CN201643982U - 一种fcc烟气脱硝催化反应装置 - Google Patents

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

[0001] 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

[0002] 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 5X107t。我国电厂燃煤排入大气NOx为700万t/年。

[0003] 氮氧化物总称为NOx，危害最大的主要是：N0、N02。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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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N0x(Fuel NOx)：燃料中的含 氮化合物在燃烧过程中生成的NOx。

[0007] 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N0，总 NOx 中，NO 占 90%, NO2 占 10%。

[0008] FCC烟气的污染物量如下：烟气量：75000〜530000Nm7h，粉尘量：36〜700mg/m3， SOx ：25 〜1050mL/m3，NOx ：100 〜874mL/m3。以 NO 计，FCC 烟气中 NOx 的浓度一般在：14 〜 1170mg/m3。

[0009] 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N0，剩余NOx部份绝大部份是NO2。

[0010] 在炼油厂，FCCU是最大的NOx排放源，年排放量以t计，是所在地NOx排放的焦点。

[0011] 为控制炼油厂的NOx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 FCXU的NOx的排放标准。

[0012]《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》。

[0013] 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。[0014] 对于固定源燃烧产生的NOx污染的控制主要有4种方法：

[0015] (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。

[0016] 前3种方法是减少燃烧过程的NOx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。

[0017] 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。

[0018] 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°C〜400°C，用NH3作还原剂将NOx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：

[0019] 4NH3+6N0 — 5N2+6H20+1806. 6kJ

[0020] 8NH3+6N02 — 7N2+12H20+2730. 6kJ

[0021] 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°C ；中温SCR工艺：260〜380°C ；低温SCR工艺：80〜300°C。

[0022] 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NOx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；

[0023] 专利CN1895744A的换热器主要考虑给脱NOx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°C，如不加热至300〜 400°C，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。

[0024] 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

[0025] 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。

[0026] 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® ：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。

[0027] 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NOx 的去除率。

[0028] 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 NOx和投加的NH3在较佳温度反应区间反应。

[0029] 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SOx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一撞击式除雾器，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®排入大气，至此完成除 尘、脱硝、脱硫的工艺过程。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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：

[0033] (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NOx的去除率；

[0034] (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；

[0035] (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

[0036] 图1是CN1895744A的工艺装置流程图：

[0037] 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；

[0038] 图2是本实用新型实施例1的工艺装置流程图：

[0039] 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

[0040] 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。

[0041] 比较例1[0042] 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混合均勻后，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。

[0043] 实施例1(参见图2)

[0044] 来自FCC锅炉系统11的含有NOx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°C后，进入烟 气-氨气混合器16，在此烟气与来自供氨单元12的氨气充分均勻地混合，而后再向下进入 催化还原反应器17，在催化剂床层中，NOx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SOx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一撞击式除雾器，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® 19排入大气。

[0045] 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。

[0046] 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。

[0047] 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。

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Claims (5)

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. 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. 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. 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. 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。