CN110624525A - 一种活性焦再生系统及再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工领域，公开了一种活性焦再生系统及再生方法。该活性焦再生系统包括：再生塔和再生风机，所述再生塔从上至下依次设置有进料分布段、预热段、再生尾气抽出段、加热段、再分布及活化段、冷却段及出口收集段。本发明采用再生尾气循环至加热段底部的工艺流程，可在活性焦表面生成新的含氧含氮官能团，改进活性焦的脱硫脱硝性能；可保证再生尾气的流量和组成稳定，可降低再生尾气流量及SO3含量、提高SO2浓度，降低再生尾气系统的结盐温度，减小结盐倾向，有利于下游再生尾气处理系统的稳定运行；本发明工艺流程简单，操作安全可靠，提高了活性焦再生工艺的稳定性和可靠性。

Description

一种活性焦再生系统及再生方法
技术领域
本发明属于化工领域，更具体地，涉及一种活性焦再生系统及再生方法。
背景技术
活性焦干法烟气净化工艺于20世纪80年代开始工业应用。随着环保要求的日益提高，活性焦干法净化技术由于具有脱硫效率高、反应不耗水、无废水废渣排放、设备腐蚀问题等突出优势，引起越来越多的重视，目前该工艺应用日益广泛。
典型的活性焦干法净化包括吸附和再生两部分，吸附和再生均为移动床。在吸附部分，活性焦与烟气接触，吸附其中的SO2并将其转化为H2SO4储存在活性焦的孔隙内。吸附塔喷氨脱硝时，则生成的H2SO4还会与NH3反应生成(NH4)2SO4或NH4HSO4。吸附饱和的活性焦随后送入再生塔进行再生。在再生部分，待生焦自再生塔顶部进入，加热至再生所需温度进行再生，然后再冷却至与待处理烟气接近的温度，最后从再生塔底部流出；再生塔设有再生尾气抽出口，再生尾气通过再生风机抽出增压后外送。再生塔的顶部和底部都设有密封氮气口，操作时注入密封氮气以防止含SO2的再生尾气外泄。
通常，再生塔设有进料分布段、预热段、再分布段、加热段、再生尾气抽出段、冷却段和出口收集段等，其中参与活性焦再生和冷却的主要是预热段、加热段和冷却段。具体来说，在预热段，待生焦被加热介质加热至～200℃。在加热段，待生焦被进一步加热至400-450℃。在此温度下，待生焦内储存的H2SO4或(NH4)2SO4分解并与活性焦发生氧化还原反应，生成SO3、SO2、CO2和H2O。同时，由于再生塔顶和塔底在注入密封氮气，其在再生塔内与上述组分混合，从再生塔再生尾气抽出段抽出，即再生尾气。而且，由于活性焦中的碳本身参与活性焦再生时的反应，随着循环次数的不断增加，活性焦强度持续强度下降，最终因强度不足而破碎。而且，再生塔内活性焦移动时也会有轻微破碎，因此，再生尾气中还会带有少量焦粉。再生尾气由再生风机抽出，通常送至硫磺回收装置或制硫酸装置。完成再生后的活性焦进入冷却段，在外部冷却介质的作用下降温至约120℃，随后离开再生塔。
但是，现有再生系统存在以下不足之处：
(1)活性焦吸附时为移动床操作，吸附塔内充满活性焦，活性焦和烟气为气固接触，且多为错流接触，难以保证吸附塔内的活性焦处于均匀吸附状态，使活性焦再生时也难以保证均匀再生，导致再生尾气的流量、组成都会有较大的波动；
(2)活性焦由上而下经过加热段时，其温度不断上升，活性焦再生持续进行，不断产生再生尾气。活性焦从加热段底流出时，其温度处于最高状态，再生基本上完成。由于现有再生系统再生尾气从加热段下部抽出，活性焦再生过程中产生的再生尾气与活性焦同向流动，使再生风机需要提供较高的负压以保证再生尾气不向上串至再生塔上部。同时，为了保证再生尾气在加热段随活性焦向下流动，需要在再生塔顶部通入较多的密封氮气，使再生尾气流量增加，且降低了其中SO2浓度，给下游再生尾气处理系统带来不利影响；
(3)活性焦再生时会产生一定的SO3，由于再生尾气抽出口位于加热段下部，为活性焦温度最高区域，SO3直接进入再生尾气，给下游再生尾气处理系统带来困难。同时，SO3会与再生尾气中NH3反应生成硫酸(氢)铵，存在再生管路系统堵塞的风险；
(4)由于再生尾气直接从高温段抽出，高温下产生的活性焦细粉较多，导致再生尾气中焦粉含量较高；
(5)再生尾气的操作温度高达350-400℃，影响再生风机的长周期稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服上述缺陷的活性焦再生系统及再生方法，使其能够提高活性焦再生系统稳定性，实现外送再生尾气的稳定控制，降低再生尾气中SO3和焦粉含量，同时，可改进活性焦再生效果，进一步增强活性焦的脱硫脱硝性能。
本发明的第一方面提供一种活性焦再生系统，该活性焦再生系统包括：再生塔和再生风机；
所述再生塔从上至下依次设置有进料分布段、预热段、再生尾气抽出段、加热段、再分布及活化段、冷却段及出口收集段；所述再生塔塔顶设置有待生焦入口，塔底设置有再生焦出口；
所述进料分布段顶部设有密封氮气入口；
所述预热段与所述加热段均在顶部设有加热介质出口，底部设有加热介质入口；
所述再生尾气抽出段设有再生尾气抽出口；
所述再分布及活化段顶部设有再生尾气返回口，底部设有注氨口；
所述再生尾气抽出口与再生风机入口连接，所述再生尾气返回口与再生风机出口连接；所述再生风机出口还设有尾气外送管线；
所述冷却段顶部设有冷却介质出口，底部设有冷却介质入口；
所述出口收集段下部设有密封氮气入口。
根据本发明，进一步地，所述预热段底部加热介质入口与所述加热段顶部加热介质出口通过管线相连。
根据本发明，优选地，所述再生尾气抽出口设置在所述再生尾气抽出段上部，且沿所述再生塔塔壁圆周均匀设置，并通过集合管与再生风机入口连接。由于再生尾气从再生尾气抽出段引出，其活性焦床层温度明显低于加热段的床层温度，因此，当再生尾气通过加热段床层最终从此处抽出时，其温度会持续降低，有利于再生风机的选型及长周期稳定操作。其中，再生尾气由SO3、SO2、CO2、H2O和氮气组成。
根据本发明，优选地，所述再生尾气抽出口为2-6个。
根据本发明，优选地，所述再生尾气返回口设置在所述再分布及活化段顶部或底部，所述再生尾气返回口与再生风机出口连接的管线上设有调节阀。通过调节阀的开度来控制回到吸收塔的再生尾气量。由于外送的再生尾气的流量信号控制返回再生尾气管线的调节阀上，可以实现外送再生尾气的流量稳定，避免流量波动。
根据本发明，进一步地，所述预热段、所述加热段以及所述冷却段均为管壳式换热结构，每段的顶部和底部均设有管板。
根据本发明，优选地，所述再分布及活化段设有分布盘管，与所述再生尾气返回口连通，所述分布盘管为树枝状分布管，固定在所述加热段底部的管板上。
根据本发明，所述再分布及活化段设有注氨分布盘管，与所述注氨口连通，所述注氨分布盘管为树枝状分布管，固定在所述冷却段顶部或所述加热段底部的管板上。注氨分布盘管可设置在再分布及活化段底部，固定在冷却段顶部的管板上，也可设置在再分布及活化段顶部，固定在加热段底部管板上。优选地，注氨分布盘管设置在再分布及活化段底部，固定在冷却段顶部的管板上。注氨口的设计使得在活性焦完成再生后可以进行注氨活化。由于注氨口设计在靠近冷却段的位置，此处的活性焦已完成解吸，不再含有SO2、SO3等，因此注入的氨会被活性焦吸附，不会生成铵盐。在这个区域内注氨，由于活性焦温度相对较高，活性焦表面的活性官能团能够与氨反应形成新的含氮官能团，更进一步增强活性焦的脱硫脱硝性能。
根据本发明，优选地，再生尾气管路全部设置电伴热。由于再生尾气中除了含有SO2外，可能还会含有和NH3及微量SO3，考虑到再生尾气降温存在露点腐蚀及结盐的可能性，因此再生尾气管路全部设置电伴热。
本发明的另一方面提供一种活性焦再生方法，所述活性焦再生方法在上述的活性焦再生系统中进行，该方法包括：待生焦从待生焦入口进入活性焦再生系统，依次通过进料分布段、预热段、再生尾气抽出段、加热段、再分布及活化段、冷却段及出口收集段，从再生焦出口排出，再生尾气从再生塔抽出，通过再生风机增压后，部分返回所述再分布及活化段顶部，余下部分外送。
在进行再生时，吸附饱和的待生焦自再生塔顶部待生焦入口进入进料分布段，从上而下依次经过预热段、再生尾气抽出段、加热段、再分布及活化段、冷却段及出口收集段，完成再生及冷却。完成再生的活性焦从再生塔底再生焦出口送出。
加热介质从加热段底部的加热介质入口进入换热管，从加热段顶部出来后再返回至预热段底部入口，最后完成换热的加热介质从预热段顶部的加热介质出口离开。被加热后的待生焦内部储存的H2SO4或(NH4)2SO4分解并与活性焦发生氧化还原反应，生成SO3、SO2、CO2和H2O，并与来自塔顶的氮气混合，形成再生尾气。再生尾气由再生风机从再生尾气抽出段的再生尾气抽出口抽出，抽出的再生尾气通过再生风机增压，然后分为两路，一部分再生尾气外送，另一部分为再生尾气返回再生塔，返回再生尾气管线上设有调节阀，由外送再生尾气的流量信号控制。
冷却介质从冷却段底部的冷却介质入口进入，完成换热后的冷却介质从冷却段顶部的冷却介质出口离开。氨气从注氨口注入再生塔，与完成解吸再生的活性催化剂的活性官能团反应，形成含氮基团，同时与冷却介质换热降温后离开再生塔。
本发明与现有技术相比，有如下优点：
(1)可降低再生尾气中的SO3含量。再生尾气抽出段设置在预热段与加热段之间，活性焦在经过加热段再生时产生的再生尾气与活性焦逆向流动，向上通过加热段及再生尾气抽出段活性焦床层才能到达再生尾气抽出口。
活性焦在加热段内自上而下温度不断升高，再生尾气向上流动时，不断与活性焦逆流接触，并持续被温度越来越低的活性焦冷却，由于活性焦对SO3吸附速率比SO2快得多，且能在更高的温度下进行，再生尾气中的SO3能够进一步被活性焦吸附，但SO2在此温度下很难被活性焦吸附。吸附SO3的活性焦在加热段继续向下流动，随着温度的不断升高，吸附SO3的活性焦又进行再生，但再生时产生的气体又以SO2为主，只会很少的SO3。因此，活性焦再生时产生的少量SO3在通过加热段活性焦时会重新被吸附，大幅降低了再生尾气中SO3含量。
(2)可保证外排再生尾气的流量和组成相对稳定。如前所述，吸附时吸附塔内的活性焦可能会处于非均匀吸附状态，导致再生时再生尾气的流量和组成相应波动。本发明设置有再生尾气返回再生塔系统，由外送再生尾气的流量来控制再生尾气返回管路上的调节阀的开度，可确保外排再生尾气的流量稳定。同时，再生尾气返回再生塔加热段底部，再生尾气向上通过加热段时会再次和活性焦接触并相互作用，使再生尾气组成稳定。外排再生尾气流量和组成的稳定有利于下游尾气处理系统的稳定操作。
(3)可改进活性焦的脱硫脱硝性能。通常，活性焦吸附再生循环过程中会在活性焦表面形成新的含氧含氮官能团，这些官能团可提高其脱硫脱硝性能。由于活性焦再生时温度高达400-450℃，将再生尾气返回再生塔加热段底部，再生尾气中的SO2、SO3及H2O、NH3等组分在高温下会重新和活性焦表面相互作用，在活性焦表面形成新的含氧含氮官能团，可改进活性焦的脱硫脱硝性能。
(4)可降低再生尾气中的焦粉含量。活性焦加热段再生时产生的焦粉，在随再生尾气向上与活性焦逆向接触时，大部分焦粉重新被活性焦捕捉，使再生尾气中的焦粉含量相应降低。
(5)可降低再生尾气系统的结盐温度和倾向。由于降低了再生尾气中SO3含量，使再生尾气的结盐(硫酸氢铵)温度和倾向，有利于再生尾气管路及系统的长周期运行。
(6)可减少再生塔顶密封氮气的消耗，降低再生尾气流量，提高再生尾气中SO2浓度。由于再生尾气的抽出口设置在预热段与加热段之间，加热段产生的再生尾气自然向上流动，有利于再生尾气的引出，同时可以减少再生塔顶密封氮气的消耗。
(7)由于抽出口位于预热段与加热段之间，活性焦床层存在温度梯度。因此当再生尾气通过床层后再抽出时，温度会降低，有利于再生风机的选型与长周期稳定运行。
本发明工艺流程简单，操作安全可靠，其能够提高活性焦再生系统稳定性，实现外送再生尾气的稳定控制，降低再生尾气中SO3含量，同时，可改进活性焦再生效果，进一步增强活性焦的脱硫脱硝性能，对活性焦移动床干法烟气脱硫工艺的长周期稳定稳定运行具有重要意义。
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
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了现有活性焦再生系统的示意图。
图2示出了本发明实施例1的活性焦再生系统示意图。
附图标记说明
设备：
A-再生塔，A1-进料分布段，A2-预热段，A3-再分布段，A4-加热段，A5-再生尾气抽出段，A6-冷却段，A7-出口收集段，A8-再分布及活化段，B-再生风机。
物流：
1、待生焦入口，2、再生焦出口，3、加热介质入口，4、加热介质出口，5、冷却介质入口，6、冷却介质出口，7、塔顶密封氮气入口，8、塔底密封氮气入口，9-再生尾气抽出口，10、再生尾气外送口，11、再生尾气返回口，12、注氨口。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
一种活性焦再生系统如图2所示，该活性焦再生系统包括：再生塔A和再生风机B；所述再生塔A从上至下依次设置有进料分布段A1、预热段A2、再生尾气抽出段A5、加热段A4、再分布及活化段A8、冷却段A6及出口收集段A7；所述再生塔A塔顶设置有待生焦入口，塔底设置有再生焦出口2；其中，所述进料分布段A1顶部设有密封氮气入口；所述出口收集段A7下部设有密封氮气入口。
所述预热段A2与所述加热段A4均在顶部设有加热介质出口，底部设有加热介质入口；所述预热段底部加热介质入口与所述加热段顶部加热介质出口通过管线相连，所述冷却段A6顶部设有冷却介质出口6，底部设有冷却介质入口5，所述预热段A2、所述加热段A4以及所述冷却段A6均为管壳式换热结构，每段的顶部和底部均设有管板。所述再生尾气抽出段A5上部设有再生尾气抽出口9，且沿所述再生塔塔壁圆周均匀设置4个，并通过集合管与再生风机B入口连接。所述再分布及活化段A8顶部设有再生尾气返回口11，底部设有注氨口12，所述再生尾气返回口11与再生风机B出口连接，所述再生风机B出口还设有尾气外送管线，所述再生尾气返回口11与再生风机B出口连接的管线上设有调节阀。再生尾气管路全部设置电伴热。所述再分布及活化段A8上部设有分布盘管，与所述再生尾气返回口11连通，所述分布盘管为树枝状分布管，固定在所述加热段A4底部的管板上。所述再分布及活化段A8下部设有注氨分布盘管，与所述注氨口12连通，所述注氨分布盘管为树枝状分布管，固定在所述冷却段A6顶部的管板上。
工艺路线：
在进行再生时，吸附饱和的待生焦自再生塔A顶部待生焦入口1进入进料分布段A1，从上而下依次经过预热段A2、再生尾气抽出段A3、加热段A4、再分布及活化段A5、冷却段A6及出口收集段A7，完成再生及冷却。完成再生的活性焦从再生塔底再生焦出口2送出。
加热介质从加热段A4底部的加热介质入口3进入换热管，从加热段A4顶部出来后再返回至预热段A2底部入口，最后完成换热的加热介质从预热段A2顶部的加热介质出口4离开。
冷却介质从冷却段A6底部的冷却介质入口5进入，完成换热后的冷却介质从冷却段A6顶部的冷却介质出口6离开。
氨气从注氨口12注入再生塔A，与完成解吸再生的活性催化剂的活性官能团反应。
活性焦在加热段A4进行解吸再生，产生再生尾气，再生尾气由再生风机B从再生尾气抽出段A3的再生尾气抽出口9抽出，抽出的再生尾气9通过再生风机B增压，然后分为两路，一部分再生尾气外送，另一部分为再生尾气返回再生塔A。
以上已经描述了本发明的各实施例，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各实施例。在不偏离所说明的各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 (10)

1.一种活性焦再生系统，其特征在于，该活性焦再生系统包括：再生塔和再生风机；
所述再生塔从上至下依次设置有进料分布段、预热段、再生尾气抽出段、加热段、再分布及活化段、冷却段及出口收集段；所述再生塔塔顶设置有待生焦入口，塔底设置有再生焦出口；
所述进料分布段顶部设有密封氮气入口；
所述预热段与所述加热段均在顶部设有加热介质出口，底部设有加热介质入口；
所述再生尾气抽出段设有再生尾气抽出口；
所述再分布及活化段顶部设有再生尾气返回口，底部设有注氨口；
所述再生尾气抽出口与再生风机入口连接，所述再生尾气返回口与再生风机出口连接；所述再生风机出口还设有尾气外送管线；
所述冷却段顶部设有冷却介质出口，底部设有冷却介质入口；
所述出口收集段下部设有密封氮气入口。
2.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述预热段底部加热介质入口与所述加热段顶部加热介质出口通过管线相连。
3.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述再生尾气抽出口设置在所述再生尾气抽出段上部，且沿所述再生塔塔壁圆周均匀设置，并通过集合管与再生风机入口连接。
4.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述再生尾气抽出口为2-6个。
5.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述再生尾气返回口设置在所述再分布及活化段顶部或底部，所述再生尾气返回口与再生风机出口连接的管线上设有调节阀。
6.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述预热段、所述加热段以及所述冷却段均为管壳式换热结构，每段的顶部和底部均设有管板。
7.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述再分布及活化段设有分布盘管，与所述再生尾气返回口连通，所述分布盘管为树枝状分布管，固定在所述加热段底部的管板上。
8.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，所述再分布及活化段设有注氨分布盘管，与所述注氨口连通，所述注氨分布盘管为树枝状分布管，固定在所述冷却段顶部或所述加热段底部的管板上。
9.根据权利要求1所述的活性焦再生系统，其特征在于，再生尾气管路全部设置电伴热。
10.一种活性焦再生方法，其特征在于，所述活性焦再生方法在权利要求1-9中任意一项所述的活性焦再生系统中进行，该方法包括：待生焦从待生焦入口进入活性焦再生系统，依次通过进料分布段、预热段、再生尾气抽出段、加热段、再分布及活化段、冷却段及出口收集段，从再生焦出口排出，再生尾气从再生塔抽出，通过再生风机增压后，部分返回所述再分布及活化段顶部，余下部分外送。
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