催化裂化再生器NO-,x-生成與控制的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、流化催化裂化裝置(Fluid Catalytic Cracking Unit,FCCU)是煉油工業(yè)中重油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)燃油的核心裝置。隨著近年來原油加工業(yè)的迅速發(fā)展,以及越來越嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),催化裂化裝置再生器排放的大量NOx已引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。因此,進(jìn)一步了解催化裂化裝置再生器運(yùn)行過程中含氮物質(zhì)的遷移規(guī)律,揭示NOx的生成規(guī)律,進(jìn)而尋找到控制NOx生成的技術(shù),對(duì)緩解環(huán)境污染壓力、提高煉油企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。 本文首先借

2、助多種分析手段(元素分析、XRF、XPS、氮吸附、TG/DTA、XRD、NH3-TPD、SEM)對(duì)FCC待生催化劑碳、氮元素的賦存形態(tài)、催化劑的失活機(jī)理進(jìn)行了初步研究。分析結(jié)果表明:FCC待生催化劑表面碳元素以高穩(wěn)定性的石墨化碳為主,還有少量含碳的有機(jī)分子；氮元素主要是非堿性的毗咯型氮和氮氧化物,大量非堿性的含氮化合物都富集于表層焦炭以下與催化劑酸性活性中心緊密結(jié)合。此外,催化劑結(jié)焦后比表面積、孔容等下降明顯,酸性活躍中心數(shù)量和強(qiáng)度減小

3、；而重金屬釩等對(duì)FCC催化劑的骨架造成了破壞,并且吸附于酸性活躍中心,造成了FCC催化劑的不可逆失活。 以揚(yáng)子石化煉油廠80萬噸,年催化裂化裝置再生器為研究對(duì)象,在對(duì)其工業(yè)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)熱力計(jì)算的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套以流化床燃燒器為核心的小型FCC待生催化劑再生試驗(yàn)系統(tǒng),模擬工業(yè)運(yùn)行的實(shí)際情況,研究了FCC再生過程中溫度、壓力、過?？諝庀禂?shù)等因素對(duì)NOx生成規(guī)律的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：爐內(nèi)溫度和過?？諝庀禂?shù)的提高使得NOx的生成

4、上升,且低壓下NOx的生成量增幅較大,高壓下增幅較??；壓力的提升使得含氮揮發(fā)分的析出受到了抑制,氣體在爐內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng),焦炭和CO對(duì)NOx的還原效果明顯,NOx的排放量呈下降趨勢(shì)。綜合試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為：相對(duì)較低的溫度和過?？諝庀禂?shù),以及相對(duì)較高的壓力有利于減少FCC再生器內(nèi)NOx最終排放量。 依托計(jì)算流體力學(xué)(CFD)Fluent軟件平臺(tái),對(duì)FCC再生器實(shí)際運(yùn)行工況燃燒情況進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了再生器內(nèi)流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和燃燒過程,預(yù)報(bào)了

5、再生器內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、各組分的濃度場(chǎng)等參數(shù),給出了再生器內(nèi)的NOx分布,并對(duì)不同過?？諝庀禂?shù)和壓力下FCC再生器內(nèi)NOx生成情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明:NOx的生成量隨著過?？諝庀禂?shù)的增加而增加,并隨著壓力的增大而減小,這一結(jié)論與試驗(yàn)所得結(jié)論是一致的。綜合分析后認(rèn)為：控制FCC再生器內(nèi)NOx生成的適宜的過?？諝庀禂?shù)為1.1左右；壓力的提升雖然可以降低NOx的排放,但是再生器壓力的提高不僅使得裝置的能耗增加,也將牽動(dòng)整個(gè)FC