技術論壇

催化裂化煙氣SCR脫硝技術應用分析

2019/09/16

催化裂化煙氣SCR脫硝技術應用分析

時間:2019-09-11 14:22

來源:煉油與化工

作者:寧海濤

催化裝置煙氣中的NOx是大氣的主要污染物,文中分析了選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術的運行情況,并結合其在催化裂化裝置的運行工藝,對SCR脫硝反應機理、脫硝催化劑物化性質、催化裂化煙氣SCR脫硝運行情況以及運行中存在的問題進行了分析。

某煉油廠催化裂化裝置采用完全再生技術,主要以常減壓裝置減四、減五,焦化蠟油等為原料,摻煉減壓渣油比例為40%。其再生煙氣中NOx含量較高,最高時達到1 200 mg/m3以上,對大氣質量造成嚴重污染。2015年5月新建煙氣脫硝裝置,煙氣脫硝處理規模為125 000×104 m3/h,采用SCR選擇性催化還原技術,脫硝催化劑采用托普索公司的DNX-FCC催化劑,分3層布置在高溫省煤器上方,于2015年8月建成投用。

1 SCR脫硝技術原理

催化裂化煙氣SCR脫硝技術使用的是托普索公司生產的DNX-FCC催化劑,從煙機出來的煙氣進入余熱鍋爐,在余熱鍋爐溫度295~420℃處把煙氣引到SCR反應器里面,進行脫硝反應。其原理是在催化劑的作用下,NO或NO2被NH3還原生成氨。適當的煙氣中過剩氨濃度有利于NOx在的轉化,NH3選擇性催化還原NOx的主要反應為:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

2 脫硝催化劑的性質

托普索公司DNX-FCC催化劑采用波紋板式催化劑,以TiO2為載體,活性物質為金屬釩和鎢氧化物,其主要性質見表1。

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3 催化裂化煙氣SCR脫硝運行情況分析

催化裂化煙氣SCR脫硝裝置于2015年8月1日9:00引NH3開工,10:20分煙氣SCR 脫硝出口NOX濃度降至200mg/m3以下,催化裂化煙氣SCR脫硝裝置開車一次成功。

3.1 SCR 脫硝主要操作條件

SCR 脫硝主要操作條件見表2。

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從表2可以看出,煙氣流量、SCR脫硝入口溫度、氨氣緩沖罐壓力、稀釋風流量、催化劑床層總壓降、SCR出口煙氣NH3濃均在設計指標范圍內,SCR 入口煙氣NH3 濃度在1 286 mg/m3 的條件下SCR脫硝出口NOX濃度能夠滿足≯200 mg/m3的設計指標要求。

3.2 SCR 脫硝開工噴氨后操作調整

SCR脫硝噴氨氣前首先保證稀釋風平穩注入SCR脫硝反應器,稀釋風流量為1 370 m3/h,緩慢開大NH3流量控制閥,隨著NH3流量不斷增大,SCR反應器出口NOX濃度出現緩慢下降的趨勢,由于噴氨后,需要一定的反應時間,脫硝出口NOX濃度變化趨勢相對延遲,所有需要緩慢提高噴氨量,當SCR反應器出口NOx濃度降至200 mg/m3以下,停止繼續提高噴氨量。

SCR脫硝開工噴氨過程中,SCR脫硝反應器入口NOx濃度為1 304 mg/m3,SCR脫硝反應器入口溫度為316 ℃,控制SCR脫硝反應器出口氨逃逸量不大于3 mL/m3,SCR 脫硝反應器出口氧含量控制2.5%左右,當噴氨量達到54.8 m3時,SCR脫硝反應器出口NOX濃度降至144.6 mg/m3,脫硝出口氨逃逸為1.75 mg/m3,脫硝效率為88.9%。

3.3 SCR 脫硝效率分析

SCR煙氣脫硝自2015年8月開工后,一直運行至今,裝置運行平穩,2015年8月至2018年4月煙氣SCR脫硝出入口NOx濃度見表3。

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由表3可知,脫后NOx濃度均滿足≯200 mg/m3的設計指標要求,NOx脫除率均在85%以上,SCR脫硝效率較高。

3.4 SCR 脫硝催化劑床層壓降變化

SCR煙氣脫硝中一個重要指標就是催化劑床層壓降的變化。隨著裝置的運轉,煙氣中夾帶的FCC催化劑粉塵會附著在催化劑床層上,造成催化劑床層壓降增大,生產過程中通過對催化劑床層進行蒸汽吹灰,減少催化劑床層吸附的粉塵,避免催化劑床層堵塞造成壓降升高的問題,脫硝催化劑自2015年8月運行至2018年5月末,催化劑床層壓降變化趨勢見圖1。

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由圖1可知,催化劑床層壓降自2015年8月開工以來始終在0.5~0.6 kPa之間變化,2016年底床層壓降略有升高,但變化不大,沒有產生催化劑床層堵塞現象。裝置已經連續運行34個月,處于運行末期,催化劑床層壓降較開工初期相比變化不大,滿足3層催化劑總壓降≯2kPa的設計要求。

3.5 SCR 脫硝運行中存在的問題

(1)備機生產脫硝入口氮氧化物濃度高2015年10月27日至11月2日,主風機檢修,改備用主風機生產,由于備用主風機為離心式風機,備機主風出口壓力偏低,需要將再生器壓力降低至0.15 MPa,主機生產時再生壓力控制0.25MPa,在主備機切換過程中,隨著操作壓力的逐漸降低,SCR入口NOX生成量增加,再生壓力的降低導致煙氣在再生催化劑床層中的停留時間縮短,以及CO和NOX濃度的降低,從而降低CO對NOX的還原作用,增加煙氣中NOX的排放量。

備機生產過程中SCR反應器前后NOx濃度變化見表4。

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SCR脫硝反應器入口NOX濃度由主機生產時的平均1 200 mg/m3 增加到1 533 mg/m3 以上(SCR反應器入口NOX濃度量程為0~1 533 mg/m3),再生器壓力降低,煙氣中NOX濃度升高,造成SCR脫硝噴氨量提高,脫硝負荷增大。

2)氨逃逸測量表指示不準

2015年8月裝置開工后,SCR脫硝噴氨手動調節,主要通過煙氣出口NOX濃度調整噴氨量,正常生產中為降低煙氣NOx排放濃度,會增大噴氨量,但是如果氨氣量過剩,使得大量的氨逃逸,氨與SO3反應生成硫酸氫銨,沉積在省煤器管束表面,會造成省煤器壓降增加。因此,氨逃逸測量表對噴氨量具有重要指導意義。SCR脫硝運行期間,氨逃逸表測量值存在偏差,氨逃逸測量值經常處于某一數值不動,主要原因是開工后煙道溫度變化,測量管發生移位,無法準確對光,導致氨逃逸測量表指示不準。針對氨逃逸測量表指示不準的實際情況,2018年9月檢修期間將對現有氨逃逸測量管向煙道空側移動500 mm,對應探頭同樣移位,便于改造后調試對光,同時增加激光分析儀原位測量管,避免測量管移位,保證氨逃逸表正常使用。

4 結論

催化裂化裝置再生煙氣工藝采用選擇性催化還原SCR 脫硝技術,催化劑采用托普索的DNXFCC脫硝催化劑,裝置運行平穩,煙氣脫硝入口NOX濃度在1 200 mg/m3時,脫后煙氣中的NOX濃度能夠滿足《石油煉制工業污染物排放標準》中NOX≯200 mg/m3的要求,脫硝效率達到85%以上。裝置連續運行34個月后,脫硝催化劑床層總壓降滿足≯2 kPa的設計要求。

存在的主要問題是催化裝置備機生產時,再生器壓力降低,導致SCR脫硝反應器入口NOX濃度升高,增加了SCR煙氣脫硝負荷;氨逃逸測量表指示不準,無法作為噴氨量的參考,省煤器存在結鹽的風險。

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來源:煉油與化工作者:寧海濤

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