還原劑催化還原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)主題涉及負(fù)載有多種金屬的沸 石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)從燃燒單元操作 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。特別受關(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N 2和水H 20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)所公開(kāi)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 操作的含有一些NOx的排出物流（exhaust stream)。將排出物流的至少一部分和包含氨的 還原劑流引入包含至少一種負(fù)載有至少兩種金屬的沸石催化劑的催化反應(yīng)器中以減少排 出物流中NOx的量。所述兩種金屬包括至少兩種選自鎢、鈷和釩的金屬的組合。然后從催 化反應(yīng)器引導(dǎo)NOx減少的排出物流。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述還原劑流可具有約1:1的氨與排出物流中NOx的摩爾比。 還原劑流和排出物流通過(guò)催化反應(yīng)器的整體GHSV可在約30K cc/小時(shí)和約120K cc/小時(shí) 之間?？蓮木珶捊M件，例如特別是從燃燒爐、鍋爐、加熱器渦輪或流化催化裂化裝置，提供所 述排出物流。所述催化反應(yīng)器中所含的催化劑可例如為負(fù)載有約6重量％釩和約4重量％ 鎢的ZSM-5A。可選地，所述沸石可為ZSM-57、USY、Beta或MCM-41。所述沸石也可負(fù)載有例 如約6重量％鈷和約4重量％鎢。
[0009] 根據(jù)所公開(kāi)的主題的另一方面，用于選擇性催化還原NOx的系統(tǒng)包含與來(lái)自燃燒 操作的含有NOx的排出物流的來(lái)源流體連通的管道，和包含氨的還原劑流的來(lái)源。所述系 統(tǒng)包含與管道和還原劑流的來(lái)源流體連通的催化反應(yīng)器。所述催化反應(yīng)器包含至少一種負(fù) 載有至少兩種選自鎢、鈷和釩的金屬的組合的沸石催化劑。將所述催化反應(yīng)器構(gòu)造成在適 于減少所述物流中NOx的量的操作條件下接收排出物流的至少一部分和還原劑流。所述系 統(tǒng)還包含與催化反應(yīng)器流體連通以從所述催化反應(yīng)器引導(dǎo)NOx減少的排出物流的出口。 [0010] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述排出物流的來(lái)源可為精煉組件。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)器可位于精煉組件的煙道的 下游以將催化反應(yīng)器的操作溫度保持在約250°C和約400°C之間。在其它實(shí)施方式中，所 述系統(tǒng)可包含可操作地耦接的換熱器以加熱所述排出物流，以將所述催化反應(yīng)器保持在約 250°C和約400°C之間的操作溫度下。所述催化反應(yīng)器中所含的催化劑可例如為負(fù)載有約6 重量％釩和約4重量％鎢的ZSM-5A?？蛇x地，所述沸石可為ZSM-57、USY、Beta或MCM-41。 所述沸石也可負(fù)載有例如約6重量％鈷和約4重量％鎢。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是根據(jù)所公開(kāi)主題的一種實(shí)施方式的NOx還原方法的流程圖。
[0012] 圖2是根據(jù)所公開(kāi)主題的一種實(shí)施方式的NOx還原系統(tǒng)的示意圖。
[0013] 圖3是根據(jù)所公開(kāi)主題的一種實(shí)施方式的對(duì)沸石催化劑進(jìn)行改性的方法的流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"NOx"通常是指由氮和至少一個(gè)氧氣分子組成的化合物，特 別是指一氧化氮、二氧化氮和氧化二氮或氧化亞氮中的一種或多種。
[0015] 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。
[0016] 如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)"GHSV"是指術(shù)語(yǔ)"氣體時(shí)空速"（gaseous hourly space 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。
[0017] 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。
[0018] 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)或研究周期，并且為了研究目的而進(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。
[0019] 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。
[0020] 通常，選擇性催化還原（SCR)是如下的方法，可通過(guò)該方法將NOx還原成雙原子氮 和水。例如，并且不作限制，可將氨（NH3)混合到催化反應(yīng)器中的排出物流中并且使其充當(dāng) 還原試劑（reducing agent)(通常也稱"還原劑（reductant)"）?？墒筃Ox與氨在催化劑 存在下反應(yīng)以產(chǎn)生雙原子氮和水。NOx還原效率可隨多個(gè)參數(shù)而變化，該參數(shù)包括溫度、排 出物流的流速、還原劑與NOx的比率、排出物流中其它化學(xué)品的存在等。影響還原效率的一 個(gè)因素是所選催化劑。
[0021] 目前所公開(kāi)的主題涉及用負(fù)載有金屬組合的沸石催化劑將來(lái)自石油和石油化學(xué) 品精煉中的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生廢氣的NOx選擇性催化還原。本申請(qǐng)的目的和優(yōu)勢(shì)將闡述于以 下描述中并且根據(jù)以下描述而顯而易見(jiàn)。將通過(guò)所撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)和其權(quán)利要求書(shū)以及附圖中 特別指出的方法、儀器和裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)和達(dá)到所公開(kāi)主題的其它優(yōu)勢(shì)。
[0022] 根據(jù)所公開(kāi)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 操作的含有一些NOx的排出物流。將排出物流的至少一部分和包含氨的還原劑流引入包 含至少一種負(fù)載有至少兩種金屬的沸石催化劑的催化反應(yīng)器中，以減少排出物流中NOx的 量。所述兩種金屬包括至少兩種選自鎢、鈷和釩的金屬的組合。然后從催化反應(yīng)器引導(dǎo)NOx 減少的排出物流。
[0023] 根據(jù)所公開(kāi)的主題的另一方面，用于選擇性催化還原NOx的系統(tǒng)包含與來(lái)自燃燒 操作的含有NOx的排出物流的來(lái)源流體連通的管道和包含氨的還原劑流的來(lái)源。所述系統(tǒng) 包含與管道和還原劑流的來(lái)源流體連通的催化反應(yīng)器。所述催化反應(yīng)器包含至少一種負(fù)載 有至少兩種選自鎢、鈷和釩的金屬的組合的沸石催化劑。將所述催化反應(yīng)器構(gòu)造成在適于 減少所述物流中NOx的量的操作條件下接收排出物流