CN103768934B

CN103768934B - 一种fcc装置再生烟气脱硝工艺

Info

Publication number: CN103768934B
Application number: CN201210404197.6A
Authority: CN
Inventors: 李勇; 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: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN103768934A

Abstract

本发明公开了一种FCC装置再生烟气脱硝工艺，按烟气流动方向包括FCC再生器、除尘器、烟气轮机、CO余热锅炉、SCR脱硝反应器、空气预热器、脱硫除尘单元和烟筒，再生烟气经除尘器除尘后，在进入CO余热锅炉之前，引出一股流量为原流量0.1v%～5.0v%烟气蒸发液氨或氨水，再作为蒸发出的氨气的稀释气，稀释气与氨气混合后，通过SCR脱硝反应器内设置的喷氨格栅进入反应器；其余烟气经烟气轮机回收能量后，依次进入CO余热锅炉、SCR脱硝反应器、空气预热器、脱硫除尘单元，最后经烟筒排放。本发明既对氨气起到稀释和携带作用，提高了氨气与烟气的混合效果；并且节省了氨气蒸发和稀释所需的设备和能耗。

Description

一种FCC装置再生烟气脱硝工艺

技术领域

本发明涉及催化裂化（FCC）再生烟气的治理方法，特别是涉及炼油厂FCC装置再生烟气处理的选择性催化还原（SCR）脱硝工艺。

背景技术

氮氧化物总称为NOx，是大气污染的主要污染源之一。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。

燃烧过程中主要生成3种NOx，（1）温度型NOx（THermolNOx）：空气中的氮气在高温下氧化产生的NOx。（2）快速型NOx（PromotNOx）：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（FuelNOx）：燃料中的含氮化合物在燃烧过程中生成的NOx。

催化裂化再生产生的烟气中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约占90v%，NO₂约占10v%。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。在炼油厂，FCCU是最大的NOx排放源。

为控制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（ConsentDecree），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。中国制定的《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的排放做出限制。随着环保法规的日益严格，对NOx排放指标要求会随之提高。因此，NOx污染治理到了刻不容缓的地步。

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，但吸附量小，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NOx催化还原为N₂，废气中的氧很少参加反应，放热量小。

重油催化裂化装置配置的燃烧式CO余热锅炉，主要是利用催化裂化（FCC）装置生产过程中产生的高温再生烟气余热和再生器烧焦产生的CO来生产中压过热蒸汽，将烟气中的CO烧掉，并使CO排放满足环保要求。

再生烟气进入锅炉后加入空气和燃料焚烧，目的是除去再生烟气中的CO及其它有害物，回收加燃气燃烧CO产生的热能；余热锅炉另一个主要用途是：在催化装置事故停车时，通过燃油产出蒸汽，起到动力锅炉的作用，以满足全厂蒸汽负荷调节的需要。

常规催化裂化装置（FCCU）的再生烟气流向为：FCC再生器→烟气轮机→余热锅炉→脱硝单元→空气预热器→脱硫单元→烟筒。烟气脱硝单元一般设置有喷氨格栅和脱硝催化剂模块，NH₃作为还原剂由喷氨格栅喷入设置有脱硝催化剂模块的反应器中，将NOx催化还原为N₂。但是，氨气不能单独在管道输送，需要加入稀释气，一般由风机将空气输送至氨气混合器对氨气进行稀释。

CN200920204676.7公开了一种SCR烟气脱硝装置，包括催化反应器、氨/空气混合器、氨喷射隔栅、空气预热器，所述氨/空气混合器的一入口与稀释风机管接，所述氨/空气混合器的另一入口顺序管接有氨缓冲槽、氨蒸发器、液氨储槽。CN200610044991.9公开了一种高尘复合SCR烟气脱硝工艺及脱硝催化反应装置，由烟气发生***输送来的含有氮氧化物NOx的烟气经可控阻流装置进圆盘环形氨气喷射格栅并与通过圆盘环形氨气喷射格栅喷嘴喷出的氨气混合，所述的氨气与空气风机输送的空气在氨气混合器混合后由氨气泵送至喷氨格栅。CN200910086856.4公开了一种碳酸氢铵干法热解制氨的烟气脱硝工艺及其***，采用碳酸氢铵粉末作为脱硝还原剂，采用干法制氨方式得到氨气；碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、二氧化碳和水，热解后的混合气体流入到缓冲罐，随后通过调节阀进入氨气空气混合器，经空气稀释后的混合气体通过喷氨格栅进入SCR反应器，在催化剂的作用，氨气将NOx还原成N₂。上述方法均需要高温蒸汽将液氨或氨水蒸发为氨气，然后再进行稀释；并且采用空气作为氨气稀释气，稀释气需要专门的稀释风机，增加了设备和能耗；同时稀释气的喷射压力和喷射速度相对不高，不利于氨气与烟气的混合，影响脱硝率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种FCC装置再生烟气脱硝工艺。本发明采用FCC再生烟气蒸发液氨或氨水，再作为蒸发出的氨气的稀释气，既对氨气起到稀释和携带作用，提高了氨气与烟气的混合效果；并且节省了氨气蒸发和稀释所需的设备和能耗。

本发明FCC装置再生烟气脱硝工艺，按烟气流动方向包括FCC再生器、除尘器、烟气轮机、CO余热锅炉、SCR脱硝反应器、空气预热器、脱硫除尘单元和烟筒，再生烟气经除尘器除尘后，在进入CO余热锅炉之前，引出一股流量为原流量0.1v%～5.0v%烟气蒸发液氨或氨水，再作为蒸发出的氨气的稀释气，稀释气与氨气混合后，通过SCR脱硝反应器内设置的喷氨格栅进入反应器；其余烟气经烟气轮机回收能量后，依次进入CO余热锅炉、SCR脱硝反应器、空气预热器、脱硫除尘单元，最后经烟筒排放。

本发明中，稀释气的氧浓度为0.1v%～5.0v%，温度为550～650℃，压力为0.1～0.33MPa，CO浓度为0.1v%～10v%。

本发明中，为避开***极限，氨气稀释后的浓度不大于5v%。稀释气既对氨气起到稀释和携带作用，提高了氨气与烟气的混合效果；并且节省了氨气蒸发和稀释所需的设备和能耗。

本发明中，除尘器可以采用各种高效除尘设备，可除去大于10mm的粉尘，优选采用旋风除尘器，稀释气的引出位置为三旋或四旋除尘器的出口。

本发明中，稀释气与氨气混合后，通过喷氨格栅喷入SCR脱硝反应器与烟气混合，喷射压力不小于0.1MPa，喷射速度达到10～15m/s，远大于其它脱硝工艺的喷氨格栅的喷射压力1～4KPa、喷射速度4～5m/s，提高了氨气与烟气的混合效果，利于SCR脱硝催化剂模块的脱硝反应，不需要单独设置专门的氨气/烟气混合器。

本发明中，在SCR脱硝反应器内设置有SCR脱硝催化剂模块。

本发明中，在SCR脱硝催化剂模块上部设置挡灰格栅和排灰口，挡灰格栅的倾斜度为5°～50°。避免粉尘掉落堵塞催化剂，保证脱硝催化剂脱硝率和使用寿命。

本发明中，烟气进入SCR脱硝催化剂模块，烟气温度为300～400℃，氨气与烟气中NOx，在脱硝催化剂作用下，反应生成N₂和H₂O。

本发明中，SCR脱硝催化剂为活性组分涂覆在蜂窝状载体上的蜂窝催化剂，孔径为1～10mm，活性组分为过渡金属氧化物。活性组分具体为V的氧化物、Ti的氧化物、W的氧化物和Mo的氧化物，活性组分以氧化物计为蜂窝载体质量如下：V（0.1wt%～4wt%）、Ti（1wt%～90wt%）、W（1wt%～15wt%）和Mo（0.1wt%～10wt%）。

本发明具有如下有益效果：（1）采用FCC再生烟气蒸发液氨或氨水，再作为蒸发出的氨气的稀释气，对氨气起到稀释和携带作用，提高了氨气与烟气的混合效果；（2）液氨或氨水蒸发不需要专门的外供蒸汽，氨气稀释不需要专门的稀释风机，氨气混合不需要专门的混合器，节省了设备，降低了能耗。（3）提高了氨气的喷射压力和喷射速度，大大提高了氨气与烟气的混合效果，提高了脱硝率。

附图说明

图1是本发明FCC装置再生烟气脱硝工艺的工艺装置流程图。

其中：1、FCC再生器，2、除尘器，3、烟气轮机，4、CO余热锅炉，5、SCR脱硝反应器，6、空气预热器，7、脱硫除尘单元，8、烟筒，9、蒸发器，10、液氨或氨水；i、喷氨格栅。

图2是本发明比较例的工艺装置流程图。

其中：11、FCC再生器，12、除尘器，13、烟气轮机，14、CO余热锅炉，15、SCR脱硝反应器，16、空气预热器，17、脱硫除尘单元，18、烟筒，19、风机，20、蒸发器，21、蒸汽，22、液氨或氨水；j、喷氨格栅。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的FCC再生烟气脱硝工艺作详细说明。本发明中，v%为体积分数，wt%质量分数。

实施例1

参见图1所示脱硝工艺流程，FCC再生器1产生的再生烟气，再生器出口参数为：流量为12万Nm³/h，氧浓度为2.3v%，温度为600℃，压力为0.33MPa，CO浓度为6v%。

再生烟气经旋风除尘器2除去大于10mm的粉尘后，分出一股流量是原再生烟气流量的1.25v%的烟气作为氨气的蒸汽和稀释气，温度为600℃，压力为0.33MPa。其余烟气经烟气轮机3回收能量后，送入CO余热锅炉4。

液氨10进入蒸发器9由流量的1.25v%的烟气蒸发为氨气，再作为蒸发出的氨气的稀释气。流量48Nm³/h的氨气与1500Nm³/h稀释气混合后进入SCR脱硝反应器5，氨气浓度为3.0v%左右。再生烟气即作为氨气的蒸汽，节省了能耗；并且作为稀释气既对氨气起到稀释和携带作用，不需要专门的稀释风机，节省了设备和能耗。

氨气与稀释气混合后，通过SCR脱硝反应器内5设置的喷氨格栅i喷入反应器，喷射压力为0.33MPa，喷射速度达到15m/s。混合后的烟气到达SCR脱硝催化剂模块前设置的倾斜度为30°的挡灰隔栅h，脱除的粉尘通过排灰口定期排出。此时烟气温度为350℃，在脱硝催化剂的作用下，烟气中的NOx和NH₃进行脱硝反应，生成N₂和H₂O。

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。脱硝催化剂为活性组分涂覆在蜂窝状载体上的脱硝催化剂，孔径为5mm，活性组分为过渡金属氧化物，具体为V的氧化物、Ti的氧化物、W的氧化物和Mo的氧化物，以氧化物计为蜂窝载体质量如下：V：2wt%、Ti：90wt%、W：7wt%和Mo：0.5wt%，该催化剂对SCR脱硝反应具有良好的催化活性。

脱硝后的烟气依次进入空气预热器6，脱硫除尘单元7，最后从烟囱8排入大气。

采用本发明方法的脱硝工艺路线，SCR脱硝反应器进口NOx为400mg/Nm³，出口NOx为36mg/Nm³，NOx去除率为91wt%。

比较例1

参见图2所示脱硝工艺流程，处理与实施例1相同的FCC再生烟气。

使用风机19输送1500Nm³/h的空气作为氨气稀释气，稀释气的压力为3kPa，温度为常温。

FCC再生器11产生的烟气在除尘器12中除去大于10mm的粉尘后，进入烟气轮机13回收能量后，送入CO余热锅炉14。

经烟气轮机13回收能量后的再生烟气进入CO余热锅炉14后，加入燃料和助燃空气烧掉CO，将CO转化为CO₂。CO余热锅炉14的出来的烟气进入SCR脱硝反应器15，与喷氨格栅j喷入的稀释氨气混合。

液氨22进入蒸发器20由蒸汽21蒸发为氨气，流量48Nm³/h的氨气与1500Nm³/h空气混合后，通过SCR反应器设置的喷氨格栅j喷入，与再生烟气进行充分混合。稀释氨气喷入时的喷射压力为3kPa，喷射速度达到5m/s。烟气中的NOx和NH₃进行脱硝反应，生成N₂和H₂O。

SCR脱硝反应器中，催化反应的操作温度为350℃，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。脱硝催化剂为活性组分涂覆在蜂窝状载体上的脱硝催化剂，孔径为5mm。活性组分为过渡金属氧化物，具体为V的氧化物、Ti的氧化物、W的氧化物和Mo的氧化物，以氧化物计为蜂窝载体质量如下：V：2wt%、Ti：90wt%、W：7wt%和Mo：0.5wt%，该催化剂对SCR反应具有良好的催化活性。

脱硝后的烟气经SCR脱硝反应器出口排出，依次进入空气预热器16，脱硫除尘单元17，最后从烟囱18排入大气。

采用比较例的脱硝方法路线，SCR脱硝反应器进口NOx为400mg/Nm³，出口的NOx为72mg/Nm³，NOx去除率为82wt%。由于气速低，稀释氨气进入锅炉与烟气混合的效果稍差，因此脱硝率仅为82wt%。

Claims

1.一种FCC装置再生烟气脱硝工艺，按烟气流动方向包括FCC再生器、除尘器、烟气轮机、CO余热锅炉、SCR脱硝反应器、空气预热器、脱硫除尘单元和烟筒，再生烟气经除尘器除尘后，在进入CO余热锅炉之前，引出一股流量为原流量0.1v%～5.0v%烟气蒸发液氨或氨水，再作为蒸发出的氨气的稀释气，稀释气与氨气混合后，通过SCR脱硝反应器内设置的喷氨格栅进入反应器；其余烟气经烟气轮机回收能量后，依次进入CO余热锅炉、SCR脱硝反应器、空气预热器、脱硫除尘单元，最后经烟筒排放。

2.按照权利要求1所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：稀释气的氧浓度为0.1v%～5.0v%，温度为550～650℃，压力为0.1～0.33MPa，CO浓度为0.1v%～10v%。

3.按照权利要求1或2所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：氨气稀释后的浓度不大于5v%。

4.按照权利要求1所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：除尘器采用旋风除尘器，稀释气的引出位置为三旋或四旋除尘器的出口。

5.按照权利要求1所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：稀释气与氨气混合后，通过喷氨格栅喷入SCR脱硝反应器与烟气混合，喷射压力不小于0.1MPa，喷射速度达到10～15m/s。

6.按照权利要求1所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：在SCR脱硝反应器内设置有SCR脱硝催化剂模块。

7.按照权利要求6所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：在SCR脱硝催化剂模块上部设置挡灰格栅和排灰口，挡灰格栅的倾斜度为5°～50°。

8.按照权利要求1或6所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：烟气进入SCR脱硝催化剂模块，烟气温度为300～400℃，氨气与烟气中NOx，在脱硝催化剂作用下，反应生成N₂和H₂O。

9.按照权利要求1或6所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：SCR脱硝催化剂为活性组分涂覆在蜂窝状载体上的蜂窝催化剂，孔径为1～10mm，活性组分为过渡金属氧化物。

10.按照权利要求9所述的烟气脱硝工艺，其特征在于：活性组分具体为V的氧化物、Ti的氧化物、W的氧化物和Mo的氧化物，活性组分以氧化物计为蜂窝载体质量如下：V：0.1wt%～4wt%、Ti：1wt%～90wt%、W：1wt%～15wt%和Mo：0.1wt%～10wt%。