原位催化还原与烟气返回降低FCC再生过程NOx的耦合机制研究

NOx emission in the FCC regeneration process, accounting for about 10% of the total NOx emissions, not only seriously polluted the region environment and affected the stability of the operation devices by exacerbating the corrosion of FCC regeneration system. In 2010, it was considered that the emission of fly ash was about 300 million tons, it seriously polluted the environment due to the in_situ accumulation of nearly 50% of fly ash. Based on the generation characteristics of NOx in FCC regeneration process and the shortage of fly ash utilization, the sieves would be prepared with fly ash, and then make them into the denitrification catalyst, which is applied to the decrease of NOx emission by enhancing the effect of in_situ catalytic reduction on the reaction of CO and NOx.In this project, the mechanism of the in_situ catalytic reduction of NOx will be explored, the structure-activity relationship between the fly ash based denitrification catalyst and NOx reduction will be elucidated, the coordination control laws of transmission and reaction process in the system of NOx reduction will be revealed, the coupling mechanism of denitrification by in_situ catalytic reduction and circulation of flue gas will be obtained, the new fly ash utilization and NOx control in the FCC regeneration process will be provided with the theory support.

催化裂化再生过程中NOx排放量约占NOx总排放量的10%，其不但严重污染环境，还加剧催化裂化再生系统的腐蚀，严重影响装置的长期稳定运行。2010年我国粉煤灰年排放量约3.0亿吨，近50%的粉煤灰原地堆积，造成严重的环境污染。本项目针对FCC再生过程中NOx生成特点和我国粉煤灰资源化利用方面的不足，采用粉煤灰合成分子筛，并利用离子交换法制备脱NOx催化剂，将该催化剂用于FCC再生过程中强化CO还原NOx的原位催化作用，同时将部分含NOx烟气返回到FCC再生过程，实现NOx原位催化还原与烟气返回脱硝的耦合，降低FCC再生过程中NOx排放。通过本项目研究，探索NOx原位催化还原机理，阐明粉煤灰基脱硝催化剂与NOx还原的构效关系，揭示NOx还原体系传递与反应过程的协调控制规律，获得原位催化还原与烟气返回脱硝的耦合机制，为粉煤灰资源化利用提供新思路，同时为FCC再生过程中NOx污染控制提供理论支持。

该项目研究了以粉煤灰为原料提取硅铝组分通过水热合成制备分子筛类DeNOx添加剂应用于FCC再生过程中进行NOx抑制和催化还原机制，创新性地提出了利用空间位阻作用调控分子筛晶粒生长及FCC再生过程中原位催化还原与烟气返回耦合调控NOx控制机制。利用FCC再生过程NOx生成及还原规律、燃料型NOx抑制生成及强化烟气返回NOx催化还原作用，揭示该过程中NOx脱除耦合调控机制。研究表明粉煤灰硅铝组分提取包括高温活化、富集除杂和分级处理，水热合成体系引入空间位阻剂，通过改变空间位阻作用大小，对分子筛晶型、晶粒尺寸和产物收率进行调控。FCC再生过程NOx生成与还原与燃料氮的类型、反应温度和氧化气氛程度等密切相关。DeNOx添加剂中活性组分对焦炭燃烧过程NOx生成具抑制作用，同时还可以将返回烟气中NOx进行催化还原。研究表明在FCC再生过程中通过强化原位催化还原和烟气返回脱硝耦合作用，是实现FCC再生过程中NOx污染物控制的核心问题。.粉煤灰经Na2CO3高温活化有助于铝的提取，通过富集除杂、酸浸和碱溶等工艺调控可有效去除粉煤灰中未燃烧的碳、可溶性钠盐和钾盐、铁等杂质，获得以硅酸钠和氢氧化铝形式的高纯度硅铝组分。以提取的硅铝组分为原料，通过水热合成动力学研究表明调控硅水比、反应温度，反应时间、硅铝比等参数可得到NaP分子筛。空间位阻调控研究表明，空间位阻作用越大，分子筛晶粒越容易出现杂晶，产物产率越低，晶粒直径越小。通过改变反应体系中pH值，可得到高产率钠微均一尺寸的NaP分子筛。活性组分经浸渍可得到DeNOx添加剂，在模拟FCC再生过程条件下，引入不同活性组分的NaP分子筛类DeNOx添加剂，可有效抑制焦炭中燃料氮向NOx的转化，使之其中30-50%生成N2，从根本上降低NOx排放。烟气返回脱硝研究表明，返回烟气中NOx在FCC再生过程中经催化还原转化会明显降低。通过二者耦合作用，不但可抑制焦炭中燃料氮氧化转化成NOx，同时还可以强化返回烟气中NOx的催化还原作用，总体NOx排放浓度可降低40-60%，同时还可以减少烟气中CO的排放浓度，提高燃料的转化利用效率。