CN201643982U

CN201643982U - 一种fcc烟气脱硝催化反应装置

Info

Publication number: CN201643982U
Application number: CN 200920247546
Authority: CN
Inventors: 李勇; 王学海; 彭德强
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2019-10-27

Abstract

本实用新型提供了一种处理FCC烟气的脱硝催化反应装置。本实用新型的FCC烟气脱硝装置顺序包括除尘器、换热器、加热器、烟气-氨气混合器、催化还原反应器、脱硫塔和烟囱。来自FCC再生器的烟气首先经过除尘器除尘后，与催化还原反应器的烟气换热、再经加热器加热达到反应温度后，进入催化还原反应器，反应后的烟气经换热后进入脱硫单元除氨后，通过烟囱排出。本实用新型中将换热器、加热器、烟气-氨气混合器和催化还原反应器做成塔式结构，可以节约面积，节省投资。

Description

一种FCC烟气脱硝催化反应装置

技术领域

本实用新型涉及炼油厂FCC烟气的治理方法，特别是涉及炼厂FCC烟气选择性催化还原SCR脱硝工艺。

背景技术

NOx是大气污染的主要污染源之一。大气中的NOx主要来自与燃烧过程有关的工业过程的排放气以及机动车辆、轮船等尾气的排放。全世界每年排入大气的NOx总量达5×10⁷t。我国电厂燃煤排入大气NOx为700万t/年。

氮氧化物总称为NOx，危害最大的主要是：NO、NO₂。NOx的主要危害如下：(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。

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。

FCC烟气中的NOx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。

燃料燃烧过程中主要生成3种NOx，(1)温度型NOx(Thermol NOx)：空气中的氮气在高温下氧化产生的NOx；(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NOx；(3)燃料型NOx(Fuel NO_x)：燃料中的含氮化合物在燃烧过程中生成的NOx。

燃烧产生的烟气中NO和NO₂均有，但热力学和动力学的研究表明，主要生成NO，总NOx中，NO占90％，NO₂占10％。

FCC烟气的污染物量如下：烟气量：75000～530000Nm³/h，粉尘量：36～700mg/m³，SO_x：25～1050mL/m³，NOx：100～874mL/m³。以NO计，FCC烟气中NO_x的浓度一般在：14～1170mg/m³。

其主要的污染物是NO、NO₂，FCC烟气中的NOx量一般占炼厂NOx排放量的50％，烟气中的90％是NO，剩余NOx部份绝大部份是NO₂。

在炼油厂，FCCU是最大的NO_x排放源，年排放量以t计，是所在地NOx排放的焦点。

为控制炼油厂的NO_x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FCCU的NOx的排放标准。

《大气综合污染物排放标准-GB16297-1996》和《锅炉大气污染物排放标准-GWPB3-1999》均对NOx的排放作出限制，前者规定：老污染源最高允许排放浓度：420mg/m³，新污染源为240mg/m³。目前正在从行业角度制定《石油炼制工业污染物排放标准》。

近年来，随着进口原油量的增加，炼油厂NOx污染问题日益严重，随着环保法规的日益严格，对NOx排放指标要求随之提高。因此，NOx污染治理到了刻不容缓的地步。

对于固定源燃烧产生的NO_x污染的控制主要有4种方法：

(1)燃料脱氮；(2)燃烧时使用添加剂，减少NOx的生成；(3)改进燃烧方式和生产工艺的低NOx烧焦技术；(4)烟气脱硝。

前3种方法是减少燃烧过程的NO_x生成量，是源头处理技术，第4种方法是对燃烧烟气和工业尾气中的NOx进行治理，是末端治理技术。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。

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，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。

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℃～400℃，用NH₃作还原剂将NO_x催化还原为N₂，废气中的氧很少参加反应，放热量小。以NH₃作还原剂的反应可表示如下：

4NH₃+6NO→5N₂+6H₂O+1806.6kJ

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O+2730.6kJ

根据催化剂的适宜温度范围，SCR可分为高温、中温和低温工艺，其温度分别为：高温SCR工艺：450～590℃；中温SCR工艺：260～380℃；低温SCR工艺：80～300℃。

CN1895744A介绍了一种高尘复合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烟气的NO_x治理。其缺点表现在：(1)换热器在流程中设置不合理，未考虑烟气余热回收和烟气降温后对设备产生的严重腐蚀问题，而且烟气温度一旦有较大波动，该流程不能进行自我调节以适应变化的工况；(2)除尘器在流程中设置不合理，未考虑粉尘对催化剂的寿命和活性的影响；(3)逃逸NH₃造成的二次污染问题；

专利CN1895744A的换热器主要考虑给脱NO_x后的烟气降温，而未考虑降温后的腐蚀问题，未考虑把这部分热量回收。另外烟气温度均为180～220℃，如不加热至300～400℃，则会发生副反应，生成NH₄HSO₃，所生成的物质粘稠性较强，会对催化剂床层形成堵塞，并污染催化剂。

专利CN101219329A介绍了一种旋风预除尘SCR烟气脱硝工艺，旋风除尘对FCC再生烟气没有作用，因为FCC本身自带旋风除尘设施，再加一套旋风除尘并不能提高除尘效果，只会造成浪费。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种流程更合理，特别适用于FCC烟气处理的脱硝催化反应装置。

本实用新型的FCC烟气脱硝催化反应装置，一端连接FCC锅炉系统，另一端顺序包括除尘器、换热器、加热器、烟气-氨气混合器、催化还原反应器、脱硫单元和烟囱：供氨装置同烟气-氨气混合器相连接，所述换热器、加热器、烟气-氨气混合器和催化还原装置做成一个框架式塔式结构。

本实用新型在FCC再生器后面连接除尘器，把粉尘对FCC烟气脱硝工艺的影响减至最低；选用的除尘器可以是电除尘器或布袋除尘器。除尘器的前置可以在烟气中粉尘量发生波动的情况下，将烟气中粉尘对SCR催化剂活性影响降至最小，而且不影响烟气中NO_x的去除率。

本实用新型工艺流程中在除尘器后设置换热器和加热器。换热器的设置是要有效利用SCR反应的余热；而加热器的功能是要在烟气温度未达到SCR反应温度时，对烟气加热。从而保证在烟气温度变化时，进入反应器的烟气温度不发生较大波动，以确保烟气中的NO_x和投加的NH₃在较佳温度反应区间反应。

为了减少脱硝工艺中的氨逃逸，本实用新型的脱硫单元采取湿法脱硫。烟气与雾状碱液滴在文丘里洗涤器中混合，充分接触，在脱硫的同时，逃逸的NH₃与SO_x反应，生成铵盐，烟气经脱硫除氨后，烟气通过螺旋气液分离器→撞击式除雾器，将液滴分离，最后通过换热器，与脱硫单元入口烟气进行换热；换热升温后的烟气从烟囱排入大气，至此完成除尘、脱硝、脱硫的工艺过程。

根据本实用新型提供的烟气脱硝催化反应装置，本实用新型优选把换热器、加热器、烟气-氨气混合器和催化还原反应器做成一个框架式塔式结构，从而可以有效提高脱硝工艺的换热效率和反应效率，并节省占地面积。

所述催化还原反应器中的金属氧化催化剂，采用蜂窝结构，该结构具有活性面积大，抗堵塞，耐中毒，老化等优异特性，催化剂分为3～6层，其中1层设置为预留层，便于更换和添加催化剂。所述的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。

与现有技术相比较，本实用新型FCC烟气脱硫脱硝装置的特点在于：

(1)本实用新型装置在烟气中粉尘量发生波动的情况下，将烟气中粉尘对SCR催化剂活性的影响降至最小，而且不影响烟气中NO_x的去除率；

(2)在FCC烟气温度变化时，可以保证进入催化还原反应器的烟气温度保持平稳，不会发生较大的波动；

(3)本实用新型的FCC烟气脱硝装置结构紧凑、占地面积小，提高了工艺的换热效率和反应效率。

附图说明

图1是CN1895744A的工艺装置流程图：

1、FCC锅炉系统；2、供氨单元；3、烟气-氨气混合器；4、催化还原反应器；5、换热器；6、除尘器；7、脱硫单元；8、烟囱；

图2是本实用新型实施例1的工艺装置流程图：

11、FCC锅炉系统；12、供氨单元；13、除尘器；14、换热器；15、加热器；16、烟气-氨气混合器；17、催化还原反应器；18、脱硫单元；19、烟囱。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的FCC烟气脱硝装置作详细说明。

比较例1

参照图1，CN1895744A的简单流程为：来自锅炉系统1的烟气与来自供氨单元2的氨气进入烟气-氨气混合器3混合均匀后，进入催化还原反应器4进行反应，反应后的气体进入换热器5换热，然后通过除尘器6以脱除烟气中的灰尘，接着进入脱硫单元7，在脱硫单元内，逃逸的NH₃与SO₂反应，反应后的气体通过烟囱8排放。

实施例1(参见图2)

来自FCC锅炉系统11的含有NO_x的烟气经除尘器13除尘，在换热器14与催化还原反应器17出口的烟气换热升温后，进入加热器15进一步加热至300～400℃后，进入烟气-氨气混合器16，在此烟气与来自供氨单元12的氨气充分均匀地混合，而后再向下进入催化还原反应器17，在催化剂床层中，NO_x和NH₃反应生成N₂和H₂O，由催化还原反应器17出来的脱硝后的烟气进入脱硫单元18，在脱硫单元18内，烟气与雾状碱液滴在文丘里洗涤器中混合，充分接触，在脱硫的同时，逃逸的NH₃与SO_x反应，生成铵盐，完成对逃逸氨的去除；烟气经脱硫除氨后，烟气通过螺旋气液分离器→撞击式除雾器，将液滴分离，最后通过换热器，与脱硫单元入口烟气进行换热；换热升温后的烟气从烟囱19排入大气。

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，老化等优异特性，催化剂分为3～6层，其中1层设置为预留层，便于更换和添加催化剂。该催化剂为抚研自主研发，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。

在催化还原反应器的床层之间还可以设置吹灰器，吸附在催化剂表面的飞灰经空气反吹后进入灰斗中，定期排放。

由此可以看出：本实用新型的烟气脱硝反应装置，针对FCC烟气的特点做了针对性的改进：将除尘器设置在FCC锅炉后，消除了粉尘对催化剂寿命和活性的影响；合理设置换热器和加热器，既回收了FCC烟气余热，又减缓了烟气降温后对设备产生的严重腐蚀问题；同时增强了装置的适应能力，在烟气温度发生较大波动时，能够进行自我调节以适应变化的工况。

Claims

1.一种FCC烟气脱硝催化反应装置，一端连接FCC锅炉系统，另一端顺序包括除尘器、换热器、加热器、烟气-氨气混合器、催化还原反应器、脱硫单元和烟囱，供氨装置同烟气-氨气混合器相连接。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的换热器、加热器、烟气-氨气混合器和催化还原反应器形成框架式塔式结构。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的除尘器为电除尘器或布袋除尘器。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的脱硫单元采取湿法脱硫单元。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在催化还原反应器的床层之间设置吹灰器。