本发明专利技术提供了一种催化剂预积碳增加烃类产率的装置和方法。在该装置中，沸石类催化剂从再生器中输出，在进入催化裂解反应器之前，利用高有效氢碳比原料与之反应，形成较好的催化反应活性中心，然后进入催化裂解反应器，以实现提高生物油/石油催化裂解目标产物产率和控制产物分布的目的。该系统包括催化剂预积碳系统、催化裂解反应系统、催化剂再生系统。本方法和装置为高效控制生物油/石油催化裂解目标产物提供了一条有效途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物油/石油催化裂解及生物质积碳研宄领域，涉及生物油/石油催化裂解、催化剂再生、生物质原料预积碳的方法与装置。
技术介绍
为解决日益短缺的石油资源与急剧增长的工业需求之间的矛盾，合理高效地利用石油资源、寻找替代能源是两个行之有效的方法。生物油作为近年出现的新型能源，在某些方面能很好的替代石油，具有较高的经济价值和环保效益。生物油/石油催化裂解技术是在常压、较高反应温度下，生物油/石油与催化剂接触进行深度裂解以增产乙烯、丙烯等低碳烯烃与轻质芳香烃，所用催化剂主要为沸石分子筛催化剂，如ZSM-5、Y-型分子筛、LOSA-U FCC等。但目前的催化裂解反应系统仍存在目标产物产率低、催化剂易于结焦失活等问题。国内外学者对沸石分子筛催化剂的催化机理进行研宄，提出“烃池”理论:催化裂解反应是依靠沸石类催化剂内部形成的“烃池”来进行的，而“烃池”是由多甲基苯组成的催化活性中心。在反应初期会消耗反应物在活性位点上形成多甲基苯(积碳过程)，一旦多甲基苯形成，反应物就会与之结合生成产物，即以此为催化活性中心进行催化反应。故烃池的好坏直接影响目标产物产率与产物选择性。传统的催化裂解反应中，通过消耗生物油/石油形成烃池，但生物油/石油含氧量高、品位低，不易形成烃池且产物难以调控。因此我们提出采用高品位原料进行预积碳，以形成良好的催化反应活性中心，从而可以提高产物产率和调控产物分布。另有研宄表明，反应物组成中H元素和C元素的比例对烯烃和芳香烃产率、催化剂结焦率具有显著影响。因此可通过改变有效碳氢比来提升催化热解产物的产率、减少催化剂表面结焦。积碳试验中最优的有效碳氢比为1.2。综上，提出在生物油/石油催化裂解反应之前，采用有效氢碳比较高的高有效氢碳比原料与催化剂反应生成预积碳，在催化剂内形成较好的催化反应活性中心，从而提高催化剂活性并减少结焦，最终达到提高生物油/石油催化裂解产物产率和控制产物分布的目的。
技术实现思路
技术问题:目前应用的催化裂解技术，存在目标产物即低碳烯烃的产率较低的问题。此外，所用的分子筛催化剂活性较弱，在催化裂解过程中易结焦失活。面对不断变化的工业需求，现有技术不能根据需求调节产物分布，造成原料的浪费。因此，亟需开发新技术以增强催化剂活性、提高目标产物产率，并通过对催化剂的处理调节产物分布，以满足工业需求；由此本专利技术提出。技术方案:为实现上述专利技术目的，使用的技术方案如下:在传统的催化裂解装置基础上，增设预积碳反应器，催化剂在进入催化裂解反应器之前与高有效氢碳比原料反应，生成预积碳，这些积碳是较好的催化反应活性中心，可以减少催化剂结焦，提高烃类物质产率。该过程在常压、中等温度下进行，并且短时间内即可在催化剂内形成活性烃池，处理时间短，工艺简单。该装置包括:催化剂预积碳系统，用于按照进料比例，使催化剂和预积碳原料充分反应，形成质量分数为1-3%的催化剂表面预积碳；催化裂解反应系统，用于将生物油或石油催化裂解制备低碳烯烃和轻质芳香烃，同时实现反应产物和待生催化剂的输送；催化剂再生系统，用来将积炭的待生催化剂进行烧焦反应，完成催化剂的再生并实现催化剂的输送；催化裂解反应器为输送床，两侧边分别与生物油或石油入口、第四导管相连，催化裂解反应器底部为不冷凝气体入口，催化裂解反应器上部与第一旋风分离器相连；第一旋风分离器上出口通过第一导管与分馏塔相连，第一旋风分离器的下出口通过导管与再生器相连；分馏塔侧边为产品出口 ；再生器底部为空气入口，上部与第二旋风分离器相连；第二旋风分离器下出口通过第三导管与预积碳反应器相连，上出口为再生器尾气出口 ；预积碳反应器侧边为侧吹风入口，底部为高有效氢碳比原料入口 ；预积碳反应器通过导管与催化裂解反应器相连，使得催化剂在反应系统中不断循环利用。所述的预积碳反应器被三块隔板分为四个反应室:物料供给室、第一物料传输室、第二物料传输室、返料室；物料供给室通过导管与再生器相连；物料供给室侧边为侧吹风入口，物料供给室、第一物料传输室、第二物料传输室底部均布着三个高有效氢碳比原料入口，返料室通过第四导管与催化裂解反应器相连。所述的预积碳原料是甲醇、乙醇。本专利技术的催化剂预积碳增加烃类产率的方法为:新鲜的再生催化剂由第三导管进入预积碳反应器的物料供给室上部，惰性气体从侧吹风入口鼓入，携带催化剂向前流动；用氮气作载气，将高有效氢碳比原料汽化后分三路由物料供给室、第一物料传输室、第二物料传输室底部鼓入，在常压下与催化剂充分混合反应，生成预积碳；此外，用氮气作载气能为输送催化剂提供动力，提高反应室内压力，防止催化裂解反应器内气体向预积碳反应器内反窜，起到良好的密封作用，完成预积碳的催化剂通过第四导管进入催化裂解反应器；利用再生器尾气预热生物油或石油至200°C，再将生物油或石油通入催化裂解反应器，与预积碳反应器输入的催化剂在常压、500-700°C下进行裂解反应，不冷凝气体作为流化气体，从催化裂解反应器底部通入，使反应物和催化剂进行充分混合；反应产物从催化裂解反应器上部进入第一旋风分离器，反应生成的油气被分离出来，进入分馏塔分段冷凝得到所需产品，其余不凝结气体返回催化裂解反应器作为流化气体；结焦催化剂则由第二导管进入再生器；空气从再生器底部进入，与待生催化剂在常压、600-800°C下进行烧焦反应，烧焦尾气携带新鲜催化剂进入第二旋风分离器进行分离，反应产生的热量加热催化剂、为后续反应提供热源，分离出的再生催化剂通过第三导管进入预积碳反应器，至此实现催化剂的循环利用；再生器尾气则从第二旋风分离器上部离开，作为生物油/石油裂解之前的预热热源。有益效果:本专利技术的装置和方法具有以下特色及优点:利用高品质原料预积碳的方法增强催化剂的活性，从而提高生物油/石油催化裂解目标产物的产率。通过改变预积碳原料与催化剂的比例，可以调控产物分布，满足不断变化的工业需求。该过程在常压、中等温度下进行，并且短时间内即可在催化剂内形成活性烃池，处理时间短，工艺简单。并且，预积碳反应过程中生成的气相产物可直接通入催化裂解反应器，进而转化为所需的工业产品。这种预积碳方法增强了催化剂活性、减少催化剂结焦，能有效提高产物产率。预积碳所使用的甲醇等原料易于获取、价格低廉，因此该方法具有较好的经济性和可行性。【附图说明】图1是生物油/石油催化裂解中催化剂预积碳增加烃类产率的装置示意图。图2是预积碳反应器的结构示意图。图中有:催化裂解反应器1、第一旋风分离器2、第二旋风分离器7，第一导管3，第二导管5，第三导管8，第四导管10、分馏塔4、再生器6、预积碳反应器9、生物油或石油入口1、不冷凝气体入口 i1、产品出口 ii1、空气入口 iv、再生器尾气出口 v、侧吹风入口 v1、高有效氢碳比原料入口vi1、物料供给室1、第一物料传输室I1、第二物料传输室II1、返料室IV。【具体实施方式】本专利技术提供了一种生物油/石油催化裂解中催化剂预积碳增加烃类产率的装置，包括催化剂预积碳系统、催化裂解反应系统、催化剂再生系统。再生催化剂在进入催化裂解反应器之前，与预积碳原料(高有效氢碳比原料，如甲醇、乙醇等)充分反应，形成质量分数为1-3%的催化剂表面预积碳，然后进入催化裂解反应器。在催化裂解反应器中，生物油/石油催化裂解制备低碳烯烃本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种催化剂预积碳增加烃类产率的装置，其特征在于：该装置包括：催化剂预积碳系统，用于按照进料比例，使催化剂和预积碳原料充分反应，形成质量分数为1‑3％的催化剂表面预积碳；催化裂解反应系统，用于将生物油或石油催化裂解制备低碳烯烃和轻质芳香烃，同时实现反应产物和待生催化剂的输送；催化剂再生系统，用来将积炭的待生催化剂进行烧焦反应，完成催化剂的再生并实现催化剂的输送；催化裂解反应器(1)为输送床，两侧边分别与生物油或石油入口(ⅰ)、第四导管(10)相连，催化裂解反应器(1)底部为不冷凝气体入口(ⅱ)，催化裂解反应器(1)上部与第一旋风分离器(2)相连；第一旋风分离器(2)上出口通过第一导管(3)与分馏塔(4)相连，第一旋风分离器(2)的下出口通过导管(5)与再生器(6)相连；分馏塔(4)侧边为产品出口(ⅲ)；再生器(6)底部为空气入口(ⅳ)，上部与第二旋风分离器(7)相连；第二旋风分离器(7)下出口通过第三导管(8)与预积碳反应器(9)相连，上出口为再生器尾气出口(ⅴ)；预积碳反应器(9)侧边为侧吹风入口(ⅵ)，底部为高有效氢碳比原料入口(ⅶ)；预积碳反应器(9)通过导管(10)与催化裂解反应器(1)相连，使得催化剂在反应系统中不断循环利用。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张会岩，钱燕，肖睿，沈吉兆，夏永奎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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