一种结焦催化剂的再生方法
阅读说明：本技术 一种结焦催化剂的再生方法 (Regeneration method of coking catalyst ) 是由 孟凡东 孙世源 闫鸿飞 武立宪 张亚西 张瑞风 杨鑫 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种结焦催化剂的再生方法,该方法用氧气和二氧化碳混合气体取代传统的空气(氧气和氮气混合气体)作为再生器主风,促进再生剂进行烧焦再生。氧气与待生催化剂上的焦炭发生燃烧反应,生成的烟气中二氧化碳含量可达到95％以上,不需要复杂的捕集过程即可得到纯度较高的二氧化碳,大幅提高二氧化碳回收利用效率。由于二氧化碳的热容比氮气热容高60％左右,二氧化碳替代氮气在再生器内循环,可以带走更多热量,降低再生器取热器热负荷。本发明可有效控制再生烟气中一氧化碳含量,防止由于一氧化碳浓度高导致的尾燃发生,使再生器运行更加安全。由于主风中不含氮气,避免了氮气在高温下与氧气反应生成NO-(x)污染气体。(The invention discloses a regeneration method of a coking catalyst, which uses mixed gas of oxygen and carbon dioxide to replace the traditional air (mixed gas of oxygen and nitrogen) as main air of a regenerator to promote a regenerant to carry out scorching regeneration. The oxygen and coke on the catalyst to be generated are subjected to combustion reaction, the content of carbon dioxide in the generated flue gas can reach more than 95%, carbon dioxide with higher purity can be obtained without a complex trapping process, and the recycling efficiency of the carbon dioxide is greatly improved. Because the heat capacity of the carbon dioxide is about 60 percent higher than that of the nitrogen, the carbon dioxide replaces the nitrogen to circulate in the regenerator, more heat can be taken away, and the heat load of a regenerator heat collector is reduced. The invention can effectively control the content of carbon monoxide in the regeneration flue gas, prevent the occurrence of afterburning caused by high concentration of carbon monoxide and ensure that the regenerator operates more safely. Due to the fact thatThe main air does not contain nitrogen, thereby avoiding the nitrogen from reacting with oxygen at high temperature to generate NO x A contaminating gas.)
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，具体而言，涉及一种结焦催化剂的再生方法。
背景技术
人类众多的生产生活行为不断消耗着大量的含碳化石能源，含碳化石能源消耗所产生的温室气体60％以上是二氧化碳。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的评估报告，近100年来全球地表平均温度上升了0.74℃，未来100年还可能上升1.1-6.4℃。科学界普遍认为，工业革命以来大量使用化石燃料引起的二氧化碳等温室气体排放，是全球气候变暖的主要原因。由于温室效应日趋严重，全球各地纷纷出现了由于气候变暖所引发的气候灾害：冰川融化、海平面上升、全球极端天气频繁等。因此，减缓气候变暖、改善生态环境已成为世界各国经济、能源、环境等多个领域的共同议题。
要实现碳减排，首先要从源头做起，通过优化产业结构，提高能源利用效率，降低二氧化碳排放量；其次，对于不得已排放的二氧化碳，也应通过捕集、回收、利用等技术手段，最大限度地降低其负面影响。
石油炼制生产过程是石油石化领域二氧化碳排放较为显著的部分，其中催化裂化装置是各类炼油装置中二氧化碳排放量最高的装置。降低催化裂化装置二氧化碳排放量，提高催化裂化装置二氧化碳的捕集、回收效率，对“碳捕集、碳中和”具有重要意义。目前的研究所关注的重点是降低催化裂化装置的二氧化碳的排放量，对提高催化裂化装置二氧化碳的捕集、回收效率方面的研究，主要集中在对烟气中二氧化碳的回收利用上。
目前有多种较为成熟的二氧化碳回收方法，如，物理吸收法、化学吸收法、膜分离法等，其中应用最广的为化学吸附法，但也存在能耗和操作费用较高的问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结焦催化剂的再生方法。
本发明是这样实现的:
本发明提供一种结焦催化剂的再生方法，包括以下步骤：
在催化裂化装置开工阶段，将结焦催化剂与含有氧气与二氧化碳的混合气接触，以使结焦催化剂在混合气的存在下进行烧焦反应，同时生成高二氧化碳含量的再生烟气；将再生烟气返回并逐步替代混合气中的二氧化碳；
在催化裂化装置稳定运行阶段，再生烟气完全替代混合气中的二氧化碳，再生烟气与氧气混合后，作为主风促进结焦催化剂进行烧焦再生。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供一种结焦催化剂的再生方法，本发明提出的催化裂化催化剂再生方法，用氧气和二氧化碳混合气体取代传统的空气(氧气和氮气混合气体)作为再生器主风，促进再生剂进行烧焦再生。氧气与待生催化剂上的焦炭发生燃烧反应，生成的烟气中二氧化碳不需要复杂的捕集过程即可得到纯度较高的二氧化碳，大幅提高二氧化碳回收利用效率。由于二氧化碳的热容比氮气热容高60％左右，二氧化碳替代氮气在再生器内循环，可以带走更多热量，降低再生器取热器热负荷。本发明可有效控制再生烟气中一氧化碳含量，防止由于一氧化碳浓度高导致的尾燃发生，使再生器运行更加安全。由于本发明使用的再生器主风中不含氮气，避免了氮气在高温下与氧气反应生成NOx污染气体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1的工艺流程示意图；
图2为本发明实施例2的工艺流程示意图；
图3为本发明对比例1的工艺流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提出了一种结焦催化剂的再生方法，该方法是一种催化裂化待生催化剂的再生方法，可以提高再生烟气中的二氧化碳浓度，省去二氧化碳捕集过程，降低二氧化碳捕集成本，提高二氧化碳回收效率。
本发明目的在于克服现有技术的缺陷，能够提供一种新型催化裂化催化剂再生方法，大幅提高再生烟气中二氧化碳含量至95％以上，省去二氧化碳捕集过程，大幅提高二氧化碳回收效率。
为了实现本发明的技术目的，本发明技术方案的实施包括如下步骤：
(1)、利用空分装置将空气中的各组分气体分离，分离出高纯度的氧气；
(2)、将高纯度的氧气通入燃烧炉中，与燃料油接触燃烧生成高纯度的二氧化碳；
(3)、在催化裂化装置的开工阶段，将生成的高纯度的二氧化碳与高纯度的氧气按一定的摩尔比例在混合器内混合后，代替主风，然后通入催化裂化再生器，氧气与待生催化剂上的焦炭发生燃烧反应即催化裂化催化剂进行烧焦反应，生成高二氧化碳含量的再生烟气；再生烟气经过催化裂化装置后续处理后，循环回混合器，逐步替代燃烧炉生成的二氧化碳；
(4)、催化裂化装置的稳定运行阶段，再生烟气中的高纯度的二氧化碳完全替代燃烧炉生成的二氧化碳，其中一部分与高纯度的氧气按一定摩尔比例在混合器内混合后，作为主风进入再生器进行烧焦反应；
(5)、排出装置的再生烟气经过简单提纯后即可生产工业级二氧化碳；
(6)、为保障再生烟气中二氧化碳含量超过95v％，设置主风控制系统，可根据再生烟气在线监测分析获取的烟气组成情况，自动控制主风各组分流量和摩尔比例。具体的：
如果再生烟气中二氧化碳低于95v％，且剩余气体中以氧气为主，说明再生系统氧气过剩，则由主风控制系统适度降低氧气流量、提高循环烟气的流量，使再生烟气中二氧化碳含量高于95v％。
如果再生烟气中二氧化碳低于95v％，且剩余气体中以一氧化碳为主，说明再生系统氧气不足，由主风控制系统适度提高氧气流量、降低循环烟气的流量，使再生烟气中二氧化碳含量高于95v％。
如果再生烟气中二氧化碳低于95v％，且剩余气体中一氧化碳和氧气含量都较高，说明再生器内烧焦时间不足，由主风控制系统适度降低氧气和循环烟气的流量，使再生烟气中二氧化碳含量高于95v％。
(7)、主风控制系统包括：
①、再生烟气在线分析仪，用于分析烟气组成；
②、主风流量计算模型，根据再生烟气组成，计算主风各组分流量；
③、流量控制系统，用于控制主风各组分流量。
在本发明实施例提供的上述技术方案中，主风流量计算模型根据再生烟气中二氧化碳、氧气的体积分率计算循环烟气流量、高纯氧气流量和高纯二氧化碳体积流量。循环烟气体积流量、高纯氧气体积流量和高纯二氧化碳体积流量可由式(1)-(3)求得：
其中，FCK表示焦炭质量流量，α、β、η1、η2为常数，分别表示再生烟气中二氧化碳、氧气的体积分率，FCF、分别表示循环烟气体积流量、高纯氧气体积流量和高纯二氧化碳体积流量。
在本发明实施例提供的上述技术方案中，再生器内的再生温度为 600-800℃，优选为650-750℃。混合器内的高纯度的二氧化碳与高纯度的氧气的摩尔比为1-10，优选3-5。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明以下实施例中，原材料来源、组分、制备和实验方法与对比例相同。待生催化剂就是结焦催化剂。
实施例1
如图1所示，在催化裂化装置开工阶段，利用空分装置将空气中的各组分气体分离，分离出高纯度的氧气和其他气体；将高纯度的氧气通入燃烧炉中，与燃料油接触燃烧生成高纯度的二氧化碳；将生成的高纯度的二氧化碳与高纯度的氧气按4:1的摩尔比例在混合器内进行混合后，代替主风，通入催化裂化再生器进行促进待生剂的烧焦反应，生成高二氧化碳含量的再生烟气；从再生系统排出的再生烟气在主风控制系统的控制下，循环回混合器，逐步替代燃烧炉生成的二氧化碳。再生器初始操作条件见表1，再生烟气组成见表2。
实施例2
如图2所示，在催化裂化装置稳定运行阶段，利用空分装置将空气中的各组分气体分离，分离出高纯度的氧气和其他气体；在主风控制系统的控制下，高纯度的氧气与部分再生器烟气(主要为CO2)按1:5的摩尔比例在混合器内混合后，通入催化裂化再生器进行烧焦反应，生成二氧化碳含量高的烟气。再生器初始操作条件见表1，再生烟气组成见表2。
对比例1
待生催化剂采用常规再生，参见图3。
再生器操作条件见表1，再生烟气组成见表2。
表1再生器操作条件
项目
实施例1
实施例2
对比例1
温度，℃
700
700
700
主风组成，v％
二氧化碳
80.0
79.0
0
一氧化碳
0
0.8
0
氧气
20.0
20.2
20.9
氮气
0
0
78.1
主风流量，Nm<sup>3</sup>/s
19.04
19.49
19.41
焦炭流量，kg/s
1.57
1.57
1.57
表2烟气组成
项目
实施例1
实施例2
对比例1
氮气，v％
0
0
81.5
二氧化碳，v％
96.5
98.6
13.6
一氧化碳，v％
0.7
1.0
0.7
氧气，v％
2.8
0.4
4.2
SO<sub>x</sub>，mg/m<sup>3</sup>
35
35
35
NO<sub>x</sub>，mg/m<sup>3</sup>
0
0
72
表2的对比结果表明，本发明实施例1-2提供的待生催化剂的再生方法所产生的再生烟气中不含氮气，二氧化碳在再生烟气中的比例不低于 95v％，与对比例1中的常规再生方法相比，本发明实施例的方案所产生的再生烟气中二氧化碳不用经过特殊的捕集手段，采用较为简单的物理分离即可得到高纯度的二氧化碳。
对比例2
与实施例2的步骤相似，不同之处仅在于：二氧化碳和氧气的比例为1，主风流量为6.50Nm3/s，焦炭流量为1.57kg/s，再生烟气组成见表3。
对比例3
与实施例2的步骤相似，不同之处仅在于：二氧化碳和氧气的比例为 10，主风流量为35.73Nm3/s，焦炭流量为1.57kg/s，再生烟气组成见表3。
表3烟气组成
项目
对比例2
对比例3
氮气，v％
0
0
二氧化碳，v％
98.6
98.9
一氧化碳，v％
1.0
1
氧气，v％
0.4
0.1
SO<sub>x</sub>，mg/m<sup>3</sup>
35
35
NO<sub>x</sub>，mg/m<sup>3</sup>
0
0
如表3所示，在不同的二氧化碳和氧气的比例下，可以通过调整主风流量，二氧化碳在再生烟气中的比例不低于95v％。
综上，本发明实施例提供了一种结焦催化剂的再生方法，该方法用氧气和二氧化碳混合气体取代传统的空气(氧气和氮气混合气体)作为再生器主风，促进再生剂进行烧焦再生。氧气与待生催化剂上的焦炭发生燃烧反应，生成的烟气中二氧化碳含量可达到95％以上，不需要复杂的捕集过程即可得到纯度较高的二氧化碳，大幅提高二氧化碳回收利用效率。由于二氧化碳的热容比氮气热容高60％左右，二氧化碳替代氮气在再生器内循环，可以带走更多热量，降低再生器取热器热负荷。本发明实施例提供的方案可有效控制再生烟气中一氧化碳含量，防止由于一氧化碳浓度高导致的尾燃发生，使再生器运行更加安全。由于本发明实施例的催化剂再生方法中使用的再生器主风中不含氮气，避免了氮气在高温下与氧气反应生成NOx污染气体。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。