高生物油的品质。催化裂解精制生物油技术因其装置设备简单、反应条件温和，是目前常用的生物油精制技术，但是在反应过程中生物油中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。
[0003]目前常用的失活催化剂再生方式为高温焙烧再生，郭晓亚等人提出了在600°C的空气氛围下灼烧12h实现失活催化剂再生(郭晓亚，颜涌捷，生物质油精制中失活催化剂的再生及焦炭前驱物分析，高校化学工程学报，2006，20 (2) =222-226),但是使用该方法时焙烧温度高、再生时间长、能耗高，并且高温下易造成催化结构坍塌失活，降低催化剂性能(孙琳，张艳侠，纳米HZSM-5沸石的骨架热稳定性及其作为催化剂的可再生性，分子催化，2010, 24(3):202-207)。
[0004]因此，克服现有生物油裂解催化剂再生方法中存在的缺陷和不足，成为本发明研究的主要目的。
【发明内容】
[0005]为了克服现有生物油裂解催化剂再生技术中存在的缺陷，本发明利用NTP再生技术，提出了一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置及其再生方法。
[0006]一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置，包括活性物质产生装置和沸腾式再生反应器，所述沸腾式再生反应器包括进气口、电加热套、催化剂填装腔、中心盲管和出气口，所述进气口与所述活性物质产生装置相连，所述电加热套布置在所述催化剂填装腔的外壁上，所述中心盲管固定在所述催化剂填装腔的中心位置，所述中心盲管内插有热电偶，所述出气口处连接有气体分析仪；所述进气口和所述出气口处设置有不锈钢筛网，用来防止失活催化剂的泄露。
[0007]上述方案中，所述热电偶和所述电加热套与PID控制模块相连，所述PID控制模块用来控制所述热电偶和所述电加热套的加热温度。
[0008]上述方案中，所述不锈钢筛网的孔径不大于0.15mm。
[0009]上述方案中，所述活性物质产生装置包括配气系统、稳压筒、NTP发生器和循环冷却水泵，所述的配气系统通过管路与所述稳压筒进气口相连；所述稳压筒出气口通过管路经流量计与所述NTP发生器的进气口相连；所述NTP发生器上连接有智能脉冲冲击机和调压器，所述NTP发生器的进水口与出水口经管路连接循环冷却水泵；所述NTP发生器出气口经管路与所述沸腾式再生反应器的进气口相连。
[0010]一种基于沸腾原理的失活催化剂再生方法，包括如下步骤。
[0011]A将细小颗粒状失活催化剂装入沸腾式再生反应器中；
B开启活性物质产生装置和PID控制模块:打开NTP发生器的循环冷却水泵；打开配气系统，通过流量计监测气体流量，气体经稳压筒进入NTP发生器；智能脉冲冲击机为NTP发生器提供脉冲频率；调压器为NTP发生器提供工作电压；在NTP发生器作用下内产生的活性物质随气流进入沸腾式再生反应器，失活催化剂在气流吹拂下处于沸腾状态，并与活性物质充分接触；打开热电偶和电加热套，开始对所述沸腾式再生反应器内的失活催化剂进行加热；
C打开气体分析仪，检测沸腾式再生反应器中出气口的CO、CO2浓度，当CO、CO2浓度逐渐降低并趋于平稳时，再生过程完成。
[0012]上述方法中，所述的失活催化剂为用于生物油催化裂解的催化剂；所述的配气系统I供给气体为空气、氧气或者两种气体的混合。
[0013]上述方法中，所述NTP发生器的进气口的气体流量为5-10L/min ;智能脉冲冲击机为NTP发生器提供脉冲频率为8-12kHz，所述调压器为NTP发生器提供工作电压为12-21kV ;所述失活催化剂的加热温度为100-250°C ;再生时间为1.5—2.3h。
[0014]与现有技术相比，本发明采取的装置和方法具有如下优点:(I)本发明使用的NTP技术，是通过高压放电击穿气体，产生大量活性物质，包括03、N02以及激发态的0、N原子等，这些活性物质具有较强的氧化性能，活化能低，可在较低的温度下与催化剂中焦炭发生氧化反应，实现失活催化剂的再生，有效避免了高温灼烧造成催化剂的结构塌陷失活，提高了再生后催化剂的性能。(2)本发明采用的沸腾原理，是将小粒径的失活催化剂装入沸腾式再生反应器，在气流吹拂下处于沸腾状态，使失活催化剂与活性物质之间能充分接触，提高催化剂的再生效率，缩短了再生时间。(3)本发明采用的再生失活催化剂装置结构简单、便于加工和维护，应用性强。其采用水冷式的NTP发生器，冷却效果好，放电稳定。采用的沸腾式再生反应器通过PID控制模块可实现再生温度恒定可调，实现失活催化剂在较低的温度及较短的时间下的再生，避免了高温焙烧再生的高能耗问题，节能环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]通过详细描述和附图，本公开内容将得到更为详尽的理解。
[0016]图1是用于实现本发明基于沸腾原理的NTP再生失活催化剂的装置示意图。
[0017]图2是沸腾式再生反应器8的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1和图2所示，本发明提供一种用于实现上述再生失活催化剂的装置，具体结构如下:包括配气系统1、稳压筒2、流量计3、NTP发生器4、智能脉冲冲击机5、调压器6、PID控制模块7、沸腾式再生反应器8、热电偶9、气体分析仪10、循环冷却水泵11。
[0019]所述的配气系统I通过管路与稳压筒3进气口相连；稳压筒3出气口通过管路经流量计3与NTP发生器4进气口相连；NTP发生器4上连接着智能脉冲冲击机5和调压器6，NTP发生器4的进水口与出水口经管路连接循环冷却水泵10 ；NTP发生器4出气口经管路与沸腾式再生反应器8进气口 801相连，沸腾式再生反应器8中心盲管804内插有热电偶9，并与PID控制模块7相连；沸腾式再生反应器8出气口 805连接有气体分析仪10。
[0020]所述的沸腾式再生反应器8包括进气口 801、电加热套802、催化剂填装器803、中心盲管804、出气口 805，电加热套802布置在催化剂填装器803外围，中心盲管804布置于催化剂填装器803中心，在催化剂填装器803底部及出气口 805底部分别用孔径为0.15mm不锈钢筛网密封，防止催化剂泄露，电加热套802也和PID控制模块7相连。
[0021]本发明的再生失活催化剂方法，将细小颗粒状失活催化剂装入沸腾式再生反应器8中；打开NTP发生器4的循环冷却水泵11 ;打开配气系统1，通过流量计3监测气体流量，气体经稳压筒2进入NTP发生器4 ;智能脉冲冲击机5与调压器6连接后，连接于NTP发生器4，为NTP发生器4提供高频(8-12kHz)、高压(12-21 kV)的工作电源；在NTP发生器4作用下内产生的活性物质随气流进入沸腾式再生反应器8，失活催化剂在气流吹拂下处于沸腾状态，并与活性物质充分接触；沸腾式再生反应器8中心盲管内插有热电偶9，并与PID控制模块7相连，控制再生温度；沸腾式再生反应器8出气口处连接气体分析仪10，检测排气中CO、CO2浓度，当CO、CO2浓度逐渐降低并趋于平稳时，视为再生完成。
[0022]实施例1
采用上述实施装置和实施方法，将50g粒径为0.38 μ m-0.83 μ m的失活催化剂HZSM-5装入沸腾式再生反应器中；打开NTP发生器的循环冷却水泵；打开配气系统，供给空气，通过流量计检测气体流量为5L/min，气体经稳压筒进入NTP发生器；智能脉冲冲击机与调压器连接后，连接于NTP发生器，为NTP发生器提供8kHz、12kV的高频高压工作电流；NTP发生器内产生的活性物质随气流进入沸腾式再生反应器，失活催化剂在气流吹拂处于沸腾状态，并与活性物质充分接触；沸腾式再生反应器中心盲管内插有热电偶，并与PID控制模块相连，控制再生温度为100°C;沸腾式再生反应器出气口处连接气体分析仪，检测排气中CO、CO2浓度，当C0、C02浓度逐渐降低并趋于平稳时，视为再生完成。经试验，再生时间为2.3h，再生后催化剂活性恢复水平为95%。
[0023]实施例2
与实施例1基本相同，其不同在于，改变气体流量为10L/min，提供给NTP发生器的工作频率为12 kHz，工作电压为21kV，控制再生为250°C，经试验，再生时间为1.8h，再生后催化剂活性恢复水平为98%。
[0024]实施例3
与实施例1基本相同，其不同在于，改变气体流量为8L/min，提供给NTP发生器的工作频率为12 kHz，工作电压为21kV，控制再生温度为200°C，经试验，再生时间为1.5h，再生后催化剂活性恢复水平为98%。
【权利要求】
1.一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置，其特征在于，包括活性物质产生装置和沸腾式再生反应器(8)，所述沸腾式再生反应器(8)包括进气口(801)、电加热套(802)、催化剂填装腔(803)、中心盲管(804)和出气口(805)，所述进气口(801)与所述活性物质产生装置相连，所述电加热套(802)布置在所述催化剂填装腔(803)的外壁上，所述中心盲管(804)固定在所述催化剂填装腔(803)的中心位置，所述中心盲管(804)内插有热电偶(9)，所述出气口(805)处连接有气体分析仪(10);所述进气口(801)和所述出气口(805)处设置有不锈钢筛网，用来防止失活催化剂的泄露。
2.根据权利要求1所述的一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置，其特征在于，所述热电偶(9)和所述电加热套(802)与PID控制模块(7)相连，所述PID控制模块(7)用来控制所述热电偶(9)和所述电加热套(802)的加热温度。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置，其特征在于，所述不锈钢筛网的孔径不大于0.15_。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于沸腾原理的失活催化剂再生装置，其特征在于，所述活性物质产生装置包括配气系统(I)、稳压筒(2)、NTP发生器(4)和循环冷却水泵(11)，所述的配气系统(I)通过管路与所述稳压筒(2)进气口相连；所述稳压筒(2)出气口通过管路经流量计(3 )与所述NTP发生器(4 )的进气口相连；所述NTP发生器(4 )上连接有智能脉冲冲击机(5)和调压器(6)，所述NTP发生器(4)的进水口与出水口经管路连接循环冷却水泵(11);所述NTP发生器(4)出气口经管路与所述沸腾式再生反应器(8)的进气口(801)相连。
5.一种基于沸腾原理的失活催化剂再生方法，包括如下步骤； A将细小颗粒状失活催化剂装入沸腾式再生反应器8中； B开启活性物质产生装置和PID控制模块(7):打开NTP发生器(4)的循环冷却水泵(11);打开配气系统(1)，通过流量计(3)监测气体流量，气体经稳压筒(2)进入NTP发生器(4);智能脉冲冲击机(5)为NTP发生器(4)提供脉冲频率；调压器(6)为NTP发生器(4)提供工作电压；在NTP发生器(4)作用下内产生的活性物质随气流进入沸腾式再生反应器(8)，失活催化剂在气流吹拂下处于沸腾状态，并与活性物质充分接触；打开热电偶(9)和电加热套(802)，开始对所述沸腾式再生反应器(8)内的失活催化剂进行加热； C打开气体分析仪(10)，检测沸腾式再生反应器(8)中出气口(805)的C0、C02浓度，当CO、CO2浓度逐渐降低并趋于平稳时，再生过程完成。
6.根据权利要求5所述的一种基于沸腾原理的失活催化剂再生方法，其特征在于，所述的失活催化剂为用于生物油催化裂解的催化剂；所述的配气系统(I)供给气体为空气、氧气或者两种气体的混合。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于沸腾原理的失活催化剂再生方法，其特征在于，所述NTP发生器(4)的进气口的气体流量为5-10L/min ;智能脉冲冲击机(5)为NTP发生器(4)提供脉冲频率为8-12kHz，所述调压器(6)为NTP发生器(4)提供工作电压为12_21kV ；所述失活催化剂的加热温度为100-250°C ;再生时间为1.5—2.3h。
【文档编号】B01J38/12GK103623875SQ201310548160
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】李小华, 尹海云, 樊永胜, 蔡忆昔, 俞宁, 赵卫东 申请人:江苏大学