用高活性催化劑催化還原NOx的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 目前所公開(kāi)的主題涉及如下的方法和系統(tǒng)，其用于從由燃燒過(guò)程例如內(nèi)燃機(jī)、爐 子、發(fā)電廠等形成的廢氣流中除去污染氣體。特別地，所公開(kāi)的主題涉及活性炭負(fù)載的金屬 催化劑用于將氮氧化物（NOx)選擇性催化還原的用途，所述氮氧化物來(lái)自石油、石油化學(xué) 品或其直接產(chǎn)品的勘探、生產(chǎn)、精煉、制造、供給、運(yùn)輸、配制或共混中的燃燒過(guò)程直接或間 接產(chǎn)生的廢氣。
【背景技術(shù)】
[0002] 商業(yè)應(yīng)用中的燃燒裝置，例如石油和石油化學(xué)加工領(lǐng)域中的燃燒裝置，是NOx排 放的來(lái)源，所述石油和石油化學(xué)加工領(lǐng)域包括石油、石油化學(xué)品或其直接產(chǎn)品的勘探、生 產(chǎn)、精煉、制造、供給、運(yùn)輸、配制或共混。多年來(lái)已一直在做出努力以開(kāi)發(fā)從燃燒裝置操作 所產(chǎn)生的廢氣中除去污染氣體的方法和系統(tǒng)。
[0003] 越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)已經(jīng)在全世界做出規(guī)定以圖減少?gòu)纳虡I(yè)操作中的眾多單 元操作所用的燃燒設(shè)備向大氣排放污染氣體。特別關(guān)注的是氮氧化物（NOx)的產(chǎn)生。
[0004] 例如當(dāng)?shù)獨(dú)馀c氧氣在燃燒室內(nèi)在高溫和高壓條件下反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氮氧化物（NOx)。 也可例如在流化催化轉(zhuǎn)化器（FCC)和爐子中因來(lái)自FCC進(jìn)料、加熱油和/或燃料油的氮的 燃燒而產(chǎn)生NOx。這樣的氮氧化物可包括一氧化氮和二氧化氮中的任一種或其組合。
[0005] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種選擇性催化還原（SCR)方法以圖減少NOx排放。SCR是將NOx轉(zhuǎn) 化成雙原子氮N2和水H20的催化技術(shù)。通常，將流體還原劑例如無(wú)水氨、氨水或尿素添加到 廢氣流中并且吸附到催化劑上。
[0006] 然而，這些已知技術(shù)可能操作昂貴和/或可能容量或效率有限。因此，仍然需要如 下的改進(jìn)的方法和設(shè)備，其從燃燒裝置，特別是從化學(xué)加工和/或石油化學(xué)精煉操作中所 見(jiàn)的燃燒裝置的廢氣流中，除去NOx。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)公開(kāi)的主題的一個(gè)方面，用于選擇性催化還原NOx的方法包括：提供來(lái)自燃 燒操作的排出物流（exhauststream)，所述排出物流包含一些NOx。部分所述排出物流被 引入至催化反應(yīng)器，所述催化反應(yīng)器包括至少一種活性炭負(fù)載的金屬催化劑，其中，所述催 化反應(yīng)器的操作溫度為約500°C至約750°C，以減少所述排出物流中的NOx的量。之后，從 所述催化反應(yīng)器引導(dǎo)所述NOx減少的物流。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述排出物流不含有有效 量的流體還原劑。
[0008] 所述排出物流的來(lái)源可為精煉組件，所述精煉組件選自燃燒爐、鍋爐、加熱器渦輪 和流化催化裂化裝置。因此，所述催化反應(yīng)器可位于所述至少一個(gè)精煉組件的煙道出口附 近，以將所述催化反應(yīng)器的操作溫度保持在約500°c和750°C之間。所述活性炭負(fù)載的金屬 催化劑可以包括選自過(guò)渡金屬、貴金屬或第10族元素的金屬。所述排出物流中的NOx可以 被減少至少90 %，優(yōu)選為被減少至少95 %。
[0009] 此外，如果在所述NOx減少的排出物流中存在一氧化二氮，則所述方法還可包括 減少一氧化二氮的量。部分所述NOx減少的排出物流可被引入到第二催化劑中，第二催化 劑例如可以位于所述活性炭負(fù)載的金屬催化劑的下游。含氨的流體催化劑流也可被引入到 所述第二催化劑上游的所述NOx減少的排出物流中。所述第二催化劑可以例如為負(fù)載有金 屬的沸石，例如負(fù)載有銅的ZSM-5。
[0010] 根據(jù)公開(kāi)的主題的另一方面，提供了一種用于選擇性催化還原NOx的系統(tǒng)。所述 系統(tǒng)包括與來(lái)自燃燒操作的排出物流的來(lái)源流體連通的管道，所述排出物流包含一些NOx。 催化反應(yīng)器與所述管道流體連通，并包含至少一種活性炭負(fù)載的金屬催化劑。所述催化反 應(yīng)器的操作溫度為約500°C至約750°C，以減少所述排出物流NOx的量。出口與所述催化反 應(yīng)器流體連通，以從所述催化反應(yīng)器引導(dǎo)所述NOx減少的排出物流。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述排出物流的來(lái)源為精煉組件。所述精煉組件可例如為燃 燒爐、鍋爐、加熱器渦輪或流化催化裂化裝置。所述催化反應(yīng)器可以位于所述精煉組件的附 近，以將所述催化反應(yīng)器保持在約500°c和750°C之間。在其它實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)可包 括可操作地耦合的熱交換器以加熱所述排出物流，以將所述催化反應(yīng)器的操作溫度保持在 約500°C至750°C。所述活性炭負(fù)載的金屬催化劑可包括選自過(guò)渡金屬、貴金屬或第10族 元素的金屬。
[0012] 此外，所述系統(tǒng)還可包含第二催化劑，以減少所述NOx減少的排出物流中一氧化 二氮的量。含氨的流體還原劑流的來(lái)源可以被可操作配置，以將所述還原劑流引入至所述 第二催化劑上游的所述NOx減少的排出物流中。所述第二催化劑可例如為負(fù)載有金屬的沸 石。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是根據(jù)所公開(kāi)主題的一種實(shí)施方式的用于NOx還原的一種方法的流程圖。
[0014] 圖2是根據(jù)所公開(kāi)主題的一種實(shí)施方式的用于NOx還原的一種系統(tǒng)的示意圖。
[0015] 圖3是根據(jù)所公開(kāi)主題的另一實(shí)施方式的用于NOx還原的一種系統(tǒng)的示意圖。
[0016] 圖4是根據(jù)所公開(kāi)主題的一種可選實(shí)施方式的用于NOx還原的一種系統(tǒng)的示意 圖。
[0017] 發(fā)明詳述
[0018] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"NOx"通常是指由氮和至少一個(gè)氧分子組成的化合物，特別 是指一氧化氮、二氧化氮和氧化亞氮或一氧化二氮中的一種或多種。如此處所使用的，術(shù)語(yǔ) "NOx減少的物流"特別是可包括這樣的一氧化氮、二氧化氮和氧化亞氮被還原成雙原子氮 氣和一氧化二氮的液流。
[0019] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"燃燒操作"是指其中能量存儲(chǔ)物質(zhì)被燃燒以產(chǎn)生能量或其 它副產(chǎn)物的任何過(guò)程。例如，"燃燒操作"可包括在商業(yè)操作等中的單元操作，其中因燃燒反 應(yīng)而排放NOx。燃燒操作可包括但不限于內(nèi)燃機(jī)、爐子、鍋爐、加熱器和渦輪的操作。燃燒操 作還可包括流化催化轉(zhuǎn)化器（"FCC"）再生器操作，其中NOx見(jiàn)于FCC再生器排出物流中。
[0020] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"GHSV"是指術(shù)語(yǔ)"氣時(shí)空速"（gaseoushourlyspace velocity)，并且是在60°F和一個(gè)大氣壓的標(biāo)準(zhǔn)條件下氣體體積流速與催化劑體積的比 率。
[0021] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"商業(yè)操作"是指其中制造、生產(chǎn)或以其它方式提供商品 (例如電）、化學(xué)品、石油或其它具有商業(yè)利益的制品（包括具有商業(yè)利益的制品的化學(xué)中 間體）的任何操作。術(shù)語(yǔ)"商業(yè)操作"可包括石油、石油化學(xué)品或其直接產(chǎn)品的勘探、生產(chǎn)、 精煉、制造、供給、運(yùn)輸、配制或共混。如此處所體現(xiàn)的，可以以工業(yè)規(guī)模制造、生產(chǎn)或以其它 方式提供具有商業(yè)利益的制品。
[0022] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"以工業(yè)規(guī)模提供"是指以下方案：其中在通常連續(xù)的基礎(chǔ) 上（除用于工廠維護(hù)或升級(jí)的必要中斷以外）長(zhǎng)時(shí)間（例如至少一周或一月或一年）生產(chǎn) 例如汽油或其它具有商業(yè)利益的產(chǎn)品，期望或目標(biāo)在于從具有商業(yè)利益的產(chǎn)品的銷售或配 送中產(chǎn)生收益，而與是否為了盈利無(wú)關(guān)。工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)不同于實(shí)驗(yàn)室或試驗(yàn)工廠設(shè)置，所述 實(shí)驗(yàn)室或試驗(yàn)工廠設(shè)置通常僅保持有限的實(shí)驗(yàn)或研宄周期，并且為了研宄目的而進(jìn)行并且 并不期望從因此生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的銷售或配送中產(chǎn)生收益。
[0023] 如此處關(guān)于定量測(cè)量所使用的術(shù)語(yǔ)"約"是指被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員視為等效于 所引用值的值（即具有相同功能或結(jié)果），或可例如通過(guò)典型的測(cè)量和工藝流程而出現(xiàn)的 值。
[0024] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"活性炭負(fù)載的金屬催化劑"是指負(fù)載有金屬的活性炭。為 了示