[发明专利]在高活性催化剂下用乙醛还原剂催化还原NOx

说明书

技术领域

目前所公开的主题涉及如下的方法和系统，其用于从由燃烧过程例如内燃机、炉子、发电厂等形成的废气流中除去污染气体。特别地，所公开主题涉及负载有多种金属的沸石催化剂用于将氮氧化物(NOx)选择性催化还原的用途，所述氮氧化物来自石油、石油化学品或其直接产品的勘探、生产、精炼、制造、供给、运输、配制或共混中的燃烧过程直接或间接产生的废气。

背景技术

商业应用中的燃烧装置，例如石油和石油化学加工领域中的燃烧装置，是NOx排放的来源，所述石油和石油化学加工领域包括石油、石油化学品或其直接产品的勘探、生产、精炼、制造、供给、运输、配制或共混。多年来已一直在做出努力以开发从燃烧单元操作所产生的废气中除去污染气体的方法和系统。

越来越严格的环境法规已在全世界做出规定以图减少从商业操作中的众多单元操作所用的燃烧设备向大气排放污染气体。特别受关注的是氮氧化物(NOx)的产生。

例如当氮气与氧气在燃烧室内在高温和高压条件下反应时产生氮氧化物(NOx)。也可例如在流化催化转化器(FCC)和炉子中因来自FCC进料、加热油和/或燃料油的氮的燃烧而产生NOx。这样的氮氧化物可包括一氧化氮和二氧化氮中的任一种或其组合。

已经开发出多种选择性催化还原(SCR)方法以图减少NOx排放。SCR是将NOx转化成双原子氮N₂和水H₂O的催化技术。通常，将流体还原剂例如无水氨、氨水或尿素添加到废气流中并且吸附到催化剂上。

然而，这些已知技术可能操作昂贵和/或可能容量或效率有限。因此，仍然需要如下的改进的方法和设备，其从燃烧装置，特别是从化学加工和/或石油化学精炼操作中所见的燃烧装置的废气流中，除去NOx。

发明内容

根据所公开主题的一个方面，提供一种选择性催化还原NOx的方法。所述方法包括提供来自燃烧操作的排出物流(exhaust stream)，所述排出物流含有一些NO。在适于将排出物流中一些NO转化成NO₂的操作条件下，将排出物流的至少一部分引入包含第一催化剂的第一催化反应器中。第一催化剂选自体相Co₃O₄、负载于金属氧化物上的Ru和负载于金属氧化物上的Pt。在适于将NO₂的至少一部分还原成N₂的操作条件下，将来自第一催化剂的含NO₂的所述排出物流和包含低分子量醛(例如乙醛)的还原剂流引导至包括沸石的第二催化剂。在一些实施方式中，第一催化反应器包含容器或类似结构，和第二催化剂在第一催化反应器的所述结构内。在其它实施方式中，第二催化剂在位于第一个催化反应器下游的第二催化反应器中。

所述排出物流来源可为选自燃烧炉、锅炉、加热器涡轮和流化催化裂化装置的精炼组件。所述第一催化反应器可位于至少一个精炼组件的烟道附近，以将第一催化反应器保持在约200℃和400℃之间的操作温度下。可选地，可通过加热或冷却所述排出物流而将第一催化反应器保持在约200℃和400℃之间的操作温度下。

所述排出物流可包含约0.1％至约20％的氧气，例如约2％至约9％的氧气，和约1％至约10％的水，例如约5％的水。第一催化反应器的操作温度可在约200℃和约400℃之间，例如在约300℃下。在一些实施方式中，第二催化剂的操作温度可为约200℃至约300℃。所述还原剂流中的乙醛和来自所述第一催化剂的NO₂的比率可为约0.5至4。

在一些实施方式中，第一催化剂包含2重量％的负载于氧化铝上的Ru、2重量％的负载于氧化铝上的Pt。在特定实施方式中，第二催化剂包括选自以下的沸石：ZSM-57、MCM-68、ZSM-5B、丝光沸石(Mordenite)、菱沸石(Chabazite)、ZSM-35、MCM-49、ZSM-11、ZSM-5C、MCM-22、USY、ZSM-48、Beta。在一种代表性实施方式中，第二催化剂包含负载有钾的Beta。在另一代表性实施方式中，第二催化剂包含负载有钾的ZSM-5C。

来自第二催化剂的排出物流可包含残余量的NOx，并且可将含残余量NOx的排出物流再循环到第一催化反应器中。