[发明专利]从流化床催化裂化再生器中降低NOx的反应器改良

说明书

技术领域

本发明涉及使催化裂化再生器中排放的氧化氮(NO_x)降低的廉价方法和反应器的改良。更具体地说，本发明涉及操作再生器以使浓催化剂区中排出最高达约1％的一氧化碳，并涉及以下改良：在再生器稀相中通入二次含氧气流和任选的一种或多种保护气流，从而除去排放的大部分NO_x，而不排放大量CO，并减少了后燃烧所引起的升温。

背景技术

在流化催化裂化(FCC)工艺中，烃原料被注入烃裂化反应器的提升管部分，在该处它与自催化剂再生器循环到提升管-反应器的热催化剂接触，从而裂化成更为轻质的有用产品。由于产生吸热的裂化反应，催化剂被焦炭沉积物覆盖。催化剂和烃蒸气随着提升管(riser)到达反应器的分离区，在该处它们被分离。然后，催化剂流入汽提区，在该处通过注入蒸汽来汽提夹带烃蒸气的催化剂，经汽提的催化剂沿用过的催化剂立管流动，并进入催化剂再生器。

再生器是作为流化床反应器操作的，其中催化剂在反应器的下部形成密相，在此之上是稀相。空气或富氧的空气通过位于容器底部附近的密相空气分布板通入。当满载焦炭的催化剂与空气接触时，焦炭会燃烧而形成CO和二氧化碳(CO₂)，这些物质会与空气中的氮气一起，经密相向上流动，进入稀相，然后离开再生器。这些气体组成大部分烟道气。在焦炭燃烧过程中，焦炭中存在的任何含氮物质都会与氧气反应，主要形成元素氮(N₂)和少量NO_x。这些物质和焦炭中存在的硫燃烧所产生的任何氧化硫(SO_x)一起，也跟随CO/CO₂/N₂流动通过再生器。密相内空气分布板附近的反应器区域的氧气浓度高，构成氧化区。离空气分布板远处或下游的氧气消耗，形成的CO浓度大的还原区。CO继续与残余氧气反应而形成CO₂。在还原区中，NO_x类物质也与CO起反应而形成元素氮。根据此区域内CO和O₂的浓度，有或多或少的NO_x会反应。

催化剂再生器可以CO完全燃烧模式或以CO部分燃烧模式进行，前者已成为标准燃烧模式。在完全燃烧操作中，催化剂上的焦炭被完全氧化成CO₂。这一般是通过在以过量空气形式提供的过量氧气的存在下进行再生而完成的。从完全燃烧操作获得的废气主要包含氮、CO₂、H₂O和过量氧气，但还含有NO_x和SO_x。

在操作CO部分燃烧模式中，用不足的氧气来操作催化剂再生器以将催化剂中的所有焦炭完全氧化成CO₂。因此，焦炭燃烧成CO和CO₂的混合物。残余的CO在下游的CO锅炉中被氧化为CO₂。当再生器以CO部分燃烧模式操作时，产生较少的NO_x，它在还原区中与CO反应，形成元素氮。而焦炭中的氮以还原氮的形式如氨和HCN离开再生器。但是，还原的氮在CO锅炉中不稳定，在该处它们转化为NO_x。所以，从CO锅炉流出的废气主要包含氮、CO₂和水，但还包含NO_x和SO_x。

近来，人们非常关注炼油烟道气中NO_x和SO_x排放到环境中的量。大多数存在于催化剂再生器中废气的NO_x来自焦炭氮即焦炭中所含的杂化合物形式的氮如稠环化合物，废气中很少含有或没有NO_x来自通入再生器的空气中所含的氮，这是目前公认的观点。

工业中已使用几种方法来使FCC再生器废气中的NO_x降低。这些方法包括耗费资金和昂贵的可选方法，如用氢预处理反应器进料，和烟道气后处理法如选择性催化还原(SCR)法，以及在原位使用FCC催化添加剂。还考虑了降低NO_x的一些其它方法，如下所述。