[發(fā)明專利]一種基于微波除焦的催化劑再生裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710812027.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107469874A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新華;王兆文;杜濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J38/12
• 分類號(hào): B01J38/12;B01J38/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 曹葆青,李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢棄金屬催化劑再生相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于微波除焦的催化劑再生裝置及方法。

背景技術(shù)

石油精煉工業(yè)中，原油通過(guò)分餾、萃取、提煉等化工加工才能生產(chǎn)出日常常用的石油產(chǎn)品，如汽油、柴油等。為了提高加工效率，工業(yè)上往往會(huì)使用大量的貴金屬催化劑，如鉑、銠、鈀、釕基催化劑等來(lái)完成催化反應(yīng)。這些催化劑顆粒直徑一般在1mm～2mm之間，且作為涂層附著于多孔介質(zhì)表面以增大反應(yīng)面積。石油加工中，主要通過(guò)長(zhǎng)鏈烴發(fā)生斷裂并經(jīng)歷縮合反應(yīng)以生產(chǎn)汽油、柴油等化學(xué)成品。但是，在這個(gè)過(guò)程中，長(zhǎng)鏈烴的斷裂也可能產(chǎn)生焦炭或者碳素制品而產(chǎn)生固體結(jié)焦，粘結(jié)催化劑表面并堵塞介質(zhì)氣孔，從而使催化劑活性降低，生產(chǎn)效率下降。

隨著我國(guó)石油工業(yè)的不斷發(fā)展，催化劑的生產(chǎn)越來(lái)越多，因結(jié)焦和堵塞而被廢棄的催化劑也越來(lái)越多。我國(guó)催化劑回收技術(shù)還不夠成熟，貴金屬催化劑失活以后，往往會(huì)被直接掩埋處理。但是在工業(yè)上，這些催化劑中含有一些有毒物質(zhì)如砷和鉻的氧化物，隨著催化劑被掩埋，這些有毒物質(zhì)最終會(huì)進(jìn)入人們的生活環(huán)境，危害人類健康。另外，直接掩埋的辦法，還會(huì)造成貴金屬資源的大量浪費(fèi)。因此，失活貴金屬催化劑的掩埋處理并不是長(zhǎng)久之策。

在日本，依靠強(qiáng)大的化學(xué)工業(yè)體系，上世紀(jì)70年代中期建立了失活貴金屬催化劑的加氫脫硫回收裝置，回收催化劑中的貴金屬。加氫脫硫是目前應(yīng)用較廣的失活貴金屬催化劑回收方法之一。但是這種方法不可避免地破壞了催化劑的結(jié)構(gòu)，只能回收貴金屬，而不能使催化劑再生，而利用回收的貴金屬再次生產(chǎn)催化劑又會(huì)帶來(lái)增加生產(chǎn)成本及環(huán)境污染的問(wèn)題。

針對(duì)結(jié)焦而失活的貴金屬催化劑再生，目前常用的處理方法是在加熱的流化催化單元中通過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程來(lái)除焦，從而使催化劑再生且保持較高的活性，但這種高溫爐的加熱方式會(huì)在催化劑床上產(chǎn)生過(guò)多的熱量，導(dǎo)致催化劑熔結(jié)，因此需要對(duì)再生溫度進(jìn)行精確控制，這無(wú)疑增大了控制難度。此外，這種加熱除焦方式本身能耗大，需要?dú)饬鞒掷m(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，使得催化劑再生效率較低。

此外，超臨界流分離的再生方法盡管不需要加熱反應(yīng)區(qū)到較高溫度，但需要將氣體壓縮到20MPa以上的壓強(qiáng)，再利用高壓臨界流體的強(qiáng)穿透性、高粘性、高溶解性分離除焦。這種方法不僅裝置復(fù)雜難以控制，而且在加熱以及高壓環(huán)境下，多孔介質(zhì)貴金屬催化劑內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不可逆變化，而不太適用于結(jié)焦而失活的多孔介質(zhì)貴金屬催化劑再生。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于微波除焦的催化劑再生裝置及方法，其基于現(xiàn)有貴金屬催化劑再生的特點(diǎn)，研究及設(shè)計(jì)了一種基于微波除焦的催化劑再生裝置及方法。所述催化劑再生裝置充分利用了多孔介質(zhì)中焦炭和貴金屬綜合介電常數(shù)(12～14)較高的特點(diǎn)，采用微波來(lái)進(jìn)行除焦，在不破壞多孔介質(zhì)貴金屬催化劑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下利用微波均勻加熱多孔介質(zhì)貴金屬催化劑并輔助以空氣旋流，或者氧化或者沖刷，由淺層到深層，逐漸將焦炭去除，從而較大程度的恢復(fù)多孔介質(zhì)貴金屬催化劑的活性。此外，微波加熱的方法通過(guò)調(diào)整微波功率來(lái)控制含焦多孔介質(zhì)貴金屬催化劑的溫度，更節(jié)能，操作更簡(jiǎn)單，且能夠縮短再生反應(yīng)時(shí)間，從而提高廢棄多孔介質(zhì)貴金屬催化劑的再生效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方方面，提供了一種基于微波除焦的催化劑再生裝置，其包括微波源、環(huán)形器、電動(dòng)調(diào)諧器、矩形波導(dǎo)、石英反應(yīng)腔體及短路活塞，所述環(huán)形器連接所述微波源及所述電動(dòng)調(diào)諧器，所述矩形波導(dǎo)連接所述電動(dòng)調(diào)諧器及所述短路活塞，所述矩形波導(dǎo)內(nèi)形成有諧振腔；所述石英反應(yīng)腔體收容于所述矩形波導(dǎo)內(nèi)且位于所述諧振腔內(nèi)，其用于收容失活的貴金屬催化劑及供空氣流通；所述貴金屬催化劑附著在多孔介質(zhì)上，其上因堆積附著有焦炭而失活；

所述微波源發(fā)出的微波依次經(jīng)過(guò)所述環(huán)形器及所述電動(dòng)調(diào)諧器后被所述短路活塞反射而在所述諧振腔發(fā)生諧振以形成局部的強(qiáng)電場(chǎng)，所述焦炭在所述微波的作用下被加熱，其被氧化成氣體逸出所述石英反應(yīng)腔體或者被所述空氣擾動(dòng)脫落而自所述石英反應(yīng)腔體內(nèi)流出，由此所述貴金屬催化劑恢復(fù)活性。

進(jìn)一步地，所述空氣以空氣旋流的形式流經(jīng)所述石英反應(yīng)腔體。

進(jìn)一步地，所述催化劑再生裝置還包括抽風(fēng)機(jī)、流量控制器及非定向分束旋流器，所述流量控制器連接所述抽風(fēng)機(jī)及所述非定向分束旋流器，所述抽風(fēng)機(jī)抽取的空氣流經(jīng)所述非定向分束旋流器后而形成所述空氣旋流。

進(jìn)一步地，所述石英反應(yīng)腔體與所述矩形波導(dǎo)尾部之間的間距為微波波長(zhǎng)的四分之一。

進(jìn)一步地，所述貴金屬催化劑以懸空固定的方式收容于所述石英反應(yīng)腔體內(nèi)。