[发明专利]一种用于催化生物质合成气合成低碳混合醇的催化剂的还原装置及还原方法

说明书

技术领域：

本发明涉及化工领域，具体涉及一种用于催化生物质合成气合成低碳混合醇的催化剂的还原装置及还原方法。

背景技术：

随着化石能源的日渐匮乏，环境污染及温室问题的日益严重，从生物质农林废弃物资源(如秸秆等)出发获取高品位液体燃料和化学品正逐渐成为一种发展趋势，已在国内外引起了高度关注。生物质气化合成液体燃料技术，是指通过热化学方法将生物质气化产生粗燃气，再经燃气净化、组分调变获得高质量的合成气，进而增压后采用催化技术合成液体燃料和化学品的一整套集成技术，产品主要包括烃类燃料(如汽油、柴油等)和含氧化合物液体燃料(如低碳混合醇和二甲醚等)。由于该技术具有原料适应性广、产品纯度和洁净度高、燃烧后无SO_x和低NO_x排放的特点，在发动机燃料和民用燃料方面存在巨大的市场需求，前景十分可观。特别是在我国大力发展可再生能源、逐步降低对传统化石能源依赖的背景下，研究将来源丰富的秸秆等生物质资源气化合成液体燃料的高效洁净利用技术显得尤为重要。生物质基液体燃料和化学品的市场前景最终取决于成本的竞争性，从而降低成本已成为其经济性的关键环节。

目前，生物质合成气催化合成低碳混合醇大部分停留在实验室和中试阶段，其规模相对较小，生产成本较高。小试及中试规模对还原气质条件和气体流量要求不高，成本显现不出来，然而在大型工业化过程中，节约成本则成为了低碳混合醇合成的重要经济指标。对于传统的Cu-Fe基低碳醇合成催化剂来说，一般采用H₂和N₂对其进行还原。在工业化规模中则需要大量的H₂和N₂还原气源，同时需要添加与合成系统相匹配的还原管路和装置，这大大增加了生产成本。另一方面，在还原过程中，铁氧化物在H₂的作用下还原为单质Fe，氧化铜则还原为单质Cu，还原后的催化剂需要在合成气气氛下继续转变为铁碳化物才具有碳链增长的反应活性，因此不同气源和装置之间切换繁琐，不仅使用不方便，而且系统不稳定。

发明内容：

本发明的目的是针对传统生物质合成气催化合成低碳混合醇催化剂还原过程中需添加H₂/N₂管路以及大量的还原气源，不同气源间频繁切换的缺陷而进行的优化系统设计，提供一种简单、易操作、可显著降低生产成本和系统维护成本的用于催化生物质合成气合成低碳混合醇的催化剂的还原装置及还原方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种用于催化生物质合成气合成低碳混合醇的催化剂的还原装置，包括可设置四段不同的压力的压缩单元1、脱碳单元2和还原单元3(所述还原单元也承担着合成单元的作用，在催化剂还原结束后作为生物质合成气合成低碳混合醇的反应装置)；所述的压缩单元1设有跟生物质合成气连接的压缩机一段进口4、压缩机二段出口5、压缩机三段进口6和压缩机四段出口7，所述脱碳单元2包括脱碳塔8、计量泵9、用于储存碳酸丙烯酯溶液的碳丙液槽10和再生塔11，所述计量泵9将碳丙液槽10中的碳酸丙烯酯溶液(简称为碳丙液)送入脱碳塔8用来吸收压缩机二段出口5出来的生物质合成气中的CO₂气体，碳酸丙烯酯溶液吸收CO₂气体后得到的吸收液经再生塔11解析出CO₂气体回流至碳丙液槽10进行下一轮吸收，所述依次连接的脱碳塔8、计量泵9、碳丙液槽10和再生塔11形成一个循环回路；所述还原单元3包括壁上设有导热油夹层20的固定床反应塔19、跟所述导热油夹层20连通的为固定床反应塔19供热的导热油炉26和在线监测进出固定床反应塔19的生物质合成气成分和含量的合成气在线分析仪27；所述压缩机二段出口5跟所述脱碳塔8侧面下方设有的生物质合成气入口14连通，所述压缩机三段进口6跟所述脱碳塔8顶部设有的脱CO₂合成气出口18连通，所述压缩机四段出口7跟固定床反应塔19顶部设有的合成气进口24连通。

所述脱碳塔8顶部设有跟压缩机三段进口6连通的脱CO₂合成气出口18，侧面上方设置有跟计量泵9连通的碳丙液入口13，侧面下方设有跟压缩机二段出口5连通的生物质合成气入口14，底部设有吸收CO₂气体的吸收液出口15。

所述再生塔11侧面上部设有吸收液入口16，顶部设有排CO₂口17，底部设有跟所述碳丙液槽10顶部连通的碳丙液出口12，所述吸收液入口16跟脱碳塔8底部设有的吸收液出口15通过管路连通。