CN110115925B - 一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于烟气活性焦干法净化工艺领域，具体涉及一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法及装置。该工艺方法包括：待净化烟气通过第一除尘装置，得到除尘后烟气，然后进入活性焦吸附塔进行处理，得到净烟气；至少部分净烟气经冷却后返回活性焦吸附塔的入口烟道与除尘后烟气混合。采用本发明的工艺方法和装置可安全有效地降低活性焦吸附塔入口的烟气温度，保持烟气氧含量和水含量基本不变，确保活性焦吸附塔安全稳定的运行；避免设置烟气取热器带来的结盐及积灰导致设备堵塞的问题。

Description

一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法及装置
技术领域
本发明属于烟气活性焦干法净化工艺领域，具体涉及一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法及装置。
背景技术
2015年，国家颁布《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570-2015)，其中对催化裂化再生烟气中污染物的排放有明确要求，而目前催化裂化装置再生烟气中污染物的浓度已远远超过标准要求，因此催化装置需要设置烟气脱硫脱硝除尘净化设施。
催化裂化是重要的重油轻质化工艺，是炼厂获取效益的主要手段，其核心为反应再生系统。反应系统将重油在催化剂作用下裂化生成轻质油品及液化气体等，同时会有少部分焦炭沉积在催化剂上，再生系统将沉积有焦炭的催化剂在高温及有氧环境下进行烧焦，实现催化剂的再生，再生后的催化剂送回到反应系统，催化剂在反应再生系统之间循环使用。由于重油中大部分重金属如Ni、V等沉积在催化剂上，通常Ni含量最高可达11000ppmw，V含量最高可达7000ppmw。V在再生器中常以V2O5形式存在，众所周知，V2O5是SO2向SO3转化的催化剂，催化剂上较高的V含量导致再生烟气中SO2/SO3比例达10％甚至更高，比燃煤锅炉烟气中SO2/SO3比例(通常1％～2％)高出很多。此外，催化裂化装置再生烟气脱硝通常采用中温SCR(320～400℃)工艺，由于SCR的活性组分主要为V2O5，再生烟气经过SCR后会有1％～2％SO2转化为SO3，导致再生烟气中SO3含量较高。而且，由于SCR的NH3逃逸在2～3mg/Nm3，会带来如下两个问题：一是NH3与SO3反应生成粘性很大NH4HSO4，会粘附烟气中的催化剂细粉，导致省煤器快速结盐而堵塞，NH4HSO4的生成温度通常在190～240℃；二是较高的SO3含量导致烟气的酸露点较高，给下游设备带来腐蚀等问题。这两个问题严重影响催化裂化装置的长周期稳定操作，为了防止结盐堵塞及露点腐蚀，通常的做法是提高省煤器出口烟气温度，目前，石化企业催化装置余热锅炉省煤器出口温度为180～200℃，且在一个操作周期内，由于省煤段换热管的逐渐结盐积灰，省煤器出口温度可能还会进一步升高。
活性焦干法净化技术于20世纪80年代开始工业应用，具有脱硫效率高、反应不耗水、无废水废渣排放、无设备腐蚀问题等突出优势。随着环保要求的日益提高，该技术引起了越来越多的重视，应用日益广泛。将活性焦干法净化技术应用于催化裂化装置，可以有效脱除再生烟气中的8O2/8O3，同时对NOx、颗粒物和VOCs等也有协同脱除效果，结合上游SCR和下游布袋除尘器，整个净化系统可以将再生烟气净化至满足标准要求。
通过对活性焦脱硫脱硝效果、多污染物同时脱除、活性焦床层内安全操作等因素综合考虑，活性焦理想的脱硫脱硝温度为125～140℃，通常要求活性焦吸附塔入口温度不大于160℃，当温度大于160℃时，由于活性焦床层氧化放热速度较快，使床层不断蓄热导致温度不断升高，最终使活性焦床层温度失控，导致活性焦烧坏甚至带来塔内活性焦自燃的安全问题。因此，将活性焦干法净化技术应用于催化裂化装置再生烟气净化首先要降低活性焦吸附塔入口烟气温度。
常见的烟气降温措施有以下几种：设置烟气取热器、喷水降温及混入冷空气降温等，也可以将这几种降温措施联合设置以降低烟气温度。以下就几种降温方式分别进行介绍。
(1)设置烟气取热器，即在活性焦吸附塔入口设置烟气取热器来降低烟气温度。如前文所述，由于再生烟气SO3浓度较高且存在少量的NH3，设置烟气取热器降温后，会生成粘性很大NH4HSO4导致换热管表面结盐及积灰，最终导致取热器压降不断上升，甚至堵塞取热器。而且，烟气温度降至SO3露点温度以下后，换热管表面会出现凝酸，进一步加速积灰，同时也会对下游设备造成腐蚀，不利于催化装置长期稳定运行。
(2)喷水降温，即将水雾化后喷入烟道与高温烟气混合，利用水的相变吸热降低烟气温度，这种措施在烟气温度较高时比较可靠，因为喷入的水能够迅速气化。但是当烟气温度较低时，传热推动力较小，喷水不容易迅速气化。且经过一段时间的运行后，由于磨蚀等因素，喷嘴的雾化效果变差，雾滴完全气化的难度增大。如果雾滴到达烟道内壁后仍不能完全气化，由于这些雾滴中可能会溶有SO3，会对烟道及下游设备造成腐蚀。而且，喷水后烟气中水含量会进一步增加，可能会影响活性焦的脱硝性能，降低脱硝效率。另外，喷水降温也会增加水消耗量，在缺水地区的应用受限。
(3)混入冷空气降温，即通过引风机从大气中抽取常温空气送至烟道与再生烟气混合，其流程简单，操作也方便。但是为了将再生烟气降低至合适的温度，由于空气和烟气的比热接近，需要混入的空气量较高。混入空气后会迅速增加再生烟气的氧含量，根据GB31570-2015规定，净烟气中污染物浓度排放限值需换算到基准氧含量为3v％的条件下，即混入空气后由于氧含量增加，为了使污染物排放满足标准要求，对下游净化设施的要求更高。且通入大量空气会导致烟气的氧含量迅速增高，使活性焦床层的氧化升温加快，可能会不利于活性焦吸附塔的安全稳定运行。由于烟气中混入空气会直接稀释烟气中污染物浓度，随着环保标准的不断提高，今后可能会对将空气直接混入烟气的类似措施加以限制。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法及装置。该工艺方法可安全有效地降低活性焦吸附塔入口的烟气温度，同时保持烟气氧含量和水含量基本不变，确保活性焦吸附塔安全稳定的运行。
本发明的第一方面提供了一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法，该工艺方法包括：待净化烟气通过第一除尘装置，得到除尘后烟气，然后进入活性焦吸附塔进行处理，得到净烟气；至少部分净烟气经冷却后返回活性焦吸附塔的入口烟道与除尘后烟气混合。
本发明的第二方面提供了一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的装置，该装置包括：沿烟气流动方向依次设置的第一除尘装置和活性焦吸附塔，在活性焦吸附塔后的净烟气主烟道与活性焦吸附塔的进气烟道间连接有烟气回流管路，在净烟气主烟道或烟气回流管路上设置有引风机，烟气回流管路上设置有冷却器。
本发明通过设置净烟气回流设施，将依次经过第一除尘装置和活性焦吸附塔及引风机增压后的净烟气部分冷却后返回至活性焦吸附塔入口烟道与除尘后的烟气混合，以降低活性焦吸附塔入口烟气温度，确保活性焦吸附塔安全稳定的运行，且可使除尘后烟气及净烟气氧含量和水含量保持基本不变。由于净烟气中SO3和NH3基本被完全脱除，净烟气中的污染物浓度很低，设置的净烟气冷却器不会带来结盐、积灰及露点腐蚀的问题；采用本发明的工艺方法和装置也避免在SO3和NH3含量较高的待净化烟气管路上设置烟气取热器，进而带来结盐及积灰导致设备堵塞的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为实施例1的降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺流程图。
图2为实施例2的降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺流程图。
附图标记说明：
设备：A-水封罐；B-电除尘器；C-活性焦吸附塔；D-布袋除尘器；E-引风机；F-吸附塔顶旋转给料器；G-吸附塔底旋转给料器；H-净烟气冷却器；
物流：1-待净化烟气/再生烟气；2-净烟气；3-再生焦；4-待生焦；5-氨气；6-水；7-回流净烟气。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不用于限制本发明。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法，该工艺方法包括：待净化烟气通过第一除尘装置，得到除尘后烟气，然后进入活性焦吸附塔进行处理，得到净烟气；至少部分净烟气经冷却后返回活性焦吸附塔的入口烟道与除尘后烟气混合。
本发明中，所述待净化烟气可以是催化裂化再生烟气，或者是其它性质相似的直接采用烟气冷却器冷却可能会导致结盐、积灰及产生酸露点腐蚀的气体。
优选情况下，依烟气流动方向，活性焦吸附塔下游设置有第二除尘装置。
本发明中，所述第一除尘装置和第二除尘装置可以相同或不同，各自选自电除尘器、布袋除尘器和电袋除尘器中的至少一种。
优选情况下，所述第一除尘装置为电除尘器；所述第二除尘装置为布袋除尘器。
根据本发明，活性焦吸附塔入口烟气温度通过净烟气回流量来控制，净烟气回流量与除尘后烟气流量的比例可在0～1之间，优选为0.2～0.6。
本发明中，所述待净化烟气的温度可为160～250℃，优选为180～210℃。
本发明中，活性焦吸附塔入口烟气温度可控制在130～160℃，优选为130～150℃。
本发明中，为了防止突发情况的产生，依烟气流动方向，在第一除尘装置的上游设置紧急喷水降温设施，该紧急喷水降温设施在待净化烟气的输出设备事故工况下启用。以催化裂化再生烟气为例，在上游余热锅事故工况下，省煤段出口温度突然大幅升高时，启用紧急喷水降温设施。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的装置，该装置包括：沿烟气流动方向依次设置的第一除尘装置和活性焦吸附塔，在活性焦吸附塔后的净烟气主烟道与活性焦吸附塔的进气烟道间连接有烟气回流管路，在净烟气主烟道或烟气回流管路上设置有引风机，烟气回流管路上设置有冷却器。
本发明中，净烟气主烟道上设有引风机时，可直接从引风机出口抽出部分净烟气回流；如净烟气主烟道未设引风机，则可在烟气回流管路上单独设置引风机，以保证净烟气有足够压力回流至活性焦吸附塔入口烟道。净烟气主烟道上是否设置引风机需要综合考虑整个烟气系统的压降后确定。
优选情况下，该装置还包括设置于活性焦吸附塔之后、烟气回流管路之前的第二除尘装置。即当该装置包括第二除尘装置时，烟气回流管路设置在第二除尘装置后的净烟气主烟道与活性焦吸附塔的进气烟道间。
第一除尘装置和第二除尘装置的具体设备类型及选择已在前文中进行了详细描述，在此不作赘述。
本发明中，冷却器可以采用空气冷却、除盐水冷却或循环水冷却，优选情况下，所述冷却器采用非金属材料换热管。
本发明中，在净烟气和除尘后烟气混合点下游的烟道采取防SO3露点腐蚀措施，将下游烟道材质升级为镍基合金或采用非金属材质。
优选情况下，该装置还包括在第一除尘装置上游设置的紧急喷水降温设施，在待净化烟气的输出设备事故工况下启用。
按照本发明的一种优选实施方式，降低活性焦吸附塔入口烟气温度(以催化裂化再生烟气为例)的工艺方法包括：再生烟气自上游余热锅炉来，首先进入电除尘器，将颗粒物含量降低至50mg/Nm3以下，然后与回流的低温净烟气混合后，将再生烟气温度降至活性焦脱硫脱硝所要求的温度范围(130～150℃)；降温后的烟气进入活性焦吸附塔，在活性焦床层的作用下进行脱硫、脱硝、除尘及脱除VOCs等多种污染物；从活性焦吸附塔出来的烟气再进入布袋除尘器，进一步将烟气中颗粒物含量降低至5mg/Nm3以下；从布袋除尘器出来的净烟气进入引风机，经引风机增压后，至少部分通过冷却器冷却后返回至活性焦吸附塔入口烟道，与再生烟气混合，以降低再生烟气温度，其余净烟气送至烟囱排放。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1-2用于说明本发明的降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法及装置。
实施例1
如图1所示，待净化烟气1经水封罐A并从上游余热锅炉出来后，首先进入电除尘器B，将颗粒物含量降低至50mg/Nm3以下，从电除尘器B出来的烟气与回流净烟气7混和，将除尘后烟气的温度降至活性焦脱硫脱硝所要求的温度范围(130～150℃)。经降温后的烟气进入活性焦吸附塔C，在活性焦床层的作用下进行首先脱硫、除尘及VOCs等污染物的同时脱除，将SO2降低至较低水平后再注入氨气5进行脱硝，以脱除烟气中的NOx。经过净化后的烟气从活性焦吸附塔C出来，进入布袋除尘器D，进一步将烟气中颗粒物含量降低至5mg/Nm3以下。经过再生后的再生焦3经吸附塔顶旋转给料器F送至活性焦吸附塔C顶，在重力作用下依次经过活性焦吸附塔C，最后经吸附塔底旋转给料器G送至再生部分，待生焦4由活性焦吸附塔C塔顶进入。烟气从布袋除尘器出来后进入引风机E，经增压后，至少部分作为回流净烟气7通过净烟气冷却器H冷却后返回活性焦吸附塔入口烟道与待净化烟气1混合，大部分净烟气2送至烟囱排放，引风机设置在布袋除尘器下游的净烟气主烟道上。电除尘器的上游设置有紧急喷水降温设施，该紧急喷水降温设施在上游余热锅事故工况下，省煤段出口温度突然大幅升高时启用，进行喷水6降温。
实施例2
如图2所示，待净化烟气1经水封罐A并从上游余热锅炉出来后，首先进入电除尘器B，将颗粒物含量降低至50mg/Nm3以下，从电除尘器B出来的烟气与回流净烟气7混和，将除尘后烟气的温度降至活性焦脱硫脱硝所要求的温度范围(130～150℃)。经降温后的烟气进入活性焦吸附塔C，在活性焦床层的作用下进行首先脱硫、除尘及VOCs等污染物的同时脱除，将SO2降低至较低水平后再注入氨气5进行脱硝，以脱除烟气中的NOx。经过净化后的烟气从活性焦吸附塔C出来，进入布袋除尘器D，进一步将烟气中颗粒物含量降低至5mg/Nm3以下。经过再生后的再生焦3经吸附塔顶旋转给料器F送至活性焦吸附塔C顶，在重力作用下依次经过活性焦吸附塔C，最后经吸附塔底旋转给料器G送至再生部分，待生焦4由活性焦吸附塔C塔顶进入。烟气从布袋除尘器出来后进入引风机E，经增压后，至少部分作为回流净烟气7通过净烟气冷却器H冷却后返回活性焦吸附塔入口烟道与待净化烟气1混合，大部分净烟气2送至烟囱排放，引风机单独设置在净烟气回流管路上。电除尘器的上游设置有紧急喷水降温设施，该紧急喷水降温设施在上游余热锅事故工况下，省煤段出口温度突然大幅升高时启用，进行喷水6降温。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (4)

1.一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括：待净化烟气通过第一除尘装置，得到除尘后烟气，然后进入活性焦吸附塔进行处理，得到净烟气；至少部分净烟气经冷却后返回活性焦吸附塔的入口烟道与除尘后烟气混合；
在净烟气和除尘后烟气混合点下游的烟道采取防SO3露点腐蚀措施；
所述待净化烟气的温度为160～250℃；活性焦吸附塔入口烟气温度为130～160℃；
依烟气流动方向，在第一除尘装置的上游设置紧急喷水降温设施，该紧急喷水降温设施在待净化烟气的输出设备事故工况下启用；
所述待净化烟气是催化裂化再生烟气；
依烟气流动方向，活性焦吸附塔下游设置有第二除尘装置；
净烟气回流量与除尘后烟气流量的比例为0.2～0.6。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其中，所述第一除尘装置和第二除尘装置各自选自电除尘器、布袋除尘器和电袋除尘器中的至少一种。
3.一种降低活性焦吸附塔入口烟气温度的装置，其特征在于，该装置包括：沿烟气流动方向依次设置的第一除尘装置和活性焦吸附塔，在活性焦吸附塔后的净烟气主烟道与活性焦吸附塔的进气烟道间连接有烟气回流管路，在净烟气主烟道或烟气回流管路上设置有引风机，烟气回流管路上设置有冷却器；
在净烟气和除尘后烟气混合点下游的烟道采取防SO3露点腐蚀措施；
该装置还包括在第一除尘装置上游设置的紧急喷水降温设施；
该装置还包括设置于活性焦吸附塔之后、烟气回流管路之前的第二除尘装置。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一除尘装置和第二除尘装置各自选自电除尘器、布袋除尘器和电袋除尘器中的至少一种。
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