CN103104927B - 一种fcc装置co余热锅炉的烟气脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种FCC装置CO余热锅炉的烟气脱硝方法,在FCC装置CO余热锅炉外侧设置一个脱硝反应器,在CO余热锅炉的锅炉蒸发段和锅炉省煤段之间设置分隔板,脱硝反应器进口端和出口端与CO余热锅炉相连,脱硝反应器进口端与CO余热锅炉蒸发段下部连通,脱硝反应器出口端与CO余热锅炉省煤器上部连通,设置循环管路,循环管路连通脱硝反应器出口和入口,循环管路上设置风机,循环管路将脱硝反应器出口烟气部分循环至脱硝反应器入口。本发明方法既避免CO锅炉掉落的大块粉尘堵塞催化剂,延长了催化剂使用寿命,又控制了逃逸氨,省掉了空气预热器,节省了占地,降低了能耗,保证了脱硝率。

Description

一种FCC装置CO余热锅炉的烟气脱硝方法

技术领域

[0001] 本发明涉及催化裂化(FCC)再生烟气的治理方法,特别是涉及炼厂FCC装置再生 烟气处理的选择性催化还原(SCR)脱硝工艺。

背景技术

[0002] 氮氧化物总称为NOx,是大气污染的主要污染源之一。危害最大的主要是:N0和 N02。主要危害如下:(1)对人体有毒害作用;(2)对植物有毒害作用;(3)可形成酸 雨、酸雾;(4)与碳氢化合物形成光化学烟雾;(5)破坏臭氧层。

[0003] 在炼油厂,FCC(流化催化裂化)工艺中,催化剂颗粒在催化裂化区和催化剂再生 区域之间反复循环,在再生期间,催化剂颗粒上的来自裂化反应的焦炭在高温下通过空气 氧化除去,焦炭沉积物的去除使催化剂的活性恢复,并在裂化反应中能再被利用。

[0004] 燃烧过程中的主要生成3种N0X,(1)温度型NOx (THermol NOx):空气中的氮气在 高温下氧化产生的N0X。(2)快速型NOx (Promot NOx):碳氢燃料在空气系数小(碳氢燃料过 浓)的情况下,在火焰内急剧生成的大量N0X。(3)燃料型NO x (Fuel NOx):燃料中的含氮化 合物在燃烧过程中生成的NOx。

[0005] 催化裂化再生产生的烟气中NO和NO2均有,但热力学和动力学的研宄表明,主要 生成N0,总NOx中,NO约占90%,NO2约占10%。FCC烟气中的NO x几乎全部来自催化剂上的 含氮的焦炭燃烧产生的烟气。因此由于催化剂的再生,所有处理含氮原料的FCCU都会存在 NOx的排放问题。在炼油厂,FCCU是最大的NO 放源。

[0006] 为控制NOx排放,国外制定了各类标准。美国环保局与13家炼油企业签订了污染 物控制协定(Consent Decree),欧盟要求所有炼油厂执行《综合污染和控制指南》,日本制 定了 FC⑶的NOx的排放标准。我国制定的《大气综合污染物排放标准一 GB16297 - 1996》 和《锅炉大气污染物排放标准一 GWPB3 - 1999》均对排放作出限制,随着环保法规的 日益严格,对NOx排放指标要求会随之提高。因此,NO x污染治理到了刻不容缓的地步。

[0007] 目前烟气脱硝技术主要有:气相反应的SCR(选择性催化还原法)和SNCR(选择性 非催化还原法)、液体吸收法、固体吸附法、高能电子活化氧化法(EBA电子束照射法和PPCP 脉冲电晕等离子体法)等。

[0008] 在众多烟气脱硝处理技术中,液体吸收法脱硝效率低;吸附法脱硝效率高,但吸附 量小,再生频繁,应用不广泛;高能电子活化氧化法可以同时脱硫脱硝,但能耗高,寿命短; SNCR法氨的逃逸率高,会产生安全问题。

[0009] SCR技术与其他技术相比,具有脱硝效率高,技术成熟等优点,是目前国内外烟气 脱硝工程应用最多的技术。SCR法是指在反应温度200°C ~400°C,用NH3作还原剂将NOx催 化还原为N2,废气中的氧很少参加反应,放热量小。

[0010] SCR技术中,反应器内未参加反应的氨即逃逸氨,随净化烟气从反应器出口被带入 下游的空气预热器(换热器)中,与烟气中的硫氧化物生成铵盐,积聚在换热管上,腐蚀并堵 塞换热器。所以SCR脱硝反应需要控制逃逸氨。

[0011] 重油催化裂化装置CO余热锅炉,主要是利用催化裂化(FCC)装置生产过程中产生 的高温再生烟气余热和再生器烧焦产生的CO来生产中压过热蒸汽。⑶余热锅炉一般为JT 形结构,炉膛为绝热炉膛结构,CO再生烟气和冷却风从炉膛底部进入,炉膛出口的水平烟道 上布置水保护段,尾部烟道依次布置高低温过热器、对流蒸发段、高低温省煤器等受热面设 备,烟气由尾部烟道底部排出。

[0012] CO余热锅炉所焚烧的烟气来自催化裂化催化剂再生器,再生烟气进入锅炉后加入 空气和燃料焚烧,目的是除去再生烟气中的CO及其它有害物,回收加燃气燃烧CO产生的热 能;余热锅炉另一个主要用途是:在催化裂化装置事故停车时,通过燃油产出蒸汽,起到动 力锅炉的作用,以满足全厂蒸汽负荷调节的需要。

[0013] CN1895744公开了一种高尘复合SCR烟气脱硝工艺及脱硝催化反应装置,这套SCR 流程主要针对电厂烟气中的NOx,不适用FCC装置的CO锅炉烟气的NOx治理。其缺点表现 在:未考虑脱硝反应器可与FCC锅炉紧密结合,节省设备台数与占地面积,缓解炼厂用地比 较紧张问题,也未考虑脱硝反应器前除灰和控制逃逸氨的问题。

发明内容

[0014] 本发明涉及催化裂化(FCC)烟气的治理方法,特别是涉及炼厂FCC装置再生烟气 处理的选择性催化还原(SCR)脱硝工艺方法。

[0015] 本发明FCC装置CO余热锅炉的烟气脱硝方法包括如下内容:在FCC装置CO余热 锅炉外侧设置一个脱硝反应器,在CO余热锅炉的锅炉蒸发段和锅炉省煤段之间设置分隔 板,脱硝反应器进口端和出口端与CO余热锅炉相连,脱硝反应器进口端与CO余热锅炉蒸发 段下部连通,脱硝反应器出口端与CO余热锅炉省煤器上部连通,设置循环管路,循环管路 连通脱硝反应器出口和入口,循环管路上设置风机,循环管路将脱硝反应器出口烟气部分 循环至脱硝反应器入口。

[0016] 本发明方法中,在CO锅炉出口烟道即脱硝反应器进口烟道引入一股NH3S 5%(体 积含量)的稀释空气,既对氨起到稀释和携带作用,又有利于氨气在脱硝催化剂截面上的均 勾分布。

[0017] 本发明方法中,在脱硝反应器前设置除灰设备,保证脱硝催化剂脱硝率和使用寿 命。具体包括:CO余热锅炉在蒸发段出口处设置灰斗,CO锅炉内炉壁掉落的大颗粒粉尘从 蒸发段出口处被分离进入灰斗,避免粉尘进入脱硝反应器对催化剂造成堵塞。

[0018] 本发明方法中,采取控制氨逃逸的烟气循环措施,实现的技术手段是设置控制逃 逸氨浓度的循环风机。设置循环风机,抽吸脱硝反应器出口的烟气输送至脱硝反应器入口, 循环比控制在0. 1 :1〜1. 0 :1范围(循环气量与CO余热锅炉出口气量的体积比),可以实现 逃逸氨浓度<2mg/Nm3,优选低于< lmg/Nm3。逃逸氨浓度在CO省煤器入口处测量。

[0019] 本发明方法中,取消传统方法中的空气预热器,减少了空气消耗,降低了能耗。取 消常规SCR流程常规设置的空气预热器,以锅炉内的省煤器代替空气预热器,省掉了空气 消耗,降低了能耗,节省了占地面积。

[0020] 本发明方法中,CO余热锅炉旁边设置回流型脱硝反应器,既节省了占地面积,又避 免影响锅炉的整体结构和稳定性。在CO余热锅炉旁边设置脱硝反应器,温度为300〜400°C 的烟气从CO锅炉蒸发段后引出,在脱硝反应器内,在脱硝催化剂存在条件下,氨气与烟气 中NOx反应生成队和H20。脱硝后烟气又返回锅炉蒸发段后,即高温省煤器前,由CO余热锅 炉继续回收烟气中的热量。本发明方法中,引入的氨的量为0.8〜1.2 (ΝΗ3/Ν0χ摩尔比)。 烟气在脱硝反应器内的体积空速(不计循环气量)为2000〜8000 IT1。

[0021] 在CO余热锅炉旁设置烟气脱硝反应器,避免了脱硝催化剂安装在CO锅炉内使CO 锅炉抬升高度过高,导致CO锅炉建设难度大,某些地区考虑风载荷和地震载荷不能建设, 以及即使能建设也造成投资过高的缺点。

[0022] 本发明方法中,在脱硝反应器入口烟道设置喷氨组件和氨气/烟气均匀混合组 件。在烟道设置喷氨组件和氨气/烟气均匀混合组件实现氨气与烟气的混合,充分利用了 CO锅炉到脱硝反应器烟道,既节约占地又达到使氨气与烟气达到充分混合的效果,利于下 一步在催化剂床层的催化还原脱硝反应。在烟道中设置导流板和整流格栅,使氨气与烟气 在较短距离达到充分混合的效果。

[0023] 发明方法中,脱硝催化剂为蜂窝催化剂,孔径1〜10mm,脱硝催化剂为活性组分涂 覆在蜂窝状载体上,活性组分为过渡金属氧化物。活性组分具体为V的氧化物、Ti的氧化 物、W的氧化物和Mo的氧化物,活性组分以氧化物计为蜂窝载体质量如下:V(0. 1%〜4% )、 Ti (1% 〜90%)、W (1% 〜15%)和 Mo (0.1% 〜10%)。

[0024] 本发明方法中,CO余热锅炉排出的烟气进一步经过脱硫单元后从烟囱排出。

[0025] 本发明方法中,既节约了占地,又控制了逃逸氨;既除掉烟气中的大颗粒粉尘,又 延长催化剂的使用寿命,也保证了烟气的脱硝率。

附图说明

[0026] 图1是本发明方法使用装置构成示意图。

[0027] 其中:1、CO余热锅炉;2、脱硝反应器;3、锅炉蒸发段;4、灰斗和排尘口;5、锅炉省 煤器;6、注氨单元;7、锅炉吹灰器;8、循环风机;9、脱硫单元;10、烟筒。

具体实施方式

[0028] 本发明提供一种炼油厂催化裂化(FCC)烟气脱硝工艺,既不影响FCC烟气NOx的 去除率又不影响锅炉正常运行的脱硝工艺流程。

[0029] 如图所示,CO余热锅炉1的烟气从蒸发段3出口引出锅炉,锅炉粉尘从灰斗4排出 CO锅炉,引出的CO锅炉烟气在烟道中与加氨单元6喷出的氨气均匀混合,喷氨位置在CO余 热锅炉与脱硝反应器之间的烟道。氨气已与烟气充分混合后,进入脱硝反应器2的催化剂 床层的NOx和NH 3进行脱硝反应,生成N 2和H 20,脱硝反应器2出口的净化烟气由风机8以 〇. 1〜1的循环比送入脱硝反应器2的入口控制逃逸氨,脱硝后逃逸氨彡1〜2mg/Nm3的烟 气进入CO余热锅炉的省煤器回收热量后再进入脱硫单元9脱硫除尘,最后脱硝脱硫除尘后 的FCC再生烟气从烟囱10排入大气。

[0030] 催化剂床层安装在脱硝反应器内,催化剂反应的操作温度控制在300〜400°C,催 化剂模块采用蜂窝结构,该结构具有活性面积大,抗堵塞,耐中毒,耐老化等优异特性,催化 剂可以分为2~6层,其中1层设置为预留层,便于更换和添加催化剂。催化剂以蜂窝状堇青 石作为载体,采用二氧化钛和Al等组分产生的溶胶在其表面进行涂敷,然后浸渍活性组分 V、W、Fe、Mn、Ce等金属作为催化剂的活性组份,并加入适量助剂。该催化剂对SCR反应具有 良好的催化活性。

[0031] 吹灰器7放在催化剂层上方,吸附在催化剂表面的飞灰经蒸汽或声波吹灰后随烟 气进入脱硫单元9中去除,定期排放。

[0032] 实施例和比较例

[0033] 按照上述工艺流程,具体操作条件和结果见表1。脱硝催化剂活性组分含量为(以 活性组分氧化物占蜂窝状载体的重量计)V (2%)、Ti (8%)、W (1.5%)和Mo (2. 5%)。

[0034] 表1实施例和比较例的操作条件和结果。

[00351

Figure CN103104927BD00061

[0036] 表1数据表明,本发明方法在具有较高脱硝率的同时,逃逸氨浓度可以降低60%左 右,即逃逸氨不大于2mg/m3,另外催化剂寿命可以延长,同时保证了后续设备的长周期稳定 运转。

Claims (9)

1. 一种FCC装置CO余热锅炉的烟气脱硝方法,其特征在于包括如下内容:在FCC装置 C0余热锅炉外侧设置一个脱硝反应器,在C0余热锅炉的锅炉蒸发段和锅炉省煤段之间设 置分隔板,脱硝反应器进口端和出口端与C0余热锅炉相连,脱硝反应器进口端与C0余热锅 炉蒸发段下部连通,脱硝反应器出口端与C0余热锅炉省煤器上部连通,设置循环管路,循 环管路连通脱硝反应器出口和入口,循环管路上设置风机,循环管路将脱硝反应器出口烟 气部分循环至脱硝反应器入口;在脱硝反应器前设置除灰设备,C0余热锅炉在蒸发段出口 处设置灰斗,C0余热锅炉内炉壁掉落的大颗粒粉尘从蒸发段出口处被分离进入灰斗。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在C0余热锅炉出口烟道即脱硝反应器进 口烟道引入一股见13体积含量< 5 %的稀释空气。
3. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:循环风机抽吸脱硝反应器出口的烟气输 送至脱硝反应器入口,循环比控制在0. 1 :1〜1. 0 :1范围,循环比为循环气量与C0余热锅 炉出口气量的体积比。
4. 根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于:控制逃逸氨浓度< 2mg/Nm3。
5. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:脱硝反应器操作温度为300〜400°C。
6. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:引入的氨的量按NH3/N0x的摩尔比计为 0• 8 〜1. 2〇
7. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:烟气在脱硝反应器内不计循环气量的体 积空速为2000〜8000tr1。
8. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在脱硝反应器入口烟道设置喷氨组件和 氨气/烟气均勾混合组件。
9. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:脱硝催化剂为蜂窝催化剂,孔径为1〜 1〇_,脱硝催化剂为活性组分涂覆在蜂窝状载体上,活性组分为过渡金属氧化物。
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