專利名稱：再生煙氣co燃燒及能量回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉油及石油化工領(lǐng)域節(jié)能及能量回收技術(shù)。
催化裂化過程催化劑上附著的焦炭通過燒焦(再生)恢復(fù)催化劑的活性。根據(jù)煙氣中有無CO分為不完全再生和完全再生兩種方式。完全再生采用的手段大多是高溫富氧操作，或加CO助燃劑催化燃燒。但由于催化裂化原料性質(zhì)變重，裝置的焦炭產(chǎn)率提高，存在大量過剩熱，必須在再生器增加取熱設(shè)施，取出熱量，此外，主風(fēng)機生產(chǎn)能力和再生器操作線速都受到影響，尤其是重金屬污染，在卸出大量平衡催化劑時，鉑助燃劑也隨之卸出，增加了操作費用。采用不完全再生方式以CO形式把20～30％焦炭熱量轉(zhuǎn)移到煙氣中，不僅有利于反應(yīng)器——再生器系統(tǒng)的熱平衡，而且可以減緩主風(fēng)機能力及再生器線速高的矛盾，節(jié)省昂貴的鉑助燃劑。因此催化裂化特別是重油催化裂化的單段或兩段再生工藝中不完全再生方式是一個較好的選擇，催化裂化裝置再生器排出煙氣具有高溫、帶壓、含有CO可燃物，回收再生煙氣中CO化學(xué)能、顯熱及動能是裝置節(jié)能的一個重要方面。
目前，含CO再生煙氣能量回收有三種流程1.煙機——CO鍋爐流程我國許多催化裂化裝置含CO再生煙氣能量回收的流程為再生煙氣經(jīng)由一級或多級旋風(fēng)分離器分離出催化劑粉塵后進入煙氣膨脹透平回收動力，并用于驅(qū)動主風(fēng)機或發(fā)電，煙機排出煙氣進入CO鍋爐，通過補燃燃料，提高爐膛溫度，燃盡CO，燃燒煙氣熱量用于產(chǎn)生蒸汽，排出煙氣降溫至150～200℃左右，排入大氣。該流程存在以下問題。
(1)煙氣經(jīng)煙機后，溫度已降至400～550℃，低于CO燃燒的啟燃溫度，需供入大量輔助燃料補燃以提高煙氣溫度。
(2)在CO鍋爐內(nèi)，燃燒和傳熱同時進行，爐膛內(nèi)水冷壁管處溫度一般低于CO啟燃溫度，造成排入煙氣中仍有一定量的CO(大多在500ppm以上)，不利于環(huán)境保護。
(3)由于工廠能源利用水平提高，裝置余熱發(fā)生蒸汽增加，許多企業(yè)已滿足或基本滿足全廠用汽需要，再增加大量燃料多發(fā)生蒸汽，勢必影響到全廠蒸氣平衡，不利于節(jié)能和經(jīng)濟。
2.煙機——CO燃燒爐——廢熱鍋爐流程1992年，洛陽石化工程公司在兩段再生工藝中設(shè)置CO焚燒爐，在煙機后回收一段再生煙氣CO化學(xué)能，改善了爐膛燃燒狀況，補燃比大為降低，燃燒煙氣進余熱鍋爐回收熱能發(fā)生蒸汽。但存在問題是常壓燃燒，爐子體積較大，二段再生煙氣動能也不能回收。
3.CO鍋爐——煙機——廢熱鍋爐流程英國專利GB2197390提出催化裂化含CO再生煙氣能量回收流程為含CO高溫、帶壓的再生煙氣經(jīng)三級旋風(fēng)分離器分離出催化劑粉塵后，進入一正壓CO鍋爐，補入燃料和風(fēng)燃燒一氧化碳，同時取出熱量發(fā)生蒸汽，降溫至600～700℃后進入煙氣輪機膨脹做功，用于驅(qū)動主風(fēng)機，煙機出口煙氣進一步由余熱鍋爐取熱降溫至180℃排至大氣。
該專利的特點是把CO鍋爐由常壓改為正壓，其位置由煙機后改為煙機前，增加了余熱鍋爐，稱之為第二取熱器。CO鍋爐體積縮小，但仍需補充燃料，以燃盡CO，在CO鍋爐內(nèi)燃燒和傳熱同時進行，對燃盡CO不利。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種不補燃料，使CO完全燃燒的再生煙氣能量回收方法。
本發(fā)明提出的再生煙氣CO燃燒及能量回收方法依次包括以下步驟1.單段再生煙氣與預(yù)燃風(fēng)混合或兩段再生一、二段再生煙氣混合，在煙道中進行CO預(yù)燃燒；2.預(yù)燃后的再生煙氣進入CO燃燒器，同時，向燃燒器內(nèi)注入燃燒風(fēng)，繼續(xù)進行CO燃燒；3.CO燃燒器排出的煙氣進入煙氣取熱器取熱，降低煙氣溫度；4.煙氣取熱器排出的煙氣進入煙氣輪機膨脹做功；5.煙氣輪機排出的煙氣進入廢熱鍋爐，回收余熱后排出。
以下結(jié)合附圖
詳細敘述本發(fā)明的內(nèi)容。
1.單段再生工藝(見附圖-1)從催化裂化再生器1排出高溫(650～700℃)、壓力(0.2～0.45MPa)、含CO(2—10％)煙氣進入煙道，在再生器出口煙道的適當(dāng)位置2注入預(yù)燃風(fēng)，注風(fēng)位置的選擇應(yīng)能保證注風(fēng)后煙氣溫度不低于CO燃燒的啟燃溫度640℃。為防止注風(fēng)后煙氣溫度過低，可采取分次注風(fēng)。預(yù)燃風(fēng)溫度為150～200℃，壓力為0.22～0.45MPa，預(yù)燃風(fēng)量占CO燃燒用風(fēng)量的10～40％(v)，煙氣中氧濃度為0.8～1.5％(V)，煙氣中CO在預(yù)燃煙道3內(nèi)逐漸氧化燃燒，預(yù)燃時間0.8～2.0秒，煙氣溫度達到730～830℃，進入CO燃燒器4，燃燒器壓力0.2～0.44MPa，補入CO燃燒用風(fēng)5，把CO燃燒到300PPm以下，溫度升到850～1150℃，進入煙氣取熱器6，取出熱量使煙氣降溫至690～730℃，該熱量可用于發(fā)生蒸汽或過熱蒸汽，排出煙氣經(jīng)第三級旋風(fēng)分離器7分離出催化劑粉塵，煙氣溫度680～710℃，壓力0.2～0.41MPa，進入煙氣輪機8膨脹做功，驅(qū)動主風(fēng)機9或發(fā)電機/電機11(配有蒸汽透平10，在開工和非正常工況下驅(qū)動主風(fēng)機9)，煙氣排出煙氣輪機溫度530～580℃，壓力為0.103～0.115MPa，進入煙氣廢熱鍋爐12取出熱量發(fā)生蒸汽，煙氣溫度降為140～240℃，進入煙氣處理裝置或經(jīng)煙囪排入大氣。
在非正常工況下，不進行CO燃燒，可停掉預(yù)燃風(fēng)2和正壓燃燒用風(fēng)5，煙氣走旁路13進入三旋；設(shè)煙氣付線14，在煙機故障情況下，煙氣經(jīng)由付線14減壓繞過煙機進廢熱鍋爐12排入煙囪。
在保證煙道預(yù)燃停留時間情況下，第三級旋風(fēng)分離器7也可放在注風(fēng)點2前(未標(biāo)注于附圖-1)。
2.兩段再生工藝(見附圖-2)從催裂化裂化第一再生器2排出含CO2～10％(V)，溫度650～700℃，壓力0.2～0.45MPa煙氣，第二再生器1煙氣溫度700℃～750℃，壓力0.2～0.45MPa，含氧2～5％，兩股煙氣通過煙氣混合器3混合為一股煙氣，溫度640—690℃，含氧為0.8～1.5％(v)，已達到CO燃燒的啟燃條件，在預(yù)燃煙道4里氧化燃燒，經(jīng)過0.5～1.8秒的停留時間，CO燃燒放熱，把煙氣溫度提高到730～830℃完成預(yù)燃過程。然后進入CO燃燒器5，CO燃燒器壓力0.2～0.44MPa，補入燃燒用風(fēng)6，溫度150～250℃，壓力高于煙氣壓力。注風(fēng)后煙氣溫度略有降低，但很快反應(yīng)放熱，煙氣溫度升高。燃燒后煙氣溫度升高到850～1150℃，煙氣中CO含量小于300ppm，進入煙氣取熱器7取出熱量，發(fā)生蒸汽或過熱蒸汽，該取熱器7為正壓余熱鍋爐。溫度降低為690～730℃，壓力0.20～0.41MPa，進入第三級旋風(fēng)分離器8，進一步分離出催化劑粉塵，溫度680～710℃，壓力0.2～0.41MPa，進入煙氣輪機9膨脹做功，帶動主風(fēng)機10(或驅(qū)動發(fā)電機12發(fā)電，配有蒸汽透平11，在開工和非正常工況下驅(qū)動主風(fēng)機10)，提供再生器催化劑燒焦用風(fēng)和煙氣CO燃燒用風(fēng)。煙機排出煙氣溫度在530～580℃，壓力降低為0.103～0.115MPa進入廢熱鍋爐13，回收煙氣顯熱發(fā)生蒸汽，140～240℃煙氣進入煙氣處理裝置或經(jīng)煙囪排入大氣。
設(shè)置煙氣付線14，當(dāng)不需要一、二段再生煙氣合流混合燃燒時，二段再生煙氣經(jīng)由付線14進廢熱鍋爐13，一段再生煙氣由注風(fēng)線15注風(fēng)在預(yù)燃煙道預(yù)燃燃燒后，進燃燒器5。設(shè)煙氣輪機付線16，在煙機故障時繞過煙機。設(shè)廢熱鍋爐付線17，廢鍋故障時，直接排入煙囪。
第三級旋風(fēng)分離器也可位于第二級旋風(fēng)分離器出口與一、二段煙氣混合點3之間，此時，有兩個第三級旋風(fēng)分離器(未標(biāo)注于附圖-2)。
應(yīng)用本發(fā)明可以達到以下效果1.依靠CO自身氧化放熱燃燒CO，與已有技術(shù)比，可節(jié)約補燃用燃料。
2.煙氣中CO燃燒至300ppm以下，回收CO化學(xué)能及煙氣顯熱，節(jié)約能源，保護環(huán)境。
3.CO正壓燃燒，設(shè)備體積減小，投資減少。
4.第二段再生煙氣和CO燃燒煙氣引入煙氣輪機，煙氣輪機膨脹工質(zhì)(煙氣)流量增加30～50％。
5.采用本發(fā)明后，煙氣輪機前燃燒CO，煙機入口煙氣溫度提高40～90℃。
6.綜合4、5效果，煙氣輪機功率回收率提高30～60％。
綜合上述發(fā)明效果，應(yīng)用本發(fā)明，不用燃料燃燒CO，節(jié)約燃料油有利于全廠燃料和蒸汽平衡，使催化煙氣CO燒技術(shù)產(chǎn)生新的進展，其次優(yōu)化能量回收流程，提高熱能和功回收率，使裝置能耗下降100～180MJ/t，對1.0Mt/a以上催化裝置年經(jīng)濟效益為600～1100萬元。
實施例1；0.8Mt/a重油催化裂化裝置采用單段不完全再生工藝，再生煙氣溫度680℃，壓力0.35MPa，濕基體積煙氣組成為CO 7％，O20.2％，CO210％，N270％，H212.8％，煙氣量為150nm3/min。
在二級旋風(fēng)分離器出口煙道上注預(yù)燃風(fēng)，預(yù)燃風(fēng)溫度180℃、壓力0.36MPa，分兩次注入預(yù)燃風(fēng)，第一次注33.3nm3/min，注風(fēng)混合溫度659℃，經(jīng)預(yù)燃0.5秒鐘后，繼續(xù)注入41nm3/min預(yù)燃風(fēng)，經(jīng)1.0秒預(yù)燃時間，完成預(yù)燃過程，煙氣預(yù)燃終溫為760℃，進入CO燃燒器。燃燒器一次注風(fēng)116.7nm3/min，第二次在CO燃燒器中部注91.7nm3/min，燃燒終溫1060℃，進煙氣取熱器降溫至710℃，經(jīng)三級旋風(fēng)分離器分離出催化劑粉塵，煙氣溫度700℃，壓為0.3MPa，進煙氣輪機膨脹做功7200kW，排煙溫度550℃，壓力0.106MPa，進廢熱鍋爐回收余熱，連同煙氣取熱器一起取熱發(fā)生壓力3.8MPa，溫度450℃蒸汽36.6t/h，排煙溫度200℃經(jīng)煙囪排入大氣。
實施例21.4Mt/a重油催化裂化裝置采用兩段再生工藝，第一再生器為不完全再生，溫度678℃，壓力0.35MPa(a)，濕基煙氣組成為N269.2％(V)CO6.92％，CO29.89％，H2O13.83％，O20.17％；煙氣流量2202nm3/min，第二再生器為富氧完全再生，溫度為710℃，壓力0.35MPa，煙氣組成N275.31％，CO0％，O24.32％，CO213.95％；H2O6.4％，二再煙氣流量為523nm3/min?；厥找辉贌煔釩O化學(xué)能及熱能動能。采用本發(fā)明及常規(guī)方法的計算結(jié)果列入表1，常規(guī)方法為一、二段再生煙氣分流，不回收二再煙氣動能，煙機——CO燃燒爐——廢熱鍋爐流程。
由表1，結(jié)果可知，采用本發(fā)明，可使裝置能耗下降181.5MJ/t，年節(jié)能效益891萬元。
表1 CO燃燒及能量回收計算結(jié)果
*注經(jīng)濟效益，按下列價格計算電0.32元/kwh，燃料900元/t，中壓汽70元/t，除O2水10元/t。
權(quán)利要求
1.一種再生煙氣CO燃燒及能量回收方法，其特征在于(1)單段再生煙氣與預(yù)燃風(fēng)混合，在煙道中進行CO預(yù)燃燒；(2)預(yù)燃后的再生煙氣進入CO燃燒器，同時，向燃燒器內(nèi)注入燃燒風(fēng)，繼續(xù)進行CO燃燒；(3)CO燃燒器排出的煙氣進入煙氣取熱器取熱，降低煙氣溫度；(4)煙氣取熱器排出的煙氣進入煙氣輪機，膨脹做功；(5)煙氣輪機排出的煙氣進入廢熱鍋爐，回收余熱后排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的再生煙氣CO燃燒及能量回收方法，其特征在于煙氣輪機前設(shè)置第三級旋風(fēng)分離器，除去煙氣中粉塵，其位置在第二級旋風(fēng)分離器出口至CO預(yù)燃注風(fēng)點之間或煙氣取熱器至煙氣輪機之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的再生煙氣CO燃燒及能量回收方法，其特征在于再生煙氣預(yù)燃時間0.8～2.0秒，預(yù)燃最終溫度為730～830℃、煙氣中氧濃度為0.8～1.5％(v)，CO燃燒器壓力0.2～0.44MPa，排煙溫度850～1150℃，煙氣取熱器排煙溫度690～730℃，煙氣輪機排煙溫度530～580℃，煙氣廢熱鍋爐排煙溫度140～240℃
4.一種再生煙氣CO燃燒及能量回收方法，其特征在于(1)兩段再生一、二段再生煙氣混合，在煙道中進行CO預(yù)燃燒；(2)預(yù)燃后的再生煙氣進入CO燃燒器，同時，向燃燒器內(nèi)注入燃燒風(fēng)，繼續(xù)進行CO燃燒；(3)CO燃燒器排出的煙氣進入煙氣取熱器取熱，降低煙氣溫度；(4)煙氣取熱器排出的煙氣進入煙氣輪機膨脹做功；(5)煙氣輪機排出的煙氣進入廢熱鍋爐，回收余熱后排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的再生煙氣CO燃燒及能量回收方法，其特征在于煙氣輪機前設(shè)置第三級旋風(fēng)分離器，除去粉塵，其位置在第二級旋風(fēng)分離器出口與一、二段煙氣混合點之間或煙氣取熱器與煙氣輪機之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的再生煙氣CO燃燒及能量回收方法，其特征在于再生煙氣預(yù)燃時間0.5～1.8秒，預(yù)燃最終溫度730～830℃，CO燃燒器壓力0.2～0.41MPa，排煙溫度850～1150℃，煙氣取熱器排煙溫度690～730℃，煙氣輪機排煙溫度530～580℃，煙氣廢熱鍋爐排煙溫度140～240℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于煉油及石油化工節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種催化裂化再生煙氣CO燃燒及煙氣能量回收方法。本發(fā)明的技術(shù)特點是不補燃料燃燒煙氣中CO，節(jié)省了燃料；CO燃燒與傳熱分別在CO燃燒器和煙氣取熱器中進行，使CO能充分燃燒；把CO燃燒煙氣及二段再生煙氣引入煙機，增大了煙氣輪機膨脹工質(zhì)流量；煙機前燃燒CO，提高了煙機入口溫度，回收功率增加。本發(fā)明適用于催化裂化再生煙氣能量回收，使用本發(fā)明技術(shù)可取得顯著的經(jīng)濟效益。
文檔編號B01D53/62GK1123194SQ9510874
公開日1996年5月29日 申請日期1995年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月11日
發(fā)明者陳安民, 張福詒, 張立新, 耿凌云, 焦鳳岐 申請人:中國石化洛陽石油化工工程公司