用于使工艺气体脱氮的工艺设备和精炼厂的制作方法

文档序号:10324034阅读:527来源:国知局
用于使工艺气体脱氮的工艺设备和精炼厂的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明设及从精炼废流中组合地去除硫化合物化2S、S〇2、S〇3)和N〇x(NO+N〇2 )的工 乙。
【背景技术】
[0002] 精炼工艺通常设及通过加氨脱氮和加氨脱硫工艺从原油中除去诸如氮和硫的杂 原子,其中使氨取代原油中的杂原子(氮和硫),产生废产物N也和也S。运些废产物是水溶性 的,并从产物中作为酸水流而除去。
[0003] 为了降低该工艺对环境的影响,必须从酸水流中除去N也和也S,其可W通过汽提工 艺进行,其中使酸水流的气体作为酸水汽提塔气体(sour water S化ipper gas,SWS气体) 释放至气相。
[0004] 然而当存在也S且不存在畑3时,可W通过根据(1)将也S燃烧为S〇2和也0并且随后氧 化为SOsW及提取也SCk(硫酸)而去除气态也S。
[0005] 也s+1.50r〉s化+也0+518kJ/mole 也S (1)
[0006] 此外,从不含也S的气流中去除N也是公知的。运可W通过在受控的条件下在火焰中 分解而进行,使得N也转化为化和也0。
[0007] 通常,在N也存在下也S的燃烧可W发生在导致不期望的NOx形成的溫度下,该NOx如 果存在于硫酸中则形成不期望的高腐蚀性的亚硝酷基硫酸和到大气的不可接受的排放。 【实用新型内容】
[000引然而,根据本发明,已经确定在也S和畑3的组合存在下,可W使用N也W避免NOx的 净释放,因为N也在催化活性材料(SCR催化剂)存在下可W根据下述反应用于NOx的选择性催 化还原(SCR):
[0009] 4NO+4NH3+〇2->4N2+6H2〇+408kJ/moIe NO (2)
[0010] NO+N〇2+2NH3->2N2+3H2〇+758kJ/mole NO (3)
[0011] 在运些工艺中,用于上述反应的N也在SCR-催化剂上游被添加至工艺气体;N也通常 从无水氨或水溶液(通常为25wt%)的罐供应。在与包含NOx的工艺气体混合之前将N也蒸发 和加热。
[001^ SCR技术是成熟的,并且存在关于SCR催化剂的制剂W及无水N也、畑3水溶液和诸如 尿素的其它N也来源的生产和注入的众多专利。
[0013] 根据本发明,使用连续的N也源,例如所谓的酸水汽提塔气体(SWS气体)作为用于 催化反应的N也源。SWS气体是约等摩尔的N也和也S与也0的混合物并且是炼油厂中很常见的 废物流。也S和N也通过原油的加氨处理等释放并且被捕获在水中,然后从所谓的酸水汽提塔 中释放。SWS气体可作为连续产生的流,使得不需要用于存储无水N也、N也水溶液或另一 N也 源的罐。相应地,可W降低设备成本,同时避免N也储存的安全问题和物流问题。
[0014] 本发明特别适合与硫酸工艺组合,其中使不用于SCR脱NOx(deNOx)反应的SWS气体 的量燃烧W形成S〇2,其进一步被氧化为S〇3巧被水合),使得SWS气体中的出S被转化为商业 上的硫酸。此外,经由N出流添加至SCR催化剂的出S被转化为硫酸。
[0015] 本发明适用于含有N出的许多废物流,其在硫酸工厂的设备现场连续地生产。含有 N出的废物流是否可W用作SCR反应器的N出源取决于气体的确切组成,而且必须对废物流中 的组分的化学副反应和排放限进行评价,W及考虑对于均为易燃和具有潜在爆炸性的NH3 和出S的正确处理。
[0016] 如本文所用,术语催化剂区域、催化活性材料的床和催化床应被解释为是等同的。
[0017] 如本文所用,催化活性材料可W是任何形式和形状的催化剂,包括但不限于催化 剂小球、挤出的催化剂、整体(mono 1 i th i C)催化剂和催化硬件。
[0018] 如本文所用,组分的露点溫度是该组分开始从气体混合物中冷凝的溫度。露点溫 度取决于气体混合物的压力和组成。术语"在露点W上"应该理解为气体混合物不冷凝的 溫度,并且类似的"在露点W下"应该理解为气体混合物(部分)冷凝的溫度。
[0019] 如本文所用,术语流体联通应该理解为两个工艺元件之间的任何实质性的不受阻 碍的连接,包括但不限于经由管、经由热交换器的同一侧的连接,但不包括通过催化剂填充 的反应器的连接。
[0020] 在下文中,单位Nm3应该理解为标准立方米,即,在(TC和Iatm下气体的量所占据的 体积。
[0021] 当浓度W %或vol%表述时,运应该理解为体积% (即气体的摩尔百分比)。类似 地,ppmv应该理解为每一百万份的体积份数。
[0022] 使用词语上游和下游根据常规操作中流的方向指示工艺中的相对位置。该词语不 赋予工艺步骤之间的连接,因为可能还存在中间工艺步骤。
[0023] 在宽泛的实施方式中,本发明设及一种工艺设备,其包括NOx源和组合的N曲和此S 的源;NOx转化单元,其包含对于使NOx选择性催化还原至化具有催化活性W及对于使此S氧 化为S〇2任选具有活性的材料;此S转化单元,其包含对于使此S氧化为S〇2具有催化活性的材 料,如果NOx转化单元对于使此S氧化为S〇2是有活性的,则所述此S转化单元是任选的;S化转 化单元,其包含对于使二氧化硫催化氧化具有催化活性的材料;所述反应单元具有一个或 多个入口和一个或多个出口;和用于硫酸生产的装置,其具有工艺气体入口、工艺气体出口 和浓硫酸出口;其中所述NOx源与NOx转化单元的入口为流体联通;其中所述组合的N曲和此S 的源与出S转化单元的入口为流体联通,或者如果省略此S转化单元则与NOx转化单元的入口 为流体联通;其中如果不省略所述此S转化单元,则所述此S转化单元的出口与所述NOx转化 单元的入口为流体联通;其中所述NOx转化单元的出口与S〇2转化单元的入口为流体联通;其 中S〇2转化单元的出口与用于硫酸生产的装置的工艺气体入口为流体联通,用于硫酸生产 的装置的工艺气体出口与废气管线为流体联通,并且用于硫酸生产的装置的硫酸出口被设 置为提取(with化awal)硫酸,相关的益处是:运样的工艺设备在最小化的化学品外部供应 下提供环境安全的N0x、N出和出S的去除和硫酸的相关生产。
[0024] 在进一步的实施方式中,该工艺设备还包括具有一个或多个入口和出口 W及富 氧气体的源的燃烧器,其中所述组合的N曲和此S的源被拆分为与燃烧器入口为流体联通的 流和与预转化单元为流体联通的流,其中所述燃烧器的出口流构成所述包含NOx的流的至 少一部分,相关的益处是:运样的工艺设备提供能量有效的N0x、N出和出S的去除。
[0025]在进一步的实施方式中,该工艺设备包括载气源和混合元件,任选包括混合增强 装置(fea化re),具有两个入口和出口,其中所述组合的畑3和此S的流与混合元件的一个入 口为流体联通,且载气源与混合元件的另一个入口为流体联通,并且混合元件的出口与NOx 转化单元或此S转化单元为流体联通,使得引导至NOx转化单元或此S转化单元的组合的NH3 和此S的流被稀释,相关的益处是:载气稀释组合的N曲和此S流并且降低使用酸水汽提塔气 体的工艺风险。
[00%]在进一步的实施方式中,工艺设备中包括出S转化单元,并且经稀释的组合的N出和 此S的流与此S转化单元的入口为流体联通,并且此S转化单元的出口与NOx转化单元的入口 为流体联通,相关的益处是:从来自选择性催化还原NOx的出S的放热氧化中分离释放的热。
[0027] 在进一步的实施方式中,该工艺设备还包括被设置为用于加热第一流和冷却第二 流的热交换器,其中所述第一流是组合的N曲和此S的流、载气流或经稀释的组合的N曲和此S 的流中的任一者,并且所述第二流是热的工艺流,例如来自NOx转化单元的出口流或来自出S 转化单元的出口流,相关的益处是:提供更能量有效的工艺设备。
[0028] 在进一步的实施方式中,用于硫酸生产的装置是硫酸冷凝器,该硫酸冷凝器具有 工艺气体入口、工艺气体出口、冷却介质入口、冷却介质出口和浓硫酸出口,冷却介质入口 与冷却介质源为流体联通,相关的益处是:在通过氧化N出和出S所形成的水的存在下W能量 有效的工艺提供硫酸。
[0029] 在进一步的实施方式中,冷却介质源是大气空气,并且冷却介质出口被设置为供 应富氧气体源和载气中的任意一者或其两者,相关的益处是:提供至燃烧器的热能或者由 于热交换器的S〇2侧上的冷凝而降低腐蚀风险。
[0030] 在进一步的实施方式中,用于硫酸生产的装置是S〇3吸收器,该S〇3吸收器具有工艺 气体入口、工艺气体出口、浓硫酸入口和进一步浓缩的硫酸的出口,其中吸收硫酸的入口与 浓硫酸源为流体联通,相关的益处是:运样的工艺避免使用耐腐蚀性冷凝器。
[0031] 本发明的另一个方面设及一种精炼厂,其包括如上所述的工艺设备和酸水汽提 塔,该酸水汽提塔具有构成所述组合的N出和出S的源的酸水汽提塔气体的出口,相关的益处 是:运样的精炼厂在生产硫酸的同时对于不期望的废气具有有效的和环境安全的处理。
[0032] 在宽泛的实施方式中,本发明设及从包含N0x、N曲和此S的工艺气体的组合提供经 纯化的工艺气体的方法,所述方法包括W下步骤:
[0033] a.提供包含NOx的工艺气体,
[0034] b.提供包含N曲的选择性还原剂气体并将所述工艺气体和所述选择性还原剂气体 组合,
[0035] C.将所述工艺气体和所述选择性还原剂气体组合成用于纯化的气体,所述工艺气 体和所述选择性还原剂气体中至少一种包含出S并且至少一种包含化,
[0036] d.使所述用于纯化的气体在至少250°C的工艺溫度下在对于使NOx选择性催化还 原具有催化活性的材料存在下并且在对使出S氧化具有催化活性的材料存在下反应,
[0037] e.提取比气体的组合含有更低浓度的NOx的经纯化的工艺气体。
[0038] 连续提供选择性还原剂气体的相关益处在于:该方法避免存储氨的需求,同时提 供基本上不含出S和NOx或其浓度被减少至少50%、8
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