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

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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。

6

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。
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