燃烧烟道气中氮氧化物的选择性催化还原的方法和实施该方法的系统技术方案

本发明专利技术涉及在炉中处理进料的方法，其中在辐射区中通过液体或气体燃料在通过至少一个空气预热回路预热的空气的存在下燃烧而向所述炉提供热，此步骤导致了含氮氧化物的燃烧烟道气的排放，在所述方法中，烟道气通过位于所述炉的辐射区下游的对流区排出。该方法还包括通过在催化剂上游将热空气和氨类物质的混合物注入对流区中的烟道气管道而选择性催化还原所述氮氧化物的步骤，其中供应所述混合物的热空气直接取自燃烧空气预热回路，该回路使用燃烧烟道气的热。本发明专利技术主要适用于在石化工艺炉中流体的预热／加热、气化／过加热，但它还适用于在蒸汽重整炉中在蒸汽的存在下将烃进料重整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃烧烟道气中氮氧化物的选择性催化还原的方法和实施该方法的系统本专利技术涉及限制氮氧化物排放到环境中。本专利技术特别涉及将氮氧化物催化还原成 氮的改进方法。氮氧化物，或N0X，主要含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。在大气中，NOx可与水 结合并产生硝酸HNO3，其特别导致酸雨、光化烟雾，且可能是造成某些呼吸道疾病(例如哮 喘)的原因。由于这些原因，减少NOx向大气中的排放变成近年来的主要问题，并且是对工 厂主越来越多限制性规章的目标。NOx尤其在液体或气体燃料(例如烃、天然气、炼厂气、氢气或其混合物)的燃烧过 程中产生，然后经由燃烧烟道气排放到大气中。这种燃烧尤其用于在石化工艺炉中加热、重整或裂解烃或非烃流体。术语“加热，， 流体是指将流体预热和/或加热和/或气化和/或过加热。在所述流体中，将特别提到用 于化学或石化工艺的液体和/或气体烃、热传导流体，有时也提到水(软化水或锅炉给水的 预热、气化、蒸汽的过加热)。这种燃烧还用于实现烃进料的蒸汽重整反应(SMR或蒸汽甲烷重整)所需的高温。 蒸汽重整包括烃分子(尤其是甲烷，CH4)在蒸汽和热(几百度)的存在下分裂，且主要用于 生产高纯度氢气(H2)的工业中。这种方法特别由Michael D. Briscoe描述于US 6，749，829 中。蒸汽重整方法在蒸汽重整炉中进行，其中一方面向蒸汽重整炉提供烃进料和蒸汽，另一 方面向其提供热。然后当炉是热的时，将烃进料作为与蒸汽的混合物注入含催化剂且通过 炉的管中。炉的数百度的高温是借助燃烧保持的，然后其能够在管中使烃进料分子发生分 裂反应，并产生将被处理的合成气体(合成气)。本专利技术烃进料的实例为烃、油和天然气。 优选地，烃进料选自各种来源的、尤其是矿物和植物来源的、可在低于250°C气化的烃。优选 的烃进料为天然气、石脑油、LPG(液化石油气)、丁烷、丙烷、生物柴油、生物乙醇、炼厂废气 和所有通常的废气。对于这两种炉，热通常通过各种燃料与空气的燃烧提供。该燃烧在辐射段(有时 也称作燃烧室)中借助位于辐射段顶部和/或底部和/或侧壁上的燃烧器进行。烟道气(由燃烧的燃料产生的燃烧产物)本身在辐射段出口处经由至少一个通过 对流段的烟道气管道排出，在它们释放至大气中之前在对流段中将它们冷却。通常，为了降 低对于要在炉中燃烧的燃料的需求，在燃烧器的上游安装将燃烧空气预热的系统。因此， 为了提高炉的热效率，通过回收一部分可在通过对流段的烟道气中获得的热将燃烧空气预 热，这借助例如板式换热器或管式换热器类型的换热器实现，这些换热器也称作空气预热ο然而，如前所述，这些方法在对流段的出口在燃烧烟道气中产生N0X。如果它们在 空气存在下的燃料的燃烧过程中产生，它们与燃烧烟道气一起被释放至大气中。此外，使用 预热的燃烧空气导致烟道气中NOx浓度提高，因为火焰温度升高。已开发出数种方法以降低存在于燃烧烟道气中的NOx的浓度。例如，可特别借助 选择性催化还原(SCR)烟道气中所含NOxW方法。在该方法中，经由注射器将热空气/氨混合物(也称作AAM的混合物)注入对流段中。术语氨在本文中是指含氨的含水产品；它 可例如为尿素或脲。然后使由燃烧烟道气和AAM组成的混合物在200至600°C的适合温度 范围内与催化剂接触，这可以将NOx转化成N2,并因此降低释放至大气中的烟道气的NOx浓 度。这种方法特别描述于US 5，612，010、US 5，401，478和US6, 361，754中。在已知的选择性催化还原方法中，将热空气与氨水混合以形成AAM。在已知方式 中，此热空气来自通过鼓风机并然后借助对流段和烟道气管道外的预热器加热的新鲜空 气；另一已知但较少使用的解决办法是用燃烧烟道气代替热空气，所述燃烧烟道气经由专 用鼓风机在SCR下游直接取自对流段的烟道气管道。然后在SCR催化剂上游借助注射器网 将AAM注入对流段中。然而，此选择性催化还原氮氧化物方法的有效性是通过额外消耗能量、尤其是电 能或蒸汽能而获得的，这主要是为了将用于制备AAM混合物的新鲜空气(或者在较轻程度 上，烟道气)加热，以及为了向鼓风机提供新鲜空气或烟道气。能量的这种过度消耗对于工厂主而言代表了高的成本。因此，需要一种改进的选择性催化还原法，其消耗很少能量，可以将存在于燃烧烟 道气中的氮氧化物选择性催化还原。氮氧化物还原法(在本专利技术说明书的其它部分中也称作Pra法)可特别应用于进 行石化方法的炉和进行蒸汽重整方法的炉。在本说明书其余部分中，术语“PI”法将表示(除阅读本文时显而易见的特殊情况 外)在蒸汽重整炉中进行的重整方法或在石化工艺炉中进行的方法。本专利技术通过特别使用改进的Pnqx法解决上述问题，就相当的效率而言，所述方法比 已知用于降低PI工艺炉的燃烧烟道气NOx浓度的方法消耗较少能量且具有较低的投资成 本。本专利技术的一个目标是在炉中处理进料的PI方法，所述方法至少包括-通过液体或气体燃料在空气存在下的燃烧而放热的步骤，所述空气被至少一个 经过烟道气对流段一次或多次的空气预热回路预热，该步骤导致在烟道气中产生氮氧化 物，所述烟道气被排入通过对流段的烟道气管道中，所述对流段位于所述炉的辐射段(燃 烧室)的下游；和-将烟道气的所述氮氧化物选择性催化还原的步骤，包括在存在至少一种催化剂 的对流段中注射热空气和氨的混合物，其特征在于所述混合物的热空气直接取自所述用于 将预热空气供入炉中的至少一个空气预热回路。在本专利技术的一个优选变化方案中，PI方法是在石化工艺炉中将烃或非烃流体预热 和/或加热和/或气化和/或过加热处理。根据本专利技术的其它优选变化方案，它涉及在蒸汽重整炉中在蒸汽的存在下将烃进 料重整的PI方法。进行本专利技术PI方法的炉可对应于本领域技术人员在实践中使用的任何炉。通过 任何可用手段向炉提供燃料和热空气。通常，炉与可将各流体和各反应产物引入其中的管 道系统结合。为了进行操作而向炉(SMR或石化炉)提供的热优选通过燃烧器得到，特别地，该 燃烧器靠着炉壁，特别是炉侧壁，和/或位于炉底和/或在顶板上。这些燃烧器可以在空气存在下使燃料燃烧，以达到各操作所需的高温。本专利技术中所用术语“燃料”是指任何液体或气体燃料，尤其是矿物燃料、烃、可包含 气体(例如甲烷和其它气态烃以及一氧化碳和氢)的石化工艺的废气，以及在其它可燃烧 或不可燃烧流体0120、0)2、队等)存在下所有这些燃料的混合物。本专利技术中所用的炉可对应于本领域技术人员在实践中使用的任何炉。借助任何可 用手段向炉提供进料(烃或其它进料)、蒸汽和热(热空气)。为了降低能量消耗，在供入炉的燃烧器中的燃烧空气到达炉之前，借助至少一个、 有时两个或甚至三个或更多个空气预热回路将其预热。它们优选是与燃烧段接触的、沿着 对流段安装、且能够通过所述对流段至少一次、优选数次的管道。优选地，通过鼓风机向空 气预热回路提供所谓新鲜空气，所述鼓风机从装置外部提取空气，并将它注入预热管道中。 这样，新鲜空气在管道中在空气预热器处循环，在空气与离开炉的辐射段的热燃烧烟道气 之间发生热交换。在每次通过对流段时，空气被预热，而燃烧烟道气被冷却。如果空气预热 回路非常多次地通过燃烧烟道气对流段，热交换将甚至更大。本专利技术还涉及如前所述PI法，其中使用至少一个鼓风本文档来自技高网...

【技术保护点】
在炉中处理进料的方法，至少包括：－通过液体或气体燃料在空气存在下的燃烧而放热的步骤，所述空气被至少一个经过烟道气对流段一次或多次的空气预热回路预热，该步骤导致在烟道气中产生氮氧化物，所述烟道气被排入通过对流段的烟道气管道中，所述对流段位于所述炉的辐射段的下游；和－将烟道气的所述氮氧化物选择性催化还原的步骤，包括在存在至少一种催化剂的对流段中注射热空气和氨的混合物，其特征在于所述混合物的热空气直接取自所述用于将预热空气供入炉中的至少一个空气预热回路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2007-12-5 0759569在炉中处理进料的方法，至少包括-通过液体或气体燃料在空气存在下的燃烧而放热的步骤，所述空气被至少一个经过烟道气对流段一次或多次的空气预热回路预热，该步骤导致在烟道气中产生氮氧化物，所述烟道气被排入通过对流段的烟道气管道中，所述对流段位于所述炉的辐射段的下游；和-将烟道气的所述氮氧化物选择性催化还原的步骤，包括在存在至少一种催化剂的对流段中注射热空气和氨的混合物，其特征在于所述混合物的热空气直接取自所述用于将预热空气供入炉中的至少一个空气预热回路。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过单个空气预热回路向炉提供预热空气， 并且在氮氧化物的选择性催化还原步骤中所用的热空气直接取自所述单个空气预热回路。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过两个空气预热回路向炉提供预热空气， 并且在氮氧化物的选择性催化还原步骤中所用的热空气直接取自所述两个空气预热回路 中的至少一个。4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于在对流段中的所述至少一个空气预 热回路的第一通道的出口、或在烟道气对流段中的所述至少一个空气预热回路的第二通道 的出口、或在对流段中的所述至少一个空气预热回路的第一通道的出口以及第二通道的出 口，将氮氧化物的选择性催化还原步骤中所用的热空气直接从空气预热回路中取出。5.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于热空气和氨的混合物的注射发生在 对流段的、催化剂上游的至少一个位置，所述催化剂通过载体保持在燃烧烟道气管道中。6.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于使用至少一个鼓风机向所述至少一 个空气预热回路提供新鲜空气。7.如前述权利要求任一项所述的方法，其中对进料的处理是在石化工艺炉中对流体的 预热和/或加热和/或气化和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：B波尔斯特，P马蒂，A凯劳德，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]