解耦氧化-还原多层多区催化裂化再生器脱硝的基础研究

国际上，对催化裂化再生烟气NOx排放浓度的限制越来越严格。理论上讲，在催化裂化再生器内实现NOx的脱除是经济的NOx脱除方式，但遇到的问题是现有再生器脱NOx效率低，无法解决裂化催化剂的氧化再生环境与脱除NOx的还原环境之间的矛盾。本项目创造性的提出通过再生器内部结构与工艺设计，构建解耦氧化区与还原区的多层多区催化裂化再生器脱硝的新思想。基本思路是利用O2和裂化催化剂再生产生的CO在再生器内部形成多层多区氧化区与还原区环境，实现对NOx的脱除。需要从研究再生烟气热力学出发，理论上分析脱除NOx的可行性；模拟催化裂化再生实验，系统研究催化裂化过程中NOx产生和转化规律及Pt助燃剂对NOx的还原作用；探索再生器内部O2和CO分布规律及其对脱除NOx的影响机制。为FCC再生技术发展提供新思路和理论依据，对于形成具有国际先进水平的自主知识产权的低NOx排放技术具有重大意义。

国际上，对FCC再生烟气NOx排放浓度的限制越来越严格。理论上，通过再生器的设计实现NOx脱除，是经济的NOx脱除方式。但遇到的问题是现有再生器脱NOx效率低，无法解决裂化催化剂的氧化再生环境和脱NOx的还原环境之间的矛盾。本项目创造性的提出通过再生器内部设计，构建解耦氧化区与还原区的多层多区催化裂化再生器脱硝的新思想。基本思路是利用氧气和裂化催化剂再生产生的CO在再生器内部形成多级氧化区和还原区环境，实现对NOx的脱除。项目对再生器条件下NO生成和脱除反应规律、多段流化床在NO脱除反应中的作用、O2和CO浓度对NO转化的影响以及与温度的关系、有氧条件下和氧化性催化剂存在下CO还原NO的动力学反应规律等进行了大量探索性研究，获得了NO+O2+CO反应体系相图和适宜的再生操作范围；揭示了O2是NO-CO反应的严重抑制剂的本质；认识了氧化性催化剂对提高CO还原脱除NO的影响规律。主要结论如下：.（1）.揭示了NO+O2+CO反应体系相图存在慢反应区和快反应区，与无催化剂时比较，在催化剂存在时，慢反应区和快反应区向低温和低CO浓度区移动。与无氧时比较，在有O2存在下，慢反应区和快反应区均向更高的温度和CO浓度区移动。.（2）.揭示了O2是NO-CO反应的严重抑制剂。O2和CO是影响NO转化的关键因素，低的O2/CO比值可有效提高NO的转化率。.（3）.多层多区氧化还原再生器显示了高效的脱硝能力，NO浓度可降至20ppm，NO转化率可增加至90%，再生剂碳含量可降至0.02%。可归因于两段再生器能克服O2对NO转化的不利影响。.（4）.发现氧化性催化剂能显著提高CO还原脱除NO的能力，获得了有氧条件下CO脱除NO反应动力学方程。氧气的存在降低了CO还原NO反应速率常数，归因于O2在催化剂表面的吸附作用显著强于NO的吸附作用。. 相关研究结果在化学工程领域重要国际刊物Chemical Engineering Journal上发表论文2篇（SCI/EI收录），发表国际会议论文4篇，国内会议论文1篇。申请国家发明专利4项，已授权专利1项。