CN108940382B - 一种高温费托合成废催化剂的钝化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，包括废催化剂收集槽(1)及连接在废催化剂收集槽(1)顶部的气固分离器(4)，废催化剂收集槽(1)的外侧和/或内侧设有换热管(2)，底部带有锥底，锥底处设有一层或多层气体分布器(3)，气固分离器气体出口管线设置在线氧分析仪(5)。本发明能够降低催化剂温度和反应活性，置换掉催化剂夹带的反应气体和烃类物质，避免反应气与钝化空气接触发生危险。与现有技术相比，本发明能够高效清洁的对废催化剂进行钝化处理，有利于催化剂的回收利用，避免了污水排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种钝化装置，尤其是涉及一种高温费托合成废催化剂的钝化装置。
背景技术
费托合成是煤间接液化技术的核心，费托合成通过铁基或钴基催化剂将合成气(CO+H2)转化为烃类物质，同时生成水。根据反应温度，费托合成又分为低温费托合成和高温费托合成，其中高温费托合成反应温度为300～400℃，反应压力2.0～5.0MPa，采用循环流化床或固定流化床反应器，催化剂采用熔融法铁基催化剂或沉淀法铁基催化剂。费托合成反应的催化剂主要是还原态，所以催化剂加入合成反应器前需要进行催化剂还原，随着反应进行，部分催化剂活性下降或破损，因此需要定期对催化剂进行在线部分排放和部分添加来保证催化剂浓度、活性和选择性，由于废催化剂中金属仍然大量为还原态，性质比较活泼，暴露在空气中很容易发生氧化反应，引起自燃，这为运行装置和废催化剂运输带来了安全隐患，因此在废催化剂送出界区前必须进行催化剂钝化处理。传统的催化剂钝化一般是排入渣池用水钝化后捞出，会造成催化剂污染和组分流失，不利于催化剂回收；如果直接用水蒸气钝化则容易因为水汽冷凝造成催化剂结块，影响催化剂排放，本发明克服了以上缺点，更有利于催化剂的回收利用，也避免了污水排放。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高温费托合成废催化剂的钝化装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，包括废催化剂收集槽及连接在所述废催化剂收集槽顶部的气固分离器，废催化剂通过压差以密相输送的形式进入废催化剂收集槽，通入钝化气体在一定的钝化温度下进行钝化，钝化失活的催化剂从废催化剂收集槽下部排放口排出。
所述废催化剂收集槽的外侧和/或内侧设有换热管，底部带有锥底，该锥底内角为45°～145°，优选为60°～90°，所述锥底处设有一层或多层气体分布器。
所述换热管采用螺旋盘管式或U型管式的换热管，螺旋盘管式的换热管为多圈与收集槽同心的盘管。
所述换热管通入冷却水以降低温度，控制废催化剂收集槽的钝化温度在200-400℃。
所述气体分布器为与收集槽同心的环状管。
锥底设有一层或多层环形气体分布器，尽量靠近锥壁，分布器呈环状，气体分布管上开孔，孔均匀分布，开孔率为1～10％，孔口向下，气体孔口流速10-200m/s，根据需要开孔可以配置喷嘴，多层气体分布器呈同心布置，确保气体的均匀分布和床层流化均匀。并且多层气体分布器小孔尽量均布，使气体在收集槽截面上均布，使颗粒悬浮更加均匀，催化剂在收集槽内保持好的流化状态。
如果仅有一层气体分布器，则气体分布器先后通入低压气体和空气，如果有多组气体分布器，则可分别通入低压气体和空气，低压气体为氮气或其它惰性气体，优选氮气。
所述废催化剂收集槽的顶部设有高压气体进口。通入高压气体用于上游设备催化剂排放时控制收集槽压力，保持上游设备与收集槽压差，以控制催化剂排放速度，高压气体为氮气或其它惰性气体。
所述气固分离器内设有多孔介质过滤器。多孔介质过滤器设有一组或多组滤芯，滤芯为金属烧结或其它多孔材料，滤芯的孔径小于5μm。所述滤芯内外压差大于0.2MPa时使用高压气体对滤芯进行反吹。反吹高压气体为氮气或其它惰性气体，优选氮气。
所述气固分离器气体出口管线设置了在线氧分析仪，严格禁止含氧气体进入火炬或燃料气管线，目的是确保含氧气体不进入火炬或燃料气管线。废催化剂钝化时气体分布器首先通入的是低压惰性气体对催化剂进行冷却和气体置换，此时经过滤后气体可送入火炬或燃料气管线，经冷却和置换后再通入空气，此时气体主要是空气，送高点放空。
将高温费托合成废催化剂首先在收集槽中降温，再通入空气和氮气使催化剂氧化，通过控制空气和氮气总量维持一定的线速保证床层钝化均匀，通过控制空气和氮气的比例来控制钝化温度，当钝化温度不再升高时，说明催化剂已经钝化完成，催化剂进一步降温后就可以卸料送出界区进一步无害化处理。收集槽顶部出口设置了一个气固分离器以捕集气体夹带的催化剂颗粒。
除此之外，本钝化装置适用而不仅限于高温费托合成废催化剂，其它流化床反应所用的还原态金属废催化剂同样适用。
与现有技术相比，本发明通过换热管间接换热和通入低压气体直接移热，降低了废催化剂温度，降低了催化剂活性。低压气体通过与废催化剂接触，除降低催化剂温度外，还可以置换掉催化剂夹带的反应气体和烃类物质，避免反应气与钝化空气接触发生危险。降温后催化剂再与空气中氧气进行氧化反应，经过充分反应后，催化剂失去活性，经过以上处理废催化剂可安全送出界区。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为多层气体分布器布置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，包括废催化剂收集槽及连接在所述废催化剂收集槽顶部的气固分离器，废催化剂通过压差以密相输送的形式进入废催化剂收集槽，通入钝化气体在一定的钝化温度下进行钝化，钝化失活的催化剂从废催化剂收集槽下部排放口排出。
废催化剂收集槽的外侧和/或内侧设有换热管，采用螺旋盘管式或U型管式的换热管，螺旋盘管式的换热管为多圈与收集槽同心的盘管。换热管通入冷却水以降低温度，控制废催化剂收集槽的钝化温度在200-400℃。
收集槽的底部带有锥底，锥底内角为45°～145°，优选为60°～90°，在锥底处设有一层或多层气体分布器，为与收集槽同心的环状管，可以设置一层，也可以设置多层。如果仅有一层气体分布器，则气体分布器先后通入低压气体和空气，如果有多组气体分布器，则可分别通入低压气体和空气，低压气体为氮气或其它惰性气体。环形的气体分布器在设置时尽量靠近锥壁，分布器呈环状，气体分布管上开孔，孔均匀分布，开孔率为1～10％，孔口向下，气体孔口流速10-200m/s，根据需要开孔可以配置喷嘴，多层气体分布器呈同心布置，确保气体的均匀分布和床层流化均匀。并且多层气体分布器小孔尽量均布，使气体在收集槽截面上均布，使颗粒悬浮更加均匀，催化剂在收集槽内保持好的流化状态。
在废催化剂收集槽的顶部设有高压气体进口。通入高压气体用于上游设备催化剂排放时控制收集槽压力，保持上游设备与收集槽压差，以控制催化剂排放速度，高压气体为氮气或其它惰性气体。
气固分离器内设有多孔介质过滤器。多孔介质过滤器设有一组或多组滤芯，滤芯为金属烧结或其它多孔材料，滤芯的孔径小于5μm。当滤芯内外压差大于0.2MPa时使用高压气体对滤芯进行反吹。反吹高压气体为氮气或其它惰性气体，优选氮气。并且在气固分离器气体出口管线设置了在线氧分析仪，严格禁止含氧气体进入火炬或燃料气管线，目的是确保含氧气体不进入火炬或燃料气管线。废催化剂钝化时气体分布器首先通入的是低压惰性气体对催化剂进行冷却和气体置换，此时经过滤后气体可送入火炬或燃料气管线，经冷却和置换后再通入空气，此时气体主要是空气，送高点放空。
本发明在使用时，将高温费托合成废催化剂首先在收集槽中降温，再通入空气和氮气使催化剂氧化，通过控制空气和氮气总量维持一定的线速保证床层钝化均匀，通过控制空气和氮气的比例来控制钝化温度，当钝化温度不再升高时，说明催化剂已经钝化完成，催化剂进一步降温后就可以卸料送出界区进一步无害化处理。收集槽顶部出口设置了一个气固分离器以捕集气体夹带的催化剂颗粒。
除此之外，本钝化装置适用而不仅限于高温费托合成废催化剂，其它流化床反应所用的还原态金属废催化剂同样适用。下面的实施例为费托合成废催化剂钝化的实例。结合图1～图2进一步做说明。
实施例
一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其结构如图1所示，包括废催化剂收集槽1及连接在废催化剂收集槽1顶部的气固分离器4。废催化剂收集槽1的锥底6的内角为60°，锥底设置了二层气体分布器3，如图2所示。自上而下数，第一层气体分布管7内通入的为工厂空气，第二层气体分布管8内通入低压气体，例如可以通入低压氮气，在上述分布管上均布有小孔9。收集槽外部设置了冷却盘管2，管内换热介质为冷却水。废催化剂收集槽顶设置了高压氮气，收集槽压力通过氮气流量与收集槽出口气体流量分程控制。收集槽出口气体管线设置了气固分离器4，分离器内设有多根烧结金属滤芯，气固分离器设有高压氮气反冲管线，气固分离器出口气体管线设有在线氧气分析仪5。气固分离器内设有多孔介质过滤器。多孔介质过滤器设有一组或多组滤芯，滤芯为金属烧结或其它多孔材料，滤芯的孔径小于5μm。当滤芯内外压差大于0.2MPa时使用高压气体对滤芯进行反吹。废催化剂钝化时气体分布器首先通入的是低压惰性气体对催化剂进行冷却和气体置换，此时经过滤后气体可送入火炬或燃料气管线，经冷却和置换后再通入空气，此时气体主要是空气，送高点放空。
高温费托合成操作温度为350℃、操作压力2.5MPa，反应器采用固定流化床，催化剂采用熔融法铁基催化剂。废催化剂定期更新，更新前，确认废催化剂收集槽外部冷却盘管使用正常，气固分离器出口管线氧含量为0，去高点放空管线阀门关闭，去火炬或燃料气管线阀门打开。将废催化剂收集槽压力通过高压氮气提高到与反应器压差为0.1～0.7MPa，打开反应器废催化剂卸料阀门，通过反应器与收集槽压差控制废催化剂流量，废催化剂泄放结束后关闭反应器废催化剂卸料阀门。通过废催化剂收集槽放空阀与高压氮气分程控制降低收集槽压力，打开气体分布器低压氮气，使收集槽内催化剂保持流化状态并对催化剂进行冷却，废催化剂收集槽温度降至300℃，关闭去火炬或燃料气管线阀门，打开去高点放空阀门，打开气体分布器工厂空气阀门，废催化剂收集槽温度有升高趋势，钝化反应开始。调节空气和氮气比例控制钝化温度保持稳定，空气和氮气总流量保持稳定确保钝化均匀。钝化一段时间后，温度不再升高认为钝化结束，关闭空气，逐渐增加低压氮气流量冷却催化剂，废催化剂收集槽温度降至100℃以下，打开废催化剂收集槽下部阀门，将废催化剂排出收集槽并尽快运出界区。在冷却和钝化过程中，如果气固分离器前后压差大于0.2MPa时，打开气固分离器上高压氮气阀门，对滤芯进行反冲，将催化剂颗粒反冲至收集槽中，关闭高压氮气阀门。
钝化前废催化剂温度为350℃，夹带的气体体积约占90％，主要为H2、CO、CO2、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等，催化剂中还原态铁占30～50％，固态碳含量占3％。还原态铁有极强的反应活性，在高温情况下反应气会继续进行费托合成反应，放出大量热，如果与空气接触，还原态铁还会发生剧烈的氧化反应，非常容易引起火灾。
废催化剂经过实施例所述钝化装置处理后，气体主要是氮气和氧气，合成气浓度为0，催化剂中还原态铁低于2％，碳含量降低至0.5％，催化剂从收集槽中卸料后露天堆放无自燃，不发热。催化剂粉末流动性良好，水含量为0，可以直接回收加工新催化剂。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，该钝化装置包括废催化剂收集槽（1）及连接在所述废催化剂收集槽（1）顶部的气固分离器（4），
所述废催化剂收集槽（1）的外侧和/或内侧设有换热管（2），底部带有锥底，所述锥底处设有一层或多层气体分布器（3）；
所述气体分布器（3）上均匀设置小孔，小孔孔口向下，小孔上安装喷嘴；
所述气固分离器（4）气体出口管线设置了在线氧分析仪（5）；
所述换热管（2）通入冷却水以降低温度，控制废催化剂收集槽（1）的钝化温度在200-400℃；
如果仅有一层气体分布器（3），则气体分布器（3）先后通入低压气体和空气，如果有多组气体分布器（3），则分别通入低压气体和空气，低压气体为氮气或其它惰性气体。
2.根据权利要求1所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述换热管（2）采用螺旋盘管式或U型管式的换热管，螺旋盘管式的换热管为多圈与收集槽同心的盘管。
3.根据权利要求1所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述气体分布器（3）为与收集槽同心的环状管。
4.根据权利要求1或3所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述气体分布器（3）气体孔口流速10-200m/s。
5.根据权利要求1所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述废催化剂收集槽（1）的顶部设有高压气体进口。
6.根据权利要求1所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述气固分离器（4）内设有多孔介质过滤器。
7.根据权利要求6所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述多孔介质过滤器设有一组或多组滤芯，滤芯的型式为多孔材料，滤芯的孔径小于5μm。
8.根据权利要求7所述的一种高温费托合成废催化剂的钝化装置，其特征在于，所述滤芯内外压差大于0.2MPa时使用高压气体对滤芯进行反吹。
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| CN209034372U (zh) * | 2018-09-04 | 2019-06-28 | 上海兖矿能源科技研发有限公司 | 一种用于高温费托合成废催化剂的钝化装置 |
-
2018
- 2018-09-04 CN CN201811042952.4A patent/CN108940382B/zh active Active
Patent Citations (6)
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