CN102049319B - 一种低NOx排放的催化裂化再生工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于石油化工领域的一种低NOx排放的催化裂化再生工艺和设备。待生催化剂与空气一起从再生器底部进入提升管再生器，并在提升管再生器内烧掉20～60％的碳，然后催化剂与反应后富含CO烟气进入多级逆流流化床再生器继续反应，在所述的多级逆流流化床的中部交错通入富含CO气体和富氧气体，以形成多层还原区和氧化区。提出的再生设备包括提升管式再生器和多级逆流流化床再生器，两器串联，为同轴或并列设置，在多级逆流流化床再生器中部设有多个气体分配器，使其成为一种具有多层多区氧化还原环境的流化床再生器。本发明可使催化裂化再生烟气中NOx浓度降低至20ppm以下，再生剂含碳量降低至0.05wt％以下。

Description

一种低NOx排放的催化裂化再生工艺和设备
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，特别涉及一种低NOx排放的催化裂化再生工艺和设备。
背景技术
在流化催化裂化(FCC)工艺中，原料油进入提升管裂化反应器，并与来自再生器的热催化剂接触发生反应，转化为更为轻质的高价值产品。但同时伴随副产物焦炭的生成，生成的焦炭覆盖催化剂表面而使催化剂活性下降，结焦催化剂在分离区与烃类蒸汽分离，并进入再生器再生。
结焦催化剂与空气接触，表面负载的焦炭将会燃烧形成CO或CO2，焦炭中含氮物质转化主要形成N2和少量NOx。在过去人们对环境要求不高时，NOx的排放不受到限制。近来，人们对环境的要求日益提高，世界各国陆续出台了对NOx排放的限制政策。炼油厂排放的NOx量日益受到关注。而且，少量的NOx将会随着再生催化剂进入FCC反应器，对产品的进一步处理带来不利影响。
目前，工业上已有的降低FCC再生器废气中NOx浓度的方法主要有：(1)原料加氢预处理；(2)烟道气后处理法如选择性催化还原(SCR)法；(3)在反应器内使用FCC催化剂添加剂。方法(1)和(2)需要耗费昂贵的资金和操作费用。方法(3)在理论上是经济的脱NOx方法，但催化剂添加剂的SO2中毒和在富氧气氛下失活问题一直没有得到很好的解决，从而限制了该方法的广泛应用。人们还尝试了降低NOx的一些其他方法。如Kellogg公司采用增加挡板减少返混，创造与空气逆流接触条件；UOP公司采用的逆流再生方式，对减少NOx的排放效果明显，但这些逆流形式只是形成单一氧化区和还原区，不能满足日益严格的环境和产品要求。本发明针对现有FCC再生器的缺点，提出了一种低NOx排放再生方法和具有多层多区氧化还原环境多级逆流接触再生器。
发明内容
本发明提出了低NOx排放的催化裂化再生工艺和设备。
一种低NOx排放的催化裂化再生工艺，其核心是在多级逆流流化床再生器的中部交替通入富含CO气体和富氧气体，以形成多层还原区和多层富氧区的氧化还原环境。
具体工艺流程为：待生催化剂与空气一起从提升管再生器底部进入提升管再生器，然后催化剂与反应后富含CO烟气从提升管再生器顶部出口进入多级逆流流化床再生器的上部密相床，继续反应并形成富CO密相区，密相床层内的催化剂颗粒经气体分布板的溢流管向下流动，从底部进入多级逆流流化床再生器的空气向上运动，与催化剂颗粒呈逆流接触，在所述多级逆流流化床再生器的中部交替通入富含CO气体和富氧气体，以形成多层还原区和多层富氧区的氧化还原环境，多级逆流流化床再生器下部产生的含NOx烟气与通入的富含CO气体以及上部密相床层内的富含CO再生烟气发生反应，使NOx转化为N2。
所述提升管再生器的器顶压力为0.1～0.25MPa(表压)，反应温度在630～690℃范围内，气体表观线速为1.5～3.5m/s，在所述提升管再生器内烧掉20～60％的碳和大部分的氢。
所述多级逆流流化床再生器的压力为0.1～0.25MPa(表压)，反应温度在650～750℃范围内，优选的温度为670～700℃。所述多级逆流流化床再生器内气体表观线速为0.1～1.5m/s，在所述多级逆流流化床再生器内的不同高度交替通入富含CO气体和富氧气体，将多级逆流流化床再生器分成多层氧化区和多层还原区：在还原区内氧含量低于1％，优选的氧含量低于0.5％；CO浓度在2％～6％之间，优选的CO浓度在4％～6％之间；在氧化区内过剩氧含量为2％～6％。
优选的，所述的富含CO气体可以来自烟气出口排出的烟气。
一种低NOx排放的催化裂化再生设备，该设备包括提升管再生器和多级逆流流化床再生器，所述提升管再生器与所述多级逆流流化床再生器串联连接，在所述多级逆流流化床再生器中部设有多个气体分配器，所述气体分配器为3～7个。可通过气体分配器向多级逆流流化床再生器内交替通入富含CO气体和富氧气体，以形成多层还原区和富氧区的氧化还原环境。
所述多级逆流流化床再生器内设有多个气体分布板，所述气体分布板带有溢流立管，气体分布板上规则地开有小孔，但不允许催化剂颗粒从孔中下落，催化剂颗粒只能通过溢流立管向下流动，所述溢流立管为外置或内置设置，所述气体分配器分散设置于气体分布板下。
所述提升管再生器与所述多级逆流流化床再生器同轴式设置或者并列方式设置，同轴式设置时，在所述提升管再生器出口上方设置挡料板。
所述提升管再生器底部设待生催化剂进口和空气入口，所述多级逆流流化床再生器的底部设置空气入口和催化剂出口。
本发明的有益效果是能够解决现有再生器脱NOx效率较低的缺点，通过对再生器内部结构的调整改造，配合工艺操作条件，能够实现低NOx排放，无须增加再生烟气脱硝装置。其主要技术特点是：
1.结合了提升管反应器和多级逆流流化床反应器，同时具有提升管的流化再生和逆流再生的优点。
2.提升管反应阶段采用部分再生，产生的CO作为逆流再生阶段的还原剂。
3.多级逆流流化床再生器底部为富氧区，使待生剂负载的碳和氮充分转化，顶部为富CO还原区，保证有充足的CO浓度使之与NO反应，降低NOx的排放。可实现NOx的高效转化为N2，流化催化裂化催化剂再生烟气中NOx浓度降低至20ppm以下，再生剂含碳量降低至0.05wt％以下。
4.向多级逆流流化床再生器内交替通入富含CO烟气和富氧气体，以形成多层氧化区和还原区的氧化还原环境。
附图说明
图1为提升管烧焦器与带外置溢流管的多级逆流流化床再生器并列式结构示意图。
图2为提升管烧焦器与带内置溢流管的多级逆流流化床再生器并列式结构示意图。
图3为提升管烧焦器与带外置溢流管的多级逆流流化床再生器同轴式结构示意图。
图4为提升管烧焦器与带内置溢流管的多级逆流流化床再生器同轴式结构示意图。
图5为开有小孔的气体分布板结构示意图。
图6为多级逆流流化床再生器中通入富含CO气体、富氧气体和空气的环形气体分配器。
图中标号：
1-提升管再生器；2-多级逆流流化床再生器；3-挡料板；4-密相床层；7-气体分布板；8-气体分布板上的开孔；9-溢流立管；10-气体分配器；11-待生催化剂；12-空气；13-空气；14-富含CO气体；15-催化剂出口；16-气体分配器；17-催化剂入口；18-空气入口；19-空气入口；20-富氧气体；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1：
一种低NOx排放的催化裂化再生设备，该设备包括提升管再生器1和多级逆流流化床再生器2，所述提升管再生器1与所述多级逆流流化床再生器2串联连接，所述多级逆流流化床再生器2内设有多个气体分布板7，所述气体分布板7带有溢流立管9，所述溢流立管9为外置或内置设置，在所述多级逆流流化床再生器2中部设有多个气体分配器16，所述气体分配器16为3～7个，所述气体分配器可分散设置于气体分布板7下。
所述提升管再生器1与所述多级逆流流化床再生器2同轴式设置或者并列方式设置，同轴式设置时，在所述提升管再生器出口上方设置挡料板3。
所述提升管再生器1底部设待生催化剂进口和空气入口，所述多级逆流流化床再生器2的底部设置空气入口和催化剂出口。
提升管式再生器1与多级逆流流化床再生器2可为并列式串联连接(参见图1和图2)。所述提升管再生器1的作用主要是在较缓和条件下氧化再生，以产生富含CO烟气。提升管再生器1底部设置了催化剂入口17进入提升管和空气入口18，空气与待生催化剂在提升管再生器1接触反应，并将催化剂提升至多级逆流流化床再生器2的密相床层4上部，催化剂颗粒继续烧焦并形成富CO密相区。
所述多级逆流流化床反应器2内设置了多个气体分布板7(参见图5)，气体分布板7上规则地开有孔8，开孔直径为0.1～10mm，开孔率为5～30％，不允许催化剂颗粒向下降落，催化剂颗粒只能通过溢流立管9向下流动。催化剂溢流立管9的进口位于两个分布板之间的1/3～1/2处，催化剂溢流立管9的出口位于密相床层内。多级逆流流化床再生器2底部设置了空气入口19和气体分配器10。在多级逆流流化床再生器2的不同位置设置3～7个环形气体分配器16(参见图5)，并位于气体分布板7的下方。通入富含CO的气体或者引入提升管产生的富含CO气体14和富含O2气体20，以形成多个富CO还原区和多个富氧区。再生剂排出口位于多级逆流流化床再生器底部侧面，再生后的催化剂通过排出口进入催化裂化反应器反应。
所述提升管再生器与多级逆流流化床再生器还可以为同轴式串联设置(参见图3和图4)，与并列式设置不同的是，提升管再生器出口上方设置了挡料板3，使催化剂颗粒均匀撒落在多级逆流流化床再生器2的密相床层4。
实施例2
所用的低NOx排放的催化裂化再生设备中在所述多级逆流流化床再生器2中部设有5个环形气体分配器16(参见图6)，所述多级逆流流化床再生器2内设有多个气体分布板7，所述气体分配器可分散设置于气体分布板7下。所述提升管再生器1与所述多级逆流流化床再生器2并列式设置，所述气体分布板7带有溢流立管9，所述溢流立管9为外置。该设备如图1所示。
一种低NOx排放的催化裂化再生工艺，结合给出的附图1对本发明的工艺方法做进一步说明：
来自催化裂化反应器的待生催化剂11从提升管再生器1催化剂入口17进入提升管再生器1中，空气12从提升管再生器1底部空气入口18进入，与待生催化剂并流向上，将催化剂提升至多级逆流流化床再生器2的密相床层4上部，催化剂颗粒继续烧焦并形成富CO密相区，密相床层内的催化剂颗粒经气体分布板的溢流管向下流动，从底部气体入口19进入多级逆流流化床再生器2的空气13通过环形气体分配器10(参见图6)均匀分布后向上运动，与催化剂颗粒呈逆流接触，催化剂颗粒与来自多级逆流流化床再生器2底部的空气在气体分布板7上多次逆流接触再生，在所述多级逆流流化床再生器的中部不同高度交替通入富含CO气体14和富氧气体20，将多级逆流流化床再生器2分成多层还原区和多层富氧区的氧化还原环境(由下至上依次为：氧化区-还原区-氧化区-还原区-氧化区-还原区)，多级逆流流化床再生器下部产生的含NOx烟气与通入的富含CO气体以及上部密相床层内的富含CO再生烟气发生反应，使NOx转化为N2。
所述提升管再生器的器顶压力0.25MPa(表压)，反应温度在670℃，所述空气12的气体表观线速为1.8m/s，在所述提升管再生器1内，控制过剩氧含量为1.0％，烧掉50％的碳和大部分的氢。
所述多级逆流流化床再生器2内气体表观线速为0.9m/s，器顶压力0.25MPa(表压)，再生温度为710℃。
所述多级逆流流化床再生器2中还原区内氧含量为0.2％；CO浓度为2.0％；在氧化区内过剩氧含量为2.0％。
从多级逆流流化床再生器2底部卸料口15排出的再生催化剂，进入裂化反应器反应。从多级逆流流化床再生器2顶部排出的富含CO烟气可一部分返回多级逆流流化床再生器2中参与还原反应，另一部分可进入CO锅炉烧掉，以防止尾燃。即所述的富含CO气体可以为来自多级逆流流化床再生器2烟气出口排出的烟气。
利用本发明的再生器，并配合本发明的操作条件，可实现NOx的高效转化为N2，流化催化裂化催化剂再生烟气中NOx浓度降低至20ppm以下，再生剂含碳量由1.35wt％降低至0.05wt％以下。无需设置烟气脱硝装置和提及脱硝催化剂，大大降低了脱硝成本。
实施例3
本实施例采用的设备除其逆流再生器2的催化剂溢流立管9为内置形式外，其余与实施例2相同。本实施例所用设备如图2所示。
一种低NOx排放的催化裂化再生工艺，如图2所示，其工艺流程与实施例1相同，采用如下工艺参数：
所述提升管再生器的器顶压力0.23MPa(表压)，反应温度在660℃，所述空气12的气体表观线速为1.5m/s，在所述提升管再生器1内，控制过剩氧含量为0.7％，烧掉40％的碳和大部分的氢。
所述多级逆流流化床再生器2内气体表观线速为1.1m/s，器顶压力0.23MPa(表压)，再生温度为690℃。
所述多级逆流流化床再生器2中还原区内氧含量为1.0％；CO浓度为4.0％；在氧化区内过剩氧含量为4.0％。
其流化催化裂化催化剂再生烟气中NOx浓度降低至20ppm以下，再生剂含碳量由1.35wt％降低至0.03wt％以下。
实施例4
所用的低NOx排放的催化裂化再生设备中在所述多级逆流流化床再生器2中部设有5个环形气体分配器16(参见图6)，所述多级逆流流化床再生器2内设有多个气体分布板7，所述气体分配器可分散设置于气体分布板7下。所述提升管再生器1与所述多级逆流流化床再生器2同轴式设置，提升管再生器出口上方设置了挡料板3，所述气体分布板7带有溢流立管9，所述溢流立管9为外置。该设备如图3所示。
一种低NOx排放的催化裂化再生工艺，如图3所示，其工艺操作过程与实施例1相同，采用如下工艺参数：
所述提升管再生器的器顶压力0.25MPa(表压)，反应温度在690℃，所述空气12的气体表观线速为1.8m/s，在所述提升管再生器1内，控制过剩氧含量为1.0％，烧掉60％的碳和大部分的氢。
所述多级逆流流化床再生器2内气体表观线速为1.0m/s，器顶压力0.24MPa(表压)，再生温度为700℃。
所述多级逆流流化床再生器2中还原区内氧含量为0.5％；CO浓度为4％；在氧化区内过剩氧含量为2.0％。
利用本发明的再生器，并配合本发明的操作条件，可实现NOx的高效转化为N2，流化催化裂化催化剂再生烟气中NOx浓度降低至20ppm以下，再生剂含碳量由1.35wt％降低至0.05wt％以下。
实施例5
本实施例所用设备除了其溢流立管9为内置外，其余与实施例4相同。本实施例所用设备如图4所示。
一种低NOx排放的催化裂化再生工艺，如图4所示，其工艺操作过程与实施例3相同，采用如下工艺参数：
所述提升管再生器的器顶压力0.23MPa(表压)，反应温度在680℃，所述空气12的气体表观线速为1.5m/s，在所述提升管再生器1内，控制过剩氧含量为1.5％，烧掉60％的碳和大部分的氢。
所述多级逆流流化床再生器2内气体表观线速为0.8m/s，器顶压力0.23MPa(表压)，再生温度为690℃。
所述多级逆流流化床再生器2中还原区内氧含量为1.0％；CO浓度为4.0％；在氧化区内过剩氧含量为4.0％。
其流化催化裂化催化剂再生烟气中NOx浓度降低至20ppm以下，再生剂含碳量由1.35wt％降低至0.03wt％以下。

Claims (4)

1.一种低NOx排放的催化裂化再生工艺，待生催化剂与空气一起从提升管再生器底部进入提升管再生器，然后催化剂与反应后富含CO烟气从提升管再生器顶部出口进入多级逆流流化床再生器的上部密相床，继续反应并形成富CO密相区，密相床层内的催化剂颗粒经气体分布板的溢流管向下流动，从底部进入多级逆流流化床再生器的空气向上运动，与催化剂颗粒呈逆流接触，在所述多级逆流流化床再生器的中部交替通入富含CO气体和富氧气体，以形成多层还原区和多层富氧区的氧化还原环境，多级逆流流化床再生器下部产生的含NOx烟气与通入的富含CO气体以及上部密相床层内的富含CO再生烟气发生反应，使NOx转化为N2；其特征在于：具体工艺参数如下：
1)提升管再生器的器顶压力为0.1～0.25MPa，反应温度在630～690℃范围内，气体表观线速为1.5～3.5m/s；
2)多级逆流流化床再生器的压力为0.1～0.25MPa，反应温度在650～750℃范围内，所述多级逆流流化床再生器内气体表观线速为0.1～1.5m/s。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在还原区内氧含量低于1％，CO浓度在2％～6％之间；在氧化区内过剩氧含量为2％～6％。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在所述提升管再生器内烧掉20～60％的碳。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的富含CO气体来自所述多级逆流流化床再生器烟气出口排出的烟气。
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