CN109954325A - 用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及尾气处理领域,公开了一种用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法。该方法包括使丙烯腈催化剂的焙烧尾气进入旋流分离器进行第一级除尘后,再进入脱硝除尘反应器进行第二级除尘,得到清洁烟气;其中,所述脱硝除尘器中设置有催化剂层,所述催化剂层的还原催化剂用于催化氮氧化物反应生成氮气。本发明的方法针对粒径<10μm的细颗粒催化剂具有良好脱除效果,可以用于丙烯腈催化剂焙烧炉尾气的粉尘脱除,具有分离精度高、运行稳定、成本低、节能高效的优点。

Description

用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法

技术领域

本发明涉及尾气处理领域,具体涉及一种丙烯腈催化剂焙烧炉尾气脱除粉尘的方法。

背景技术

丙烯腈是重要的有机化工原料,主要用于制造腈纶纤维、ABS和SAN树脂、丁腈橡胶、己二腈、丙烯酰胺等产品。20世纪60年代初,美国标准石油公司成功开发出丙烯氨氧化制丙烯腈的新工艺(Sohio法),此后丙烯腈工业得到迅速发展。该工艺的核心技术是催化剂。经过不断的改进,目前催化剂已经达到了很高的水平,丙烯腈的单程收率可以达到80%以上,丙烯转化率98%。

目前丙烯腈催化剂焙烧炉尾气处理工艺为:在转炉中分解产生的NOx废气经旋风分离器除去部分的催化剂粉尘后,由风机抽入电加热器,经过电加热器加热升温达到一定温度进入混合器内;氨气与NOx废气充分混合后,进入SCR反应器进行催化反应,处理后的废气再经喷淋吸收塔处理后达标排放。

目前采用的SCR工艺也还存在一些问题:丙烯腈催化剂为细颗粒催化剂,粒度<20μm的约为2-5%,废气除尘采用旋风分离的方式,但由于丙烯腈催化剂粒度比较细,旋风分离器分离效果不是很好,另有部分细催化剂(粒径<10μm)进入了SCR反应器催化剂床层,导致催化剂床层堵塞,SCR催化剂性能下降,NOx转化率下降,SCR催化剂使用寿命大幅降低(一般2-3个月),而且还会导致系统压降升高,焙烧炉压力升高,不仅影响催化剂焙烧的质量,而且含NOx废气存在外泄风险,造成环境污染。另外为达到旋风分离器需要的最佳操作气速,需要在旋风分离器前面补加野风(约1000m3/h),导致尾气温度大幅降低,进入SCR反应器前又需要把尾气加热到280℃以上,因此能耗大幅提高。还有一部分的细粉催化剂在喷淋吸收塔中被富集下来,导致喷淋塔很容易堵塞,4-5个月就要清洗一次。

针对粒径<10μm的颗粒的除尘装置,在水资源紧张及水污染成为人们关注的重要对象之后,早期的水膜除尘器已经淘汰,目前以静电除尘和布袋除尘器为主。静电除尘器在国内应用较早,在20世纪70年代就已经应用于火力发电厂,但静电除尘器因其除尘率受粉尘性质的影响较大,难以保证长期、稳定、高效地工作。布袋除尘器由于不适应在高温状态下运行,当烟气中粉尘含水分超过20%以上时,粉尘易粘袋堵袋,造成布袋清灰困难、阻力升高、限制了布袋除尘器的应用范围。后来又提出了电袋混合除尘技术,其原理是将电除尘器与袋式除尘器有机结合起来,通过前级电除尘区捕集80-90%的烟气粉尘,后级滤袋过滤区捕集少量的带电残余粉尘;利用通过前级电场区产生的荷电粉尘,有效改善沉积在滤袋表面粉尘层的过滤特性,使滤袋的透气性能、清灰性能得到大幅改善,从而达到低阻高效收尘的效果;但该技术并没有解决静电除尘器和袋式除尘器的局限性,反而增加了处理烟气的成本和代价,其翻倍的造价及其运行费用并没有根本改善烟气处理的局限性而限制了该技术的发展。

可以看出,上述改进的除尘技术都存在着不同的缺陷,针对丙烯腈催化剂工业化生产中焙烧炉尾气所含粉尘的脱除还没有形成成熟的工艺技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的粒径<10μm的细颗粒催化剂脱除效果不好的问题,提供一种用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法,该方法针对粒径<10μm的细颗粒催化剂具有良好脱除效果,可以用于丙烯腈催化剂焙烧炉尾气的粉尘脱除,具有分离精度高、运行稳定、成本低、节能高效的优点。

为了实现上述目的,本发明提供一种用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法,该方法包括使丙烯腈催化剂的焙烧尾气进入旋流分离器进行第一级除尘后,再进入脱硝除尘反应器进行第二级除尘,得到清洁烟气;其中,所述脱硝除尘器中设置有催化剂层,所述催化剂层的还原催化剂用于催化氮氧化物反应生成氮气。

优选地,所述旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为80-180mmH2O。

优选地,该方法还包括使经过第一级除尘后的焙烧尾气升温后再进行第二级除尘;更优选地,升温后的焙烧尾气的温度为350-450℃。

优选地,所述还原催化剂含有钒、铜、铁、铬和锰中的一种或多种;更优选地,所述还原催化剂用于催化NOx与还原剂NH3反应生成N2

优选地,进入旋流分离器的焙烧尾气的流量为500-700Nm3/h,颗粒物浓度为1300-1500mg/m3

优选地,经过第一级除尘后焙烧尾气的颗粒物浓度为150-200mg/m3

优选地,进入旋流分离器的焙烧尾气的温度为120-200℃,更优选为100-120mmH2O。

优选地,该方法还包括对脱硝除尘反应器进行反吹,所述反吹用于去除沉积在所述脱硝除尘反应器的脱硝除尘元件表面的颗粒物。

优选地,所述脱硝除尘反应器连续运转8h以上或者所述脱硝除尘反应器的过滤压差达到0.003MPa以上时,进行所述反吹。

优选地,所述反吹为脉冲反吹。

优选地,所述丙烯腈催化剂的焙烧尾气含有催化剂颗粒物、氮氧化物、水蒸气。

优选地,该方法对丙烯腈催化剂的焙烧尾气中5μm以上的颗粒物脱除效率为96.5重量%以上。

通过上述技术方案,本发明提供用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法,对粒径<10μm的细颗粒催化剂也有很好的除尘效果,尤其是针对5μm以上的细颗粒催化剂具有很高的除尘效率和效果,可以用于丙烯腈催化剂焙烧炉尾气的粉尘脱除,具有分离精度高、运行稳定、成本低、节能高效的优点。

附图说明

图1是本发明的用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法的示意图。

附图标记说明

1、回转焙烧炉 2、旋流分离器的烟气入口

3、旋流分离器的烟气出口 4、旋流分离器

5、脱硝除尘反应器

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供的用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法,该方法包括使丙烯腈催化剂的焙烧尾气进入旋流分离器进行第一级除尘后,再进入脱硝除尘反应器进行第二级除尘,得到清洁烟气;其中,所述脱硝除尘器中设置有催化剂层,所述催化剂层的还原催化剂用于催化氮氧化物反应生成氮气。

本发明的发明人针对丙烯腈催化剂的焙烧尾气的处理方法进行研究发现,通过选择使用旋流分离器和脱硝除尘反应器相配合,能够达到极高的除尘效果,并且具有分离精度高、运行稳定、成本低、节能高效的优点。

在本发明中,所述丙烯腈催化剂的焙烧尾气只要是焙烧丙烯腈催化剂产生的尾气即可,该丙烯腈催化剂优选为SANC系列丙烯腈催化剂,更优选为共沉淀法形成的SANC系列丙烯腈催化剂。丙烯腈催化剂的真密度为3050-3100Kg/m3,堆密度880-1120Kg/m3。所述丙烯腈催化剂的焙烧过程例如可以用回转焙烧炉进行。

所述丙烯腈催化剂的焙烧尾气含有催化剂颗粒物、氮氧化物、水蒸气等;上述催化剂颗粒物中,粒径小于5μm的比例(体积分数,下同)为15%以下,优选为10%以下,因此,本发明最主要的目的是针对5μm以上的催化剂颗粒物进行除尘。

作为一种典型的丙烯腈催化剂的焙烧尾气,其催化剂颗粒物中粒径为0-2.5μm的比例为7-9%,粒径2.5-5μm(不含2.5μm,下同)的比例为3-4%,粒径5-10μm(不含5μm,下同)的比例为19-21%,粒径≥10μm的比例为68-70%。例如,粒径为0-2.5μm的比例为8.05%,粒径2.5-5μm的比例为3%,粒径5-10μm的比例为20.1%,粒径≥10μm的比例为68.85%;或者,粒径为0-2.5μm的比例为7.15%,粒径2.5-5μm的比例为3.66,粒径5-10μm的比例为19.41,粒径≥10μm的比例为69.78%。

在本发明中,催化剂颗粒物中不同粒径的比例可以通过粒度仪进行测定,例如采用马尔文激光粒度仪Mastersizer 2000进行测定。

在本发明中,所述第一级除尘采用旋流分离器进行即可,没有特别的限定,具体可以使用现有的能够用于焙烧尾气处理的旋流分离器。例如可举出北京兴业旺达科技有限公司的高效微尘分离器。旋流分离器具有压降小、运行稳定、维修量小、耐高温、可长时间在线运行的优点。同时,可以实现细微粉尘的脱除,克服了金属布袋过滤器不可避免的缺点。如图1所示,回转焙烧炉1产生的丙烯腈催化剂的焙烧尾气直接连接旋流分离器4的烟气入口2,焙烧尾气进入旋流分离器4进行第一级除尘后,通过旋流分离器的烟气出口3送入脱硝除尘反应器5进行第二级除尘。第一级除尘中得到的粉尘沉积在旋流分离器4下部的粉尘沉降罐中,然后通过人工清除。

根据本发明,从提高除尘效果的角度考虑,所述旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为80-180mmH2O,优选为100-120mmH2O。通过使旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差在上述范围内,可以在旋流分离器中最大限度地去除焙烧尾气中的粒径大于5μm的细颗粒催化剂,从而进一步提高除尘效果。

根据本发明,为了提高第一级除尘的效果,优选控制进入旋流分离器的焙烧尾气的流量为300-800Nm3/h,颗粒物浓度为1000-1800mg/m3;更优选地,进入旋流分离器的焙烧尾气的流量为500-700Nm3/h,颗粒物浓度为1300-1500mg/m3

根据本发明,为了提高第一级除尘的效果,优选控制进入旋流分离器的焙烧尾气的温度为100-220℃,更优选为120-200℃。

经过如上述的第一级除尘后,焙烧尾气的颗粒物浓度为100-300mg/m3;优选为150-200mg/m3,从而可以结合第二级除尘过程,实现高效率的粉尘脱除。

在本发明中,所述第二级除尘采用脱硝除尘反应器进行即可,没有特别的限定,可以使用现有的能够用于焙烧尾气处理的脱硝除尘反应器,例如可举出上海蓝科石化环保科技股份有限公司的脱硝除尘装置。在第二级除尘中,同时进行除尘和氮氧化物的还原。

根据本发明,所述还原催化剂含有钒、铜、铁、铬和锰等元素中的一种或多种,优选含有钒和/或铜。所示还原催化剂还优选含有TiO2作为载体,例如可举出例如V2O5/TiO2催化剂、WO3/TiO2催化剂等。根据本发明优选的实施方式,所述还原催化剂用于催化NOx与还原剂NH3反应生成N2。由此,第二级除尘的过程中需要通入氨气作为反应物。上述氨气的通入量保证还原过程充分进行即可,例如相对于1m3的焙烧尾气,使用氨气0.004-0.015m3,优选0.005-0.01m3

根据本发明,为了在第二级除尘中更好的还原氮氧化物,该方法还包括使经过第一级除尘后的焙烧尾气升温后再进行第二级除尘。优选地,升温后的焙烧尾气的温度为300-500℃,更优选为350-450℃。作为所述升温的方式,例如可以通过电加热器进行。

根据本发明,脱硝除尘反应器在使用过程中容易发生堵塞,优选地,该方法还包括对脱硝除尘反应器进行反吹,所述反吹用于去除沉积在所述脱硝除尘反应器的脱硝除尘元件表面的颗粒物。作为所述反吹使用的装置,包括稳压罐和脉冲阀,具体可以通过脉冲阀吹入加热的压缩空气(工厂风),达到去除沉积在所述脱硝除尘反应器的脱硝除尘元件表面的颗粒物的目的。优选地,吹入工厂风的压力为0.4-0.55MPa,更优选为0.4-0.5MPa。为了提高反吹的效率,所述反吹优选为脉冲反吹,其周期为10s以上,优选10-15s。

为了在连续在线作业中保持良好的除尘效果,所述脱硝除尘反应器连续运转8h以上或者所述脱硝除尘反应器的过滤压差达到0.003MPa以上时,进行所述反吹。由于连续运转8h以上而进行反吹时,反吹进行的时间可以为6-15min,优选8-10min;由于所述脱硝除尘反应器的过滤压差达到0.003MPa以上而进行反吹时,反吹优选在上述过滤压差小于0.003MPa时停止,更优选小于0.002MPa时停止。如果连续进行3个周期反吹仍不能有效降低上述过滤压差,则启动警报,进而通过人工去除的方法去除沉积在所述脱硝除尘反应器的脱硝除尘元件表面的颗粒物。

本发明的方法对丙烯腈催化剂的焙烧尾气中5μm以上的颗粒物脱除效率为96.5重量%以上,优选为97.3重量%以上。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中,旋流分离器购自北京兴业旺达科技有限公司;脱硝除尘反应器购自上海蓝科石化环保科技股份有限公司,内部填充有V2O5/TiO2催化剂;粒径大于5μm的颗粒物占比采用马尔文激光粒度仪Mastersizer2000进行测定。

以下实施例中处理的丙烯腈催化剂的焙烧尾气,含有催化剂颗粒物、氮氧化物、水蒸气。

实施例1

如图1所示,用回转焙烧炉1焙烧共沉淀法形成的SANC系列丙烯腈催化剂,得到的丙烯腈催化剂的焙烧尾气,冷却至150℃后,经由位于旋流分离器4的上部侧面的旋流分离器的烟气入口2进入旋流分离器4,焙烧尾气实测流量为680Nm3/h,颗粒物浓度为1425mg/m3,其中粒径大于5μm的占比90.15%。旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为100mmH2O。富含粉尘的烟气由旋流分离器的底部排出,进入粉尘沉降罐,粉尘则在罐中沉积后人工清除。

在旋流分离器4中进行第一级除尘,得到的烟气从位于旋流分离器4的顶部的旋流分离器的烟气出口3排出,该尾气的颗粒物浓度为207mg/m3,经过电加热器(图未示出)加热至400℃后进入脱硝除尘反应器5中进行第二级除尘,脱硝除尘反应器的烟气出口烟气实测流量为523Nm3/h,颗粒物浓度为165mg/m3,其中粒径大于5μm的占比22.74%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为97.8%。

计算方式:脱除效率=(焙烧尾气中粒径大于5μm的细颗粒的重量-排出尾气中粒径大于5μm的细颗粒的重量)/焙烧尾气中粒径大于5μm的细颗粒的重量。其中,粒径大于5μm的细颗粒的重量=实测流量×颗粒物浓度×粒径大于5μm的颗粒物占比。

本实施例中粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率=(680×1425×90.15%-523×165×22.74%)/(680×1425×90.15%)=97.8%

上述脱硝除尘反应器的过滤压差达到0.003MPa以上时,通过稳压罐和脉冲阀对脱硝除尘反应器进行脉冲反吹,吹入加热的压缩空气的压力为0.5MPa,周期为12s,该过滤压差小于0.002MPa时停止,从而去除沉积在脱硝除尘反应器的脱硝除尘元件表面的颗粒物,保证尾气除尘高效进行。

实施例2

按照实施例1,不同的是,旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为120mmH2O,旋流分离器的烟气入口2烟气实测流量为660Nm3/h,颗粒物浓度为1420mg/m3,其中粒径大于5μm的占比88.23%。

脱硝除尘反应器的烟气出口烟气实测流量为581Nm3/h,颗粒物浓度为164mg/m3,其中粒径大于5μm的占比23.45%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为97.3%。

实施例3

按照实施例1,不同的是,旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为80mmH2O。

脱硝除尘反应器的烟气出口烟气实测流量为634Nm3/h,颗粒物浓度为192mg/m3,其中粒径大于5μm的占比22.91%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为96.8%。

实施例4

按照实施例1,不同的是,旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为160mmH2O。

脱硝除尘反应器的烟气出口烟气实测流量为702Nm3/h,颗粒物浓度为188mg/m3,其中粒径大于5μm的占比23.21%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为96.5%。

实施例5

按照实施例1,不同的是,旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为180mmH2O。

脱硝除尘反应器的烟气出口烟气实测流量为695Nm3/h,颗粒物浓度为185mg/m3,其中粒径大于5μm的占比23.51%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为96.5%。

对比例1

按照实施例1,不同的是,仅采用旋流分离器进行除尘。

用回转焙烧炉焙烧共沉淀法形成的SANC系列丙烯腈催化剂,得到的丙烯腈催化剂的焙烧尾气,冷却至150℃后,经由位于旋流分离器的上部侧面的旋流分离器的烟气入口进入旋流分离器,焙烧尾气实测流量为550Nm3/h,颗粒物浓度为1193mg/m3,其中粒径大于5μm的占比91%。旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为100mmH2O。富含粉尘的烟气由旋流分离器的底部排出,进入吨包装收集后集中处理。

在旋流分离器中除尘后得到的烟气从位于旋流分离器顶部的旋流分离器的烟气出口排出,旋流分离器的烟气出口烟气实测流量为560Nm3/h,颗粒物浓度为219mg/m3,其中粒径大于5μm的占比25.56%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为94.8%。

对比例2

按照实施例1,不同的是,仅采用旋流分离器进行除尘。

用回转焙烧炉焙烧共沉淀法形成的SANC系列丙烯腈催化剂,得到的丙烯腈催化剂的焙烧尾气,冷却至150℃后,经由位于旋流分离器的上部侧面的旋流分离器的烟气入口进入旋流分离器,焙烧尾气实测流量为610Nm3/h,颗粒物浓度为1015mg/m3,其中粒径大于5μm的占比90.3%。旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为120mmH2O。富含粉尘的烟气由旋流分离器的底部排出,进入吨包装收集后集中处理。

在旋流分离器中除尘后得到的烟气从位于旋流分离器顶部的旋流分离器的烟气出口排出,旋流分离器的烟气出口烟气实测流量为611Nm3/h,颗粒物浓度为182mg/m3,其中粒径大于5μm的占比25.52%。

计算得粒径大于5μm的细颗粒催化剂的脱除效率为94.9%。

以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于丙烯腈催化剂的焙烧尾气脱除粉尘的方法,其特征在于,该方法包括使丙烯腈催化剂的焙烧尾气进入旋流分离器进行第一级除尘后,再进入脱硝除尘反应器进行第二级除尘,得到清洁烟气;
其中,所述脱硝除尘器中设置有催化剂层,所述催化剂层的还原催化剂用于催化氮氧化物反应生成氮气。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述旋流分离器的烟气出口和烟气入口的压差为80-180mmH2O,优选为100-120mmH2O。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,该方法还包括使经过第一级除尘后的焙烧尾气升温后再进行第二级除尘;
优选地,升温后的焙烧尾气的温度为350-450℃。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述还原催化剂含有钒、铜、铁、铬和锰中的一种或多种;
优选地,所述还原催化剂用于催化NOx与还原剂NH3反应生成N2
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中,进入旋流分离器的焙烧尾气的流量为300-800Nm3/h,颗粒物浓度为1000-1800mg/m3
优选地,经过第一级除尘后焙烧尾气的颗粒物浓度为100-300mg/m3
优选地,进入旋流分离器的焙烧尾气的温度为100-220℃。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中,该方法还包括对脱硝除尘反应器进行反吹,所述反吹用于去除沉积在所述脱硝除尘反应器的脱硝除尘元件表面的颗粒物。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述脱硝除尘反应器连续运转8h以上或者所述脱硝除尘反应器的过滤压差达到0.003MPa以上时,进行所述反吹。
8.根据权利要求6所述的方法,其中,所述反吹为脉冲反吹。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法,其中,所述丙烯腈催化剂的焙烧尾气含有催化剂颗粒物、氮氧化物、水蒸气。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,该方法对丙烯腈催化剂的焙烧尾气中5μm以上的颗粒物脱除效率为96.5重量%以上。
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