CN115926853A 审中 一种自热式裂解气催化重整反应系统
技术领域 [0001]本发明属于催化气化技术领域,更具体地,涉及一种自热式裂解气催化重整反应系统。 背景技术 [0002]作为一种可再生能源,生物质具有碳中和、环境友好、储量巨大的优点。生物质气化是利用氧气或者含氧气体(如水蒸气或空气)作为气化剂,在高温条件下将生物质转化为可燃气体的一种热化学反应过程,被认为是生物质利用的最佳途径之一。采用先进的气化技术将农村、城市和工业领域丰富的废弃生物质资源转化为清洁燃气,替代传统能源,既是保护环境的重要措施,也是充分利用废弃物的重要手段,符合我国现阶段绿色低碳发展的要求。 [0003]在生物质气化产物中,焦油的存在是限制生物质气化技术商业化应用的最关键障碍之一。焦油是一种可冷凝有机化合物的复杂混合物,其主要成分为包括苯在内的单环到多环芳香族化合物以及酚类。焦油的危害主要体现在:(1)堵塞并腐蚀系统管道,威胁设备安全;(2)降低气化的能量转化效率和产气品质;(3)危害环境和人体健康。目前采用较多的脱除气化焦油的方法是在生物质气化炉后增设催化重整设备以实现焦油的进一步裂解脱除。 [0004]目前已有一些发明专利针对催化重整设备及系统做出了具有一定创造性的工作,例如CN1454907A公开了一种连续催化重整反应器,其中催化剂借助重力由上往下连续流动,但是却忽略了催化剂的循环利用,也未能利用出口物料的显热。针对大部分催化重整反应器需要外部热源这一特点,CN112387218A提出了一种自热型列管式重整制氢反应器,其采用内套管的结构,实现了重整反应和燃烧反应的耦合,整个系统不需要外界提供热量,但该反应器沿气流方向温度会不断降低,存在温度调控难、重整效率低等问题,而且催化剂固定在内套管内,不便于进行回收和更新。综上所述,现有的催化重整反应器存在着不能稳定自供热、余热难以利用以及催化剂难以顺利回收再利用的问题。 发明内容 [0005]针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种自热式裂解气催化重整反应系统,旨在解决现有的催化重整反应器不能自供热、催化剂难以回收再利用的问题。 [0006]为实现上述目的,本发明提供了一种自热式裂解气催化重整反应系统,该反应系统包括立式多室反应器和显热回收装置,其中: [0007]所述立式多室反应器自上而下被预设数量的翻板分隔为氧化反应室、还原反应室、重整反应室和蒸汽加热室,所述氧化反应室的上方设有催化剂入口和氧气入口,用于通入失活催化剂和氧气,所述失活催化剂上的积碳在氧气作用下发生氧化反应,生成重整催化剂和CO2并送入还原反应室; [0008]所述还原反应室中重整催化剂上的残碳与CO2发生还原反应生成重整催化剂和CO并送入重整反应室; [0009]所述重整反应室开设有重整气出口,用于使裂解气在重整催化剂的作用下发生催化重整反应,生成重整气和失活催化剂,所述重整气与CO混合从所述重整气出口排出,所述失活催化剂送入蒸汽加热室; [0010]所述蒸汽加热室的下方设有蒸汽入口和裂解气入口,分别用于通入蒸汽和裂解气并通过隔板进入重整反应室,同时该蒸汽加热室的下方还设置有失活催化剂出口,并与显热回收装置连接,以将失活催化剂送入显热回收装置; [0011]所述显热回收装置分别与催化剂出口和蒸汽入口连接,以利用失活催化剂的显热生成蒸汽并送入蒸汽加热室。 [0012]作为进一步优选的,所述立式多室反应器的顶端还设置有分料装置,该分料装置位于催化剂入口的下端,用于将失活催化剂铺平。 [0013]作为进一步优选的,所述氧化反应室的上方还设置有翻板,用于控制进入氧化反应室中失活催化剂的速度。 [0014]作为进一步优选的,所述自热式裂解气催化重整反应系统还包括提升装置,所述提升装置分别与显热回收装置和立式多室反应器连接,以将换热后的失活催化剂送入立式多室反应器。 [0015]作为进一步优选的,各个所述翻板上均匀开设有气孔以供气流通过,该气孔的孔径为1~10mm。 [0016]作为进一步优选的,各个所述翻板的开孔率为5%~20%。 [0017]作为进一步优选的,各个所述翻板均可绕中心轴旋转180°,并且相邻翻板的转轴之间成0~90°的夹角。 [0018]作为进一步优选的,所述失活催化剂包括显热回收装置排出的失活催化剂和废弃催化剂。 [0019]总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下 [0020]有益效果: [0021]1.本发明提供的自热式裂解气催化重整反应系统中立式多室反应器沿高度方向设置若干个翻板,一方面起支撑催化剂的作用,使其与气流充分接触以完成氧化、还原和催化重整反应以及热量传递过程;另一方面,通过翻板的数量和转动的时间,可以控制催化剂在不同反应室(氧化反应室、还原反应室、重整反应室和蒸汽加热室)的停留时间,从而实现最佳的催化重整效果,适用于不同成分的裂解气和各种类型的催化剂;同时,该立式多室反应器从上至下分别设有氧气入口、重整气出口、裂解气入口和蒸汽入口,使催化剂在逐层下落过程中处于不同的气氛、起到不同的作用,在重整气出口之上,催化剂主要经历活化再生,其中的积碳转化为可燃气CO,同时温度达到催化重整反应的要求,从而实现能量自供给,无需额外供热装置;裂解气催化重整发生在重整气出口和裂解气进口之间,催化剂会积碳失活;而在裂解气进口之下,催化剂将热量传递给蒸汽,催化剂先后经历了活化-催化-积碳,升温-降温两个循环过程,既可以重复使用催化剂,又实现了催化剂和蒸汽的自加热; [0022]2.同时,本发明通过在氧化反应室的上方设置分料装置和翻板,能够将失活催化剂铺平以提高其与氧气的接触面积,控制失活催化剂进入氧化反应室的速度,以调节氧化速度,提高反应效率; [0023]3.此外,本发明还可以将石油化工过程废弃的催化剂作为失活催化剂通入氧化反应室中,有利于进一步降低催化剂的成本。 附图说明 [0024]图1是本发明实施例提供的自热式裂解气催化重整反应系统的结构示意图; [0025]在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中: [0026]1-催化剂入口,2-分料装置,3-氧气入口,4-第一翻板,5-第二翻板,6-第三翻板,7-第四翻板,8-第五翻板,9-氧化反应室,10-还原反应室,11-重整反应室,12-蒸汽加热室,13-引风机,14-显热回收装置,15-提升装置,16-补充催化剂,17-失活催化剂,18-氧气,19-重整气,20-裂解气,21-蒸汽,22-水。 具体实施方式 [0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 [0028]图1所示,本发明提供了一种自热式裂解气催化重整反应系统,该反应系统包括立式多室反应器和显热回收装置14,其中: [0029]立式多室反应器自上而下被预设数量的翻板分隔为氧化反应室9、还原反应室10、重整反应室11和蒸汽加热室12,第一翻板4与第二翻板5之间为氧化反应室9,第一翻板4的上方设有催化剂入口1和氧气入口3,分别用于通入失活催化剂17和氧气18,并通过第一翻板4将失活催化剂17送入氧化反应室9,同时氧气18通过第一翻板4上的气孔进入氧化反应室9,氧化反应室9中失活催化剂17上的积碳在氧气18作用下发生氧化反应,生成重整催化剂和CO2并送入还原反应室10,同时氧化反应释放出热量将催化剂加热到高温状态,使其满足裂解气催化重整所需条件,无需额外的供热装置; [0030]第二翻板5和第三翻板6之间为还原反应室10,还原反应室10中重整催化剂上的残碳与CO2发生Boudouard反应生成重整催化剂和CO并送入重整反应室11; [0031]第三翻板6和第四翻板7之间为重整反应室11,重整反应室11开设有重整气出口并与引风机13连接,重整反应室11中裂解气在重整催化剂的作用下发生催化重整反应,生成重整气19和失活催化剂,重整气19与CO混合从重整气出口排出,失活催化剂送入蒸汽加热室12; [0032]第四翻板7和第五翻板8之间为蒸汽加热室12,蒸汽加热室12的下方设有蒸汽入口和裂解气入口,分别用于通入蒸汽21和裂解气20,同时蒸汽21和裂解气20通过第四翻板7上的气孔进入重整反应室11,该蒸汽加热室12的下方还设置有失活催化剂出口,并与显热回收装置14连接,以将失活催化剂17送入显热回收装置14,同时蒸汽加热室12中失活催化剂17也可以利用显热加热下部送入的蒸汽; [0033]显热回收装置14分别与催化剂出口和蒸汽入口连接,以利用失活催化剂17的显热将水22加热成蒸汽21并送入蒸汽加热室12,以此实现失活催化剂的余热回收,提高能量利用效率。 [0034]进一步,立式多室反应器的顶端还设置有分料装置2,该分料装置2位于催化剂入口1与第一翻板4之间,用于将失活催化剂铺平,以增加失活催化剂与氧气的接触面积。 [0035]进一步,自热式裂解气催化重整反应系统还包括提升装置15,提升装置15分别与显热回收装置14和立式多室反应器连接,以将换热后的失活催化剂17送入立式多室反应器,从而实现催化剂的循环利用;同时还可以将补充催化剂16通过催化剂入口1送入立式多室反应器,该补充催化剂16可以选择石油化工过程废弃的催化剂,进一步降低催化剂的成本。 [0036]进一步,各个翻板上均匀开设有气孔以供气流通过,该气孔的孔径为1~10mm,各个翻板的开孔率为5%~20%;各个翻板均可绕中心轴旋转180°,转动翻板可使上面的催化剂落到下一层,相邻翻板的转轴之间成0~90°的夹角,可以保证催化剂在下落过程中保持均匀状态,翻板先下后上、交替翻转,每次转动180°,使催化剂逐层下落,依次经过氧化反应室9、还原反应室10、重整反应室11和蒸汽加热室12,最后从催化剂出口离开。 [0037]本发明通过氧化失活催化剂中的积碳放出热量以满足裂解气催化重整所需条件,并通过翻板的转动、提升装置15和显热回收装置14实现催化剂的循环利用和热能的梯级利用,具有结构简单、能量消耗小、操控方便的优点,可用于各种来源裂解气,特别是含焦油生物质气化气的催化重整。 [0038]本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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