CN110075662A - 一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法 - Google Patents

一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法，脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法包括以下步骤：将催化裂化再生烟气与吸附剂充分接触，以脱除催化裂化再生烟气中的SOx、NOx和粉尘污染物；利用高温氮气对饱和吸附剂再生后循环使用。上述方法脱硫脱硝效率高，流程简单，运行成本低，无二次污染。

Description

一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，且特别涉及一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法。
背景技术
炼油厂产生的SO2占大气中总SO2排放量的6％-7％。在催化裂化反应条件和转化深度下，催化进料中的硫经裂化反应后约45％-55％转化为H2S，其中35％-45％以硫化物的形式进入液体产品，而5％-10％以焦炭形式沉积在催化剂上，沉积在催化剂上的硫在再生器中氧化生成SOx约90％的SO2和10％的SO3，随烟气排入大气，通常催化裂化再生烟气中SO2的含量为500-3500mg/Nm3，SO3的含量为60-1000mg/Nm3。
目前，炼厂多采用碱法脱硫技术，该技术脱硫效率高，但工艺末端产生大量含盐废水和白烟等二次污染，而干法脱硫技术不存在二次污染问题，活性焦具有较大的比表面积、发达的孔结构和丰富的表面官能团，是一种优良的吸附剂，因此活性焦干法脱硫技术一直被广泛研究和应用，如何提高干法脱硫技术的质量是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法，基于目前活性焦干法烟气脱硫移动床工艺存在传质和传热效果不理想、设备复杂、吸附剂机械强度要求高、运行成本高和部分流化床工艺缺少硫资源化方法等问题，提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置，该装置主要包括：用于吸附脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的净化器和用于脱附再生上述净化器中产生的饱和吸附剂的再生器，再生器的底部设置有气体分布器，净化器的外部设有循环管道，循环管道上的饱和吸附剂出口与气体分布器上的饱和吸附剂入口连接，气体分布器上的再生吸附剂出口与净化器底部进气通道上的再生吸附剂入口连接。
本发明提供一种利用以上装置脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，该方法包括以下步骤：将吸附剂引入净化器中，与催化裂化再生烟气接触，吸附脱除烟气中的SOx和NOx污染物，将吸附了SOx和NOx污染物的饱和吸附剂引入再生器中；将高温氮气引入再生器中，饱和吸附剂与高温氮气反应产生再生吸附剂，将再生吸附剂引入净化器中，与催化裂化再生烟气接触，实现循环使用。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法，该方法不仅能够明显提高催化裂化再生烟气中的脱硫脱硝的效率，而且吸附剂经再生器和净化器的处理还可以循环使用，整个流程简单，运行成本低，无二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置示意图，
附图编号：1-压缩机；2-膜分离器；3、5、7、15、25-风机；4-板式换热器；6-管式换热器；8-电加热炉；9、17-旋风分离器；10-再生器；11-气体分布器；12、14、16、21、22、23、24-控制阀；13-套式换热器；18-净化器；19-循环管道；20-吸附剂料仓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置及方法进行具体说明。
本发明实施例提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置，该装置主要包括：用于吸附脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的净化器18和用于脱附再生上述净化器18中产生的饱和吸附剂的再生器10，再生器10的底部设置有气体分布器11，净化器18的外部设有循环管道19，循环管道19上的饱和吸附剂出口与气体分布器11上的饱和吸附剂入口连接，气体分布器11上的再生吸附剂出口与净化器18底部进气通道上的再生吸附剂入口连接。
本发明实施例提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置，该装置主要包括：用于吸附脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的净化器18和用于脱附再生上述净化器18中产生的饱和吸附剂的再生器10，催化裂化再生烟气通过净化器18底部进气通道导入净化器18中并与吸附剂充分接触，吸附剂吸附或反应脱除烟气中的SOx、NOx和粉尘等污染物，净化器18中产生的饱和吸附剂进入再生器10底部的气体分布器11，与鼓入的高温氮气充分接触，饱和吸附剂与高温氮气反应实现吸附剂脱附再生。可见，吸附剂在上述的净化器18可以脱除烟气中的SOx和NOx污染物，经吸附使用的吸附剂又可以在再生器10中脱附再生，重新进入净化器18中实现循环使用，本发明实施例提供的装置脱硫脱硝效率高，流程简单，运行成本低，无二次污染。
在一些实施方式中，气体分布器11上的再生吸附剂出口与净化器18底部进气通道上的再生吸附剂入口通过第一斜管连接，第一斜管上还设有套式换热器13、控制阀14和控制阀16，循环管道19上的饱和吸附剂出口与气体分布器11上的饱和吸附剂入口通过第二斜管相连接，第二斜管靠近循环管道19处还设置有控制阀12。
在一些实施方式中，再生器10和净化器18均为流化床反应器，再生器10内的顶部均设有旋风分离器9，净化器18内的顶部设有旋风分离器17，旋风分离器9和所示旋风分离器17的级数均为2-4，且为对称分布。
在一些实施方式中，装置中还包括吸附剂料仓20，净化器18与吸附剂料仓20相连接，吸附剂料仓20中的新鲜吸附剂通过间歇方式鼓入净化器18，新鲜吸附剂为粉状活性焦，粒径分布为10-100目。
在一些实施方式中，还包括：再生器10的顶部依次与管式换热器6、压缩机1、膜分离器2、板式换热器4以及电加热炉8相连接，电加热炉8与气体分布器11底部相连接。
本发明实施例还提供一种利用上述的装置脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，包括以下步骤：
将吸附剂引入净化器18中，与催化裂化再生烟气接触，吸附脱除烟气中的SOx和NOx污染物，将吸附了SOx和NOx污染物的饱和吸附剂引入再生器10中；将高温氮气引入再生器10中，饱和吸附剂与高温氮气反应产生再生吸附剂，将再生吸附剂引入净化器18中，与催化裂化再生烟气接触，实现循环使用。
本发明实施例提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，该方法包括以下步骤：将吸附剂引入净化器18中，与催化裂化再生烟气接触，吸附脱除烟气中的SOx和NOx污染物，将吸附了SOx和NOx污染物的饱和吸附剂引入再生器10中；将高温氮气引入再生器10中，饱和吸附剂与高温氮气反应产生再生吸附剂，高温氮气与饱和吸附剂充分接触发生如下反应：C+2H2SO4→CO2+2SO2+2H2O,xC+2NOx→xCO2+N2，利用高温氮气对饱和吸附剂脱附再生产生再生吸附剂；将再生吸附剂引入净化器18中，与催化裂化再生烟气接触，实现循环使用。
在一些实施方式中，净化器18对催化裂化再生烟气进行净化，
优选的，催化裂化再生烟气进入净化器18的温度为70℃-160℃，并与吸附剂充分接触后，在70℃-160℃，0.01-0.6MPa下脱除催化裂化再生烟气中的SOx、NOx和粉尘污染物产生净化气，净化气经旋风分离器17除尘后离开净化器18排空，
优选的，净化器18净化后的尚未失活吸附剂，可以通过净化器18外部的循环管道19重新进入净化器18循环使用，达到饱和吸附剂经过第二斜管上的控制阀12进入再生器10底部。
在一些实施方式中，再生器10对饱和吸附剂进行再生，
优选的，高温氮气经过再生器10底部的气体分布器11进入，与饱和吸附剂充分反应后，再经旋风分离器9除尘后进入管式换热器6降温至25-150℃，经过风机5和压缩机1加压至0.01-1.7MPa后进入膜分离器2，
优选的，饱和吸附剂在温度300-450℃，压力0.01-0.5MPa下产生再生吸附剂，再生吸附剂通过第一斜管上的套式换热器13降温至70-160℃进入净化器18循环使用，且当饱和吸附剂彻底失活时，关闭控制阀16，打开控制阀14排出失活的吸附剂。
在一些实施方式中，混合气经膜分离器2的处理包括以下步骤：混合气经膜分离器2分离出高浓度SO2混合气和高浓度N2混合气，再将高浓度SO2混合气导入克劳斯炉生产硫磺，高浓度N2混合气导入板式换热器4、电加热炉8升温后通入气体分布器11底部循环使用，优选的，当循环使用的N2浓度低时，通过风机3鼓入纯N2。
在一些实施方式中，膜分离器2采用的膜为中空活性炭纤维素膜，
优选的，混合气经膜分离器2分离出的SO2混合气占比的体积分数为5％-45％，N2混合气占比的体积分数为95％-99％，
优选的，膜分离器的操作条件为：温度为25-150℃，入口压力为0.01-1.4MPa，出口压力为0.01-0.7MPa。
本发明实施例提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，包括：再生器10内顶部的旋风分离器9导出的混合气依次导入管式换热器6、压缩机1和膜分离器2，混合气体经膜分离器2分离之时，由于N2在膜分离器2中的扩散性系数要慢于其他气体组分，可以将N2与其它组分高效分离，可见，经过膜分离器2分离不仅可以实现N2的循环利用，同时也对混合气中的SO2进行了提浓，满足进入克劳斯炉生产硫磺的要求。上述循环使用不仅能够有效利用旋风分离器9中产生的SO2混合气用于制造磺酸，而且可以使得高浓度的N2混合气循环使用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置，
参见附图1，该装置包括：用于吸附脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的净化器18和用于脱附再生上述净化器18中产生的饱和吸附剂的再生器10，再生器10的底部设置有气体分布器11，净化器18的外部设有循环管道19，循环管道19上的饱和吸附剂出口与气体分布器11上的饱和吸附剂入口连接，气体分布器11上的再生吸附剂出口与净化器18底部进气通道上的再生吸附剂入口连接。
气体分布器11上的再生吸附剂出口与净化器18底部进气通道上的再生吸附剂入口通过第一斜管连接，第一斜管上还设有套式换热器13、控制阀14和控制阀16，循环管道19上的饱和吸附剂出口与气体分布器11上的饱和吸附剂入口通过第二斜管相连接，第二斜管靠近循环管道19处还设置有控制阀12。
再生器10顶部出口与管式换热器6的入口相连接，管式换热器6的出口经风机5与压缩机1的入口相连接，压缩机1的出口与膜分离器2的入口相连接，膜分离器2的出口与板式换热器4的入口相连接，且在膜分离器2与板式换热器4之间还连接有风机3，板式换热器4的第一出口经风机7与电加热炉8的入口相连接，电加热炉8的出口与再生器10底部的气体分布器11相连接，板式换热器4的第二出口经风机15与净化器18底部的入口相连接，净化器18顶部的出口经管道与排空管连接，净化器18的底部与进料管连接，并在进料管上设置有吸附剂料仓20，进料管与风机25连接，排空管位于风机25与吸附剂料仓20之间，在风机25出口处设置控制阀24，排空管上设置有控制阀23，吸附剂料仓20的底部设置控制阀22，进料管的出口处设置有控制阀21。
实施例2
一种利用上述的装置脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，包括以下步骤：
进一步参见附图1，催化裂化再生烟气经板式换热器4换热降温至70℃-160℃后进入净化器18，同时关闭控制阀22和23，打开控制阀21和24，开启风机25引入空气将吸附剂鼓入净化器18，关闭控制阀21和24，打开控制阀23，卸除进料管道内的压力之后关闭控制阀23，打开控制阀22，吸附剂料仓20中的吸附剂通过沉降作用进入进料管道，等待下一次循环进料，
净化器内18的烟气与吸附剂充分接触后，在70℃-160℃，0.01-0.6MPa条件下脱除烟气中的SOx、NOx和粉尘等污染物，净化气经多级旋风分离器17除尘后离开净化器18排空，而净化后的吸附剂尚未失活，可以通过净化器18外部的循环管道19重新进入净化器循环使用，达到饱和的吸附剂经过第二斜管上的控制阀12进入再生器10底部，高温氮气经过再生器10底部的气体分布器11进入，与饱和吸附剂充分接触，发生如下反应：C+2H2SO4→CO2+2SO2+2H2O,xC+2NOx→xCO2+N2，吸附剂再生后可通过第一斜管上的套式换热器13降温至70-160℃进入净化器循环使用，当部分吸附剂的灰分达到一定程度而彻底失活时，关闭控制阀16，打开控制阀14排出失活的吸附剂，
再生器10中产生的混合气经多级旋风分离器9除尘后进入管式换热器6降温至25-150℃，经过风机5和压缩机1加压至0.01-1.7MPa后进入膜分离器2，膜分离器2的出口压力为0.01-0.7MPa，分离出SO2体积分数为5-45％的混合气和N2体积分数为95-99％的混合气，其中SO2混合气进入克劳斯炉内生产硫磺，而高浓度N2的混合气则循环使用，当循环氮气的浓度降低时，可通过风机3鼓入纯N2，从膜分离器2导出的N2经过板式换热器4与原烟气进行换热，获得部分热量后经风机7鼓入电加热炉8升温至400-550℃，然后导入再生器10循环使用。
实施例3
与实施例2中的步骤相似，不同之间仅在于：待净化烟气温度180℃，压力5kPa，SO2含量为1000mg/Nm3，NOx含量为300mg/Nm3，N2为72.4％，O2为5％，CO2为13.5％，按照污染物脱除方法实施，净化器内的温度控制在100℃，SO2的脱除效率达到95％，NOx的脱除效率达到50％。
实施例4
与实施例2中的步骤相似，不同之间仅在于：待净化烟气温度180℃，压力5kPa，SO2含量为1000mg/Nm3，NOx含量为300mg/Nm3，N2为72.4％，O2为5％，CO2为13.5％，按照污染物脱除方法实施，净化器内的温度控制在110℃，SO2的脱除效率达到80％，NOx的脱除效率达到48％。
实施例5
与实施例3中的步骤相似，不同之间仅在于：控制膜分离器入口混合气的压力为0.5MPa，经富集分离后的混合气中SO2浓度达到25％。
实施例6
与实施例3中的步骤相似，不同之间仅在于：控制膜分离器入口混合气的压力为0.6MPa，经富集分离后的混合气中SO2浓度达到28％。
可见，本发明实施例提供一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，将烟气换热降温之后，导入净化器与吸附剂充分接触，吸附或反应脱除烟气中的SOx、NOx和粉尘等污染物，净化后的烟气经旋风分离器排空，吸附剂可通过净化器的外循环管道循环使用，达到饱和的吸附剂则通过斜管进入再生器，与鼓入的高温氮气充分接触，吸附剂中的炭作为还原剂分别与吸附剂孔道中的H2SO4、NOx反应生成SO2、N2从而实现吸附剂再生，该部分产生的混合气依次导入旋风分离器、换热器、压缩机和膜分离器，分离出高浓度的SO2混合气和高浓度的N2混合气，SO2混合气导入克劳斯炉生产硫磺，N2混合气导入换热器、电加热炉升温后通入再生器循环使用，再生的吸附剂换热降温后经斜管进入净化器循环使用，部分彻底失活的吸附剂可通过斜管排出阀排出，新鲜吸附剂则通过间歇的方式鼓入净化器。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
1、将催化裂化再生烟气换热降温之后，导入净化器与吸附剂充分接触，吸附或反应脱除烟气中的SOx、NOx和粉尘等污染物，净化后的烟气经旋风分离器排空，吸附剂可通过净化器的外循环管道循环使用，达到饱和吸附剂则进入再生器进行脱附再生。
2、再生器中的饱和吸附剂与鼓入的高温氮气充分接触，饱和吸附剂中的炭作为还原剂分别与吸附剂孔道中的H2SO4、NOx反应生成SO2、N2从而实现吸附剂脱附再生，该部分产生的混合气依次导入旋风分离器、换热器、压缩机和膜分离器再分离使用。
3、膜分离器分离出高浓度的SO2混合气和高浓度的N2混合气，SO2混合气导入克劳斯炉生产硫磺，N2混合气导入换热器，经电加热炉升温后通入再生器循环使用，再生的吸附剂换热降温后经斜管进入净化器循环使用，部分彻底失活的吸附剂可通过斜管排出阀排出，新鲜吸附剂则通过间歇的方式鼓入净化器。
4、采用流化床净化器和流化床再生器，吸附剂的净化和再生过程传质和传热效果更为均匀，提高了催化裂化再生烟气的净化效果和吸附剂再生效果，采用一定粒度范围的吸附剂，部分吸附剂磨损以后仍可循环使用，从而降低了运行成本。
5、采用膜分离器对SO2进行富集，然后将高浓度的SO2混合气导入克劳斯炉生产硫磺，提高了产品附加值，具有良好的经济效益，反应过程不消耗水，无含盐废水排放和白烟等二次污染问题，具有良好的环境效益。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的装置，其特征在于，所述装置主要包括：用于吸附脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的净化器(18)和用于脱附再生所述净化器(18)中产生的饱和吸附剂的再生器(10)，所述再生器(10)的底部设置有气体分布器(11)，所述净化器(18)的外部设有循环管道(19)，所述循环管道(19)上的饱和吸附剂出口与所述气体分布器(11)上的饱和吸附剂入口连接，所述气体分布器(11)上的再生吸附剂出口与所述净化器(18)底部进气通道上的再生吸附剂入口连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体分布器(11)上的再生吸附剂出口与所述净化器(18)底部进气通道上的再生吸附剂入口通过第一斜管连接，所述第一斜管上还设有套式换热器(13)、控制阀(14)和控制阀(16)，所述循环管道(19)上的饱和吸附剂出口与所述气体分布器(11)上的饱和吸附剂入口通过第二斜管相连接，所述第二斜管靠近循环管道(19)处还设置有控制阀(12)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述再生器(10)和所述净化器(18)均为流化床反应器，所述再生器(10)内的顶部设有旋风分离器(9)，所述净化器(18)内的顶部设有旋风分离器(17)，所述旋风分离器(9)和所述旋风分离器(17)的级数均为2-4，且为对称分布。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括吸附剂料仓(20)，所述净化器(18)与吸附剂料仓(20)相连接，所述吸附剂料仓(20)中的新鲜吸附剂通过间歇方式鼓入所述净化器(18)，所述新鲜吸附剂为粉状活性焦，粒径分布为10-100目。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：所述再生器(10)的顶部依次与管式换热器(6)、压缩机(1)、膜分离器(2)、板式换热器(4)、电加热炉(8)相连接，所述电加热炉(8)与所述气体分布器(11)底部相连接。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的装置脱除催化裂化再生烟气中SOx和NOx污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将吸附剂引入净化器(18)中，与催化裂化再生烟气接触，吸附脱除烟气中的SOx和NOx污染物，将吸附了SOx和NOx污染物的饱和吸附剂引入再生器(10)中；将高温氮气引入再生器(10)中，饱和吸附剂与高温氮气反应产生再生吸附剂，将再生吸附剂引入净化器(18)中，与催化裂化再生烟气接触，实现循环使用。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述净化器(18)对所述催化裂化再生烟气进行净化，
优选的，所述催化裂化再生烟气进入所述净化器(18)的温度为70℃-160℃，与吸附剂充分接触后，在温度70℃-160℃，压力0.01-0.6MPa下脱除所述催化裂化再生烟气中的SOx、NOx和粉尘污染物产生净化气，所述净化气经旋风分离器(17)除尘后离开净化器(18)排空，
优选的，所述净化器(18)内净化后的尚未失活吸附剂，通过净化器(18)外部的循环管道(19)重新进入净化器(18)循环使用，产生的饱和吸附剂经过第二斜管上的控制阀(12)进入再生器(10)底部。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述再生器(10)对所述饱和吸附剂进行再生，
优选的，所述高温氮气经再生器(10)底部的气体分布器(11)进入，与所述饱和吸附剂充分反应产生混合气，所述混合气经旋风分离器(9)除尘后进入管式换热器(6)降温至25-150℃，再经过风机(5)和压缩机(1)加压至0.01-1.7MPa后进入膜分离器(2)，
优选的，所述饱和吸附剂在温度300-450℃，压力0.01-0.5MPa下产生再生吸附剂，所述再生吸附剂通过第一斜管上的套式换热器(13)降温至70-160℃进入净化器(18)循环使用，且当所述饱和吸附剂彻底失活时，关闭控制阀(16)，打开控制阀(14)排出失活的吸附剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述混合气经膜分离器(2)的处理包括以下步骤：所述混合气经膜分离器(2)分离出高浓度SO2混合气和高浓度N2混合气，再将所述高浓度SO2混合气导入克劳斯炉生产硫磺，所述高浓度N2混合气导入板式换热器(4)，经电加热炉(8)升温后通入所述气体分布器(11)底部循环使用，优选的，当循环使用的N2浓度低时，通过风机(3)鼓入纯N2。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述膜分离器(2)采用的膜为中空活性炭纤维素膜，
优选的，所述混合气经膜分离器(2)分离出的SO2混合气占比的体积分数为5％-45％，N2混合气占比的体积分数为95％-99％，
优选的，所述膜分离器(2)的操作条件为：温度为25-150℃，入口压力为0.01-1.4MPa，出口压力为0.01-0.7MPa。
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