[发明专利]减少燃料燃烧FCC工艺中NOx排放物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少精炼过程中，特别是流化床催化裂化(FCC)工艺中NO_x排放物的方法。具体地，本发明涉及一种减少从全燃或完全燃模式运行的流化床催化裂化设备(FCCU)再生炉排放气体中的NO_x的方法。

发明背景

近年来，美国和世界其它地方越来越关注因工业排放的有毒氮、硫和碳氧化物排放造成的空气污染。作为对这种关注的回应，政府部门已经对一种或多种污染物设置了允许排放的限度，并且发展趋势清楚地朝向严格限制发展。

流化床催化裂化(FCC)再生炉排放的废气中的NO_x，或氮氧化物是一个普遍问题。流化床催化裂化设备(FCCU)处理含氮化合物的重烃类进料，所述化合物的一部分当其进入再生炉时包含在催化剂上的焦炭中。这种焦炭化的氮部分或者在FCC再生炉或者在下游的CO蒸发器中被完全转化为NO_x排放物。因而，所有处理含氮进料的FCCU都可能因催化剂再生存在NO_x排放物问题。

在FCC工艺中，催化剂颗粒(存量)反复在催化裂化区和催化剂再生区之间循环。在再生期间，在升高温度下通过用含氧气体如空气氧化将由裂化反应沉积到催化剂颗粒上的焦炭除去。除去焦炭沉积物使催化剂颗粒的活性恢复到可再用于裂化反应的程度。除去焦炭步骤可在较宽范围的可应用氧条件下进行。最低程度上，一般至少存在足以将所有焦炭转化为CO和H₂O的氧。最大程度上，可使用的氧量等于或大于将所有焦炭氧化为CO₂和H₂O必需的量。

在使用足以基本上将所有催化剂上焦炭转化为CO₂和H₂O的空气运行的FCC设备中，从再生炉排放的气体流出物将包含“过量氧”(一般为排放气体总量的0.5-4％)。这种运行的燃烧模式一般称为“完全”或“全燃”。当流化床催化裂化设备(FCCU)再生炉以全燃模式运行时，再生炉中的条件大部分处于氧化。也就是，至少存在足以转化(燃烧)所有还原气相物质(例如CO，氨，HCN，H₂S和COS)的氧量，不考虑在这些物质于再生炉停留期间内是否真的发生。在这些条件下，几乎所有的在FCCU提升管内的裂化过程中与焦炭一起沉积在催化剂上的氮被完全转化为分子氮或NO_x并且作为分子氮与废气一起脱离再生炉。

同样具有NO_x排放物问题，对于全燃设备补燃(afterburning)和CO排放也是关注点。从以全燃模式运行的FCCU催化剂床脱离的气体主要由CO₂、H₂O、O₂(通常称为过剩氧量)和少量的CO、NO、SO₂以及某些潜在的还原氮物质组成。但是，根据再生炉的设计和机械条件，可开发出下述条件：充分量的CO和O₂离开催化剂使CO与可利用的O₂反应。该反应可以在再生炉中高于致密催化剂床的任何点发生，包括密相床之上的区域(稀相)、夹带的催化剂在其中与废气分离的旋风分离器、旋风分离器之上的压力通风系统、以至废气管。

这种通常称之为“补燃”现象在全燃再生炉中是普遍的，因为依据这种运行模式的最自然的本性，再生炉中存在着能够“点燃”从密相床脱离的CO的过量氧。由于补燃出现在用作吸收CO与O₂的放热反应释放的热量的吸热设备的密相床之后，其可以将气体加热到可能出现过热的程度。结果可能是温度接近用于建造再生炉的材料的冶金学极限。高补燃可限制再生炉设备的可使用期限，并且失控的补燃可能导致灾难性的设备故障。

而且，与部分燃烧，或甚至以不完全燃烧模式运行的设备不同，它们一般具有CO蒸发器，全燃设备在再生炉废气组中一般没有燃烧蒸发器。结果，任何脱离再生炉的CO将排入大气中。在许多以全燃模式运行的FCCU中，CO燃烧促进剂通过促进CO燃烧成为CO₂使来自再生炉的CO排放物降到最低。虽然许多CO燃烧促进剂配方已经得到应用，传统CO燃烧促进剂一般包含其中含有300-1000ppm铂或氧化铝，或更少量铂的添加剂，例如一般达到占裂化催化剂总存量的约0.1-约10ppm铂直接混入裂化催化剂中。但是，不幸的是，这样的CO燃烧促进剂添加剂或配方一般导致再生炉的NO_x排放物显著提高(例如300％)。