一種催化裂化再生煙氣的乾式脫硫脫硝除塵系統的製作方法

2023-12-03 06:12:21

本實用新型屬於環境保護領域，涉及到石油煉化行業催化裂化再生煙氣中硫氧化物(含二氧化硫和三氧化硫)、氮氧化物、粉塵協同脫除的裝置。

背景技術：

催化裂化裝置是煉油工業中重質油轉化為輕質油的核心裝置，但催化裂化裝置中催化劑燃燒產生的再生煙氣也是煉油企業最主要的大氣汙染源，汙染物主要成分為SO2(包括SO3)、NOx和粉塵。這些汙染物隨煙氣排往大氣中，將會嚴重影響空氣品質，還會對裝置產生腐蝕，影響裝置的正常運行，故催化裂化再生煙氣的處理成為目前石化行業環保治理的重中之重。

催化裂化再生煙氣通常有如下特點：

(1)、SOx和NOx的濃度較高：SOx濃度一般為700～2000mg/Nm3；NOx濃度一般為50～400mg/Nm3；

(2)、煙氣中顆粒物濃度一般為150～300mg/Nm3，大部分為催化劑跑損，其粒徑分布較小，約90％為粒徑0～10μm的超細微顆粒物，不易脫除；

(3)、煙氣中SO3濃度相比於其他行業高，約佔SOx總量的8％～10％；

(4)、負荷波動範圍約為60％～110％。

目前國內外催化裂化再生煙氣脫硫脫硝除塵的方法如下：

(1)、目前，國內外主流的煙氣脫硫脫硝除塵治理為獨立脫硫、脫硝、除塵技術，各自為陣，通過幾種煙氣淨化技術組合的方式來實現，工藝流程較為繁瑣，系統複雜。

(2)、脫硫技術全部採用溼法路線，有鈉法、鈣法、氨法等，該工藝對SO3的脫除效率較低，約只有20％～30％，設備腐蝕嚴重，且會產生廢水、廢渣等二次汙染，因此，為了防止腐蝕，設備的主材質採用不鏽鋼和合金鋼，造成設備的投資和運行費用較高；

(3)、脫硝技術主要有選擇性催化還原法(SCR)、LoTOx脫硝法、固體吸附法等；

(4)、Belco公司的EDV鈉法脫硫技術(協同LoTOx脫硝)是目前工業化應用中唯一的脫硫脫硝除塵一體化裝置，為溼法路線，同樣存在的溼法系統的通病。

(5)、EDV鈉法脫硫除塵及協同LoTOx脫硝技術

EDV鈉法脫硫除塵及協同LoTOx脫硝技術，是通過往脫硫塔內注入氣相氧化劑(通常是臭氧)、鹼性吸收液和工藝水，氣相氧化劑將煙氣中的NO的氧化為易溶於水的NO2，再通過鹼性吸收液將煙氣中的NO2和SO2聯合脫除。同時，脫硫脫硝後的淨煙氣經脫硫塔上段的濾清模塊去除煙氣中的粉塵顆粒，最後經煙囪排放。此工藝為脫硫脫硝除塵一體化脫除技術，可高效脫除SO2和NOx，但僅僅依靠脫硫塔上段的濾清模塊除塵，可滿足粉塵≤30mg/Nm3，但由於濾清模塊對煙氣中的超細粉塵(包括SO3氣溶膠)脫除效率有限，故無法滿足越來越嚴格的環保排放標準，甚至≤5mg/Nm3的超低排放標準。

上述催化裂化再生煙氣溼法脫硫脫硝除塵裝置對SO3的脫除效率較低，約只有20％～30％，設備腐蝕嚴重，且會產生廢水、廢渣等二次汙染，因此，為了防止腐蝕，設備的主材質採用不鏽鋼和合金鋼，造成設備的投資和運行費用較高。

另外，一種常用的循環流化床半乾法聯合脫硫脫硝脫汞裝置如圖1所示，其工藝流程為：煙氣進入煙道1＇內，臭氧發生裝置2＇在煙道1＇內通入臭氧，使得煙氣中的NO在煙道1＇中被氧化為高價態NOx，氧化後的煙氣進入循環流化床反應塔3＇，其中的SO2和高價態NOx與循環流化床反應塔3＇內的鈣基吸收劑在霧化水的作用下進行反應脫除。同時，循環流化床反應塔3＇出口與旋風分離器4＇連接，用於煙氣的除塵，旋風分離器4＇出口連接除塵器5＇，進一步除去煙氣中的粉塵，最後排往煙囪6＇，實現催化裂化再生煙氣的淨化。

但是，上述循環流化床半乾法聯合脫硫脫硝脫汞裝置中，煙氣中的NO與臭氧的氧化反應在煙道1＇內進行，其方程式為：NO+O3→NO2+O2，隨著反應的進行，煙道1＇內的NO2濃度逐漸增加，從而降低正反應的速率。同時，上述氧化反應還存在以下副反應：NO2+SO2→NO+SO3，因此，NO的氧化效率較低，使得該循環流化床半乾法聯合脫硫脫硝脫汞除塵裝置的脫硝效率較低。

鑑於上述催化裂化再生煙氣淨化裝置存在的缺陷，亟待提供一種脫硝速率較高、脫硫效率也較高，且設備的投資和運行費用較低的乾式催化裂化再生煙氣淨化裝置。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型的目的為提供一種催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統，從而使得再生煙氣中的NOx、SO2及粉塵滿足超低排放的標準，同時，該催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統工藝流程簡單、運行穩定，避免已有工藝的缺點。

為了實現本實用新型的目的，本實用新型提供一種催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統，包括依次連通的反應裝置、吸收裝置、除塵器，所述反應裝置用於煙氣中汙染物的氧化反應和初步吸收，所述吸收裝置用於氧化反應產物和汙染物的深度吸收，所述反應裝置為與吸收劑倉連通的輸送床反應器，所述吸收劑倉能夠將吸收劑通入所述輸送床反應器內，以吸收氧化反應的產物。

本實用新型中，由於輸送床反應器內加入吸收劑，氧化反應的產物能夠被吸收劑吸收，因此，能夠減小氧化反應生成物的濃度，從而有利於促進氧化反應向正方向進行。同時，由於吸收劑的存在，使得副反應NO2+SO2→NO+SO3的速率降低。因此，NO的氧化效率大大提高，進而使得該煙氣的乾式脫硫脫硝除塵系統的脫硝效率大大提高。

同時，該輸送床反應器內還能夠發生SO3和SO2的吸收，從而實現煙氣的初步脫硫。另外，輸送床反應器能夠作為上述氧化反應和吸收反應的載體。

可選地，所述反應裝置開口處設置有氣流均布裝置，煙氣與吸收劑經所述氣流均布裝置進入所述吸收裝置。

可選地，所述吸收裝置連接有增溼降溫裝置。

可選地，所述輸送床反應器與所述吸收裝置通過加速器連通，以使煙氣與吸收劑通過所述加速器加速後進入所述吸收裝置。

可選地，所述加速器為連接於所述輸送床反應器與所述吸收裝置之間的文丘裡噴嘴。

可選地，所述除塵器為布袋除塵器。

可選地，所述除塵器底部與所述輸送床反應器之間通過物料返送裝置連通，以使煙氣中未反應的吸收劑經所述物料返送裝置返回至所述輸送床反應器。

可選地，所述除塵器底部與所述輸送床反應器之間通過空氣斜槽連通，所述空氣斜槽為所述物料返送裝置。

可選地，所述除塵器出口連接引風機，潔淨煙氣經所述引風機排出；

所述引風機出口與所述輸送床反應器進口之間設置有負荷調節裝置，所述負荷調節裝置開啟時，所述引風機出口的潔淨煙氣能夠通入所述輸送床反應器進口。

可選地，所述輸送床反應器還連接有臭氧發生裝置，用於將臭氧噴入所述輸送床反應器內，且臭氧與煙氣中氮氧化物的摩爾比為1.1～1.6；

經所述吸收劑倉通入所述輸送床反應器的吸收劑與煙氣中硫氧化物和氮氧化物之和的摩爾比為1.2～1.4。

附圖說明

圖1為現有技術中循環流化床半乾法聯合脫硫脫硝脫汞除塵裝置；

圖2為本實用新型所提供催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統的結構示意圖。

圖1中：

1＇煙道、2＇臭氧發生裝置、3＇循環流化床反應塔、4＇旋風分離器、5＇除塵器、6＇煙囪。

圖2中：

1餘熱鍋爐、2輸送床反應器、3臭氧發生裝置、4吸收劑倉、5增溼降溫裝置、6吸收裝置、7除塵器、8引風機、9副產物儲倉、10負荷調節裝置。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

請參考附圖2，其中，圖2為本實用新型所提供催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統的結構示意圖。

在一種具體實施例中，本實用新型提供一種催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統，如圖2所示，該乾式脫硫脫硝除塵系統包括依次連通的反應裝置、吸收裝置6和除塵器7，其中，如背景技術所述，反應裝置連接臭氧發生裝置3，用於煙氣中的NO的氧化，同時還發生將少量SO2被氧化為SO3的副反應，吸收裝置6用於上述氧化反應產物和大部分SO2的吸收，從而完成煙氣的脫硫和脫硝，除塵器7用於煙氣的除塵，淨化後的潔淨煙氣經煙囪排出。

本實施例中，反應裝置為與吸收劑倉4連通的輸送床反應器2，該輸送床反應器2為氧化反應的場所，並能夠初步脫除氧化反應的產物NO2和SO3；吸收劑倉4將吸收劑通入輸送床反應器2內，以吸收氧化反應的產物。該吸收劑可為鈣基吸收劑，因此，輸送床反應器2內發生如下反應：

NO+O3→NO2+O2 (1)

4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+2H2O+Ca(NO2)2 (2)

Ca(OH)2+SO3＝CaSO4·1/2H2O+1/2H2O (3)

上述三個反應中，(1)和(2)為煙氣的脫硝過程，(3)為煙氣的脫硫過程，本實施例中，由於輸送床反應器2內加入吸收劑，能夠發生反應(2)，即NO氧化後的產物NO2能夠被及時吸收，因此，減小反應(1)中生成物的濃度，從而有利於促進反應(1)向正方向進行。同時，由於吸收劑的存在，使得副反應NO2+SO2→NO+SO3的速率降低。因此，本實施例中，NO的氧化效率大大提高，進而使得該煙氣的乾式脫硫脫硝除塵系統的脫硝效率大大提高。

同時，該輸送床反應器2內還能夠發生反應(3)，因此，還能夠實現煙氣的初步脫硫。另外，與圖1中煙氣在煙道1＇內發生氧化反應相比，本實施例中的輸送床反應器2能夠作為上述氧化反應和吸收反應的載體。

另外，本實用新型所述的催化裂化再生煙氣的治理基於乾式脫硫脫硝除塵工藝，目前催化裂化再生煙氣治理行業內不存在採用乾式脫硫脫硝除塵工藝的設備，且該設備也不存在上述問題，因此，本實用新型所述的煙氣的乾式脫硫脫硝除塵系統的材質可為普通碳鋼，較傳統的溼法脫硫脫硝除塵工藝節省投資費用20％～40％，節省運行費用40％以上，具有顯著的技術和經濟優勢。

進一步地，如圖2所示，吸收裝置6連接有增溼降溫裝置5，且從輸送床反應器2排出的煙氣與吸收劑進入該吸收裝置6內。

該增溼降溫裝置5可向吸收裝置6內噴入超細霧滴顆粒，從而實現高溫煙氣的增溼降溫，並使得煙氣中的超細顆粒粉塵在超細霧滴顆粒的作用下團聚為較大顆粒粉塵，顯然，當粉塵顆粒較大時，更加容易脫除或沉降，從而提高該煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統的除塵效率。

同時，由於進入吸收裝置6內的煙氣中混合有吸收劑，因此，吸收裝置6內發生如下反應：

4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+2H2O+Ca(NO2)2

Ca(OH)2+SO2＝CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

Ca(OH)2+SO3＝CaSO4·1/2H2O+1/2H2O

CaSO3·1/2H2O+1/2O2＝CaSO4·1/2H2O

因此，煙氣中的大部分SO2和氧化產物NO2、SO3能夠在吸收裝置6內進一步被吸收。

圖1所示的現有技術中，煙氣中的硫氧化物和氮氧化物僅能夠在循環流化床反應塔3＇內被吸收，由於該循環流化床反應塔3＇高度有限，因此，硫氧化物和氮氧化物在其中停留的時間較短，煙氣的脫硝脫硫效率也較低。

而本實施例中，NO2、SO2和SO3的吸收發生在輸送床反應器2和吸收裝置6內，煙氣在兩裝置內的停留時間較長，NO2、SO2和SO3能夠被吸收劑充分吸收，從而提高該煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統的脫硫脫硝效率。

更進一步地，輸送床反應器2與吸收裝置6之間通過加速器連通，以使煙氣與吸收劑通過該加速器加速後進入吸收裝置6。

當煙氣與吸收劑加速後進入吸收裝置6時，二者的湍流程度大大提高，固態的吸收劑顆粒與氣態的煙氣充分接觸，形成激烈湍動的大筆表面物料床層，床層內的Ca/S(N)高達60以上，從而大大提高氣態煙氣與固態吸附劑顆粒之間的傳質與傳熱，進而提高硫氧化物和氮氧化物的吸收效率。

具體地，上述加速器可為連接於輸送床反應器2與吸收裝置6之間的文丘裡噴嘴。該文丘裡噴嘴通過減小煙氣與吸附劑的流通面積，從而提高其流速，當然，上述加速器並不是必須為文丘裡噴嘴，也可採用本領域常用的其它提高流速的裝置，此處不作限定。

進一步地，如圖2所示的除塵器7為布袋除塵器。

通常情況下，催化裂化再生煙氣中的粉塵具有粒徑較小的特點，煙氣中約90％的粒徑為0～10um的超細粉塵顆粒，該超細粉塵顆粒不易脫除。

圖1所示的現有技術中，煙氣通過旋風分離器4＇和除塵器5＇實現除塵，而旋風分離器4＇的除塵效率受粉塵粒徑的影響較大，當粉塵粒徑＜10um時，粉塵的脫除效率非常低，直接影響旋風分離器4＇的循環物料量，進而導致循環流化床反應器3＇床層的物料濃度不足，噴入的霧化水無法有效蒸發，出現結塊等問題，使得循環流化床反應塔3＇無法正常穩定運行，進而影響煙氣中SO2和NOx的脫除效率。另外，採用旋風分離器4＇和除塵器5＇兩級除塵的方式，使得除塵系統過於繁瑣，二者在設備功能上重複，造成投資浪費。

而本實施例中，僅採用布袋除塵器作為煙氣的除塵設備，結構簡單，且節省成本。布袋除塵器是一種乾式濾塵裝置，能夠適用於脫除細小粉塵，含塵煙氣進入布袋除塵器後，約40％的粉塵在重力的作用下沉降，落入灰鬥，降低進入布袋除塵器粉塵過濾的濃度，大大提高布袋的使用壽命。

同時，由於煙氣中的超細粉塵在吸收裝置6內發生團聚凝並，形成粒徑較大的粉塵，使得該大粒徑、大比重的粉塵更加容易被脫除，從而有效提高該除塵器7的除塵效率，並保證煙氣中的粉塵滿足≤5mg/Nm3的超低排放指標。

更進一步地，如圖2所示，由於煙氣中還混合有未反應的吸收劑顆粒，當其通過布袋除塵器時，吸附劑顆粒附著於濾袋上，從而能夠在脫除煙氣中粉塵的同時，進一步吸收煙氣中殘留的SO2和NOx，從而進一步提高該乾式脫硫脫硝除塵系統的脫硫脫硝效率。

同時，除塵器7底部與輸送床反應器2之間通過物料返送裝置連通，以使未反應的吸收劑經物料返送裝置返回至輸送床反應器2，使得該部分吸收劑能夠重複利用，且反應完全的副產物(CaSO4等)進入副產物儲倉9。

具體地，除塵器7底部與輸送床反應器2之間通過空氣斜槽連通，空氣斜槽為上述物料返送裝置，該空氣斜槽的動力源為離心風機，從而使得除塵器7底部含有未反應吸收劑的物料經空氣斜槽返回至輸送床反應器2內。

以上各實施例中，如圖2所示，除塵器7出口連接引風機8，潔淨煙氣在引風機8的作用下經煙囪排出。

催化裂化再生裝置負荷的變化範圍為60％～110％，圖1所示的淨化裝置對負荷波動的適用性較差，當負荷變化時，影響循環流化床反應塔3＇床層的穩定性，從而影響該淨化裝置的脫硝脫硫效率，因此，該淨化裝置的可靠性不高。

本實施例中，引風機8出口與輸送床反應器2進口之間設置有負荷調節裝置10，且該負荷調節裝置10開啟時，引風機8出口的潔淨煙氣能夠通入輸送床反應器2進口。

當從預熱鍋爐1進入輸送床反應器2的煙氣量較少時，煙氣流速較低，開啟負荷調節裝置10，此時，引風機8出口煙道為微正壓，輸送床反應器2進口煙道為微負壓，在二者壓力差的作用下，引風機8出口煙道的潔淨煙氣經負荷調節裝置10返回至輸送床反應器2進口煙道，從而提高輸送床2內的煙氣流量和煙氣流速，保證煙氣流速在設計範圍內，例如，18m/s。

具體地，上述負荷調節裝置10可為風擋，該風擋的開度可調，從而使得反送至輸送床反應器2的潔淨煙氣量可調，為進入輸送床反應器2的煙氣提供補償。

以上各實施例中，噴入輸送床反應器2內的臭氧與煙氣中氮氧化物的摩爾比為1.1～1.6，從而能夠保證氮氧化物全部被臭氧氧化。當然，臭氧與煙氣中氮氧化物的摩爾比也可根據實際工況設置，此處不作限定。

同時，如圖2所示，經吸收劑倉4通入輸送床反應器2內的吸收劑與煙氣中硫氧化物和氮氧化物之和的摩爾比為1.2～1.4，從而保證硫氧化物和氮氧化物被充分吸收。同樣地，吸收劑與煙氣中硫氧化物和氮氧化物之和的摩爾比也可根據實際工況任意設置，此處不作限定。

以上各實施例中，上述輸送床反應器2進口前端設置有氣流均布裝置，從而使得進入輸送床反應器2的煙氣和臭氧分布均勻，並混合均勻，從而提高煙氣中汙染物和臭氧的接觸概率，提高氧化效率。

需要說明的是，本實用新型所提供的煙氣的乾式脫硫脫硝除塵系統能夠用於催化裂化再生煙氣的淨化，並能夠保證再生煙氣中的NOx控制在50mg/m3以下，SO2濃度控制在35mg/m3以下，粉塵濃度控制在5mg/m3以下，從而實現催化裂化再生煙氣汙染物的超低排放。

以上對本實用新型所提供的一種催化裂化再生煙氣乾式脫硫脫硝除塵系統進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。