丙烯腈尾氣處理裝置中脫硝系統優化改造

劉殿博，王世雷，徐 海，王鐵軍，趙 龍，邢 濤，李 超

(中國石油吉林石化公司 丙烯腈廠，吉林 吉林 132022)

中國石油吉林石化公司丙烯腈廠第二丙烯腈裝置采用的是丙烯氨氧化技術，以C3H6和NH3為主要原料[1]，在XYA-5催化劑的作用下，反應生成C3H3N及其它副產品，之后經過急冷、回收、精制等工藝流程，得到C3H3N產品。在回收過程中設置有丙烯腈吸收塔，該塔為微正壓操作。在塔頂排出一股氣體，稱之為吸收塔尾氣[2]。該尾氣的主要成分為CO2、N2和H2O，同時含有一定量的CO、C3H3N、C3H6及C3H8等。為嚴格控制尾氣中污染物的排放濃度符合國家排放標準。第二丙烯腈裝置于2003年建成了一套丙烯腈吸收塔尾氣催化氧化處理系統，用于處理吸收塔塔頂尾氣的有害成分。由于尾氣中NOx排放超標，于2013年在原有催化氧化裝置基礎上新增了一套氮氧化物處理系統。運行后各項指標均滿足環保排放要求[3]。

1 催化氧化裝置介紹

1.1 催化氧化工藝原理

在催化氧化反應器中，共有126塊貴金屬催化劑，將有害的揮發性有機物C3H6、C3H8、CO、C3H3N等轉化為CO2、N2和H2O，其主要反應式如下。

1.2 催化氧化裝置工藝流程

丙烯腈裝置吸收塔(T-8103)塔頂排出的尾氣，首先經分離罐(D-8901)分離游離水，然后丙烯腈尾氣(不含冷凝水)進入系統與空氣鼓風機(C-8901)補充燃燒所需的空氣混合，經尾氣換熱器(E-8902)加熱后，經電加熱器(E-8901)進一步充分混合后進入反應器(R-8901)，在反應器中進行催化氧化反應，將有害的揮發性有機物進行轉化。從反應器出來的凈化氣體進入尾氣換熱器回收熱量后排入煙囪(S-8901)。催化氧化裝置工藝流程圖見圖1。

圖1 催化氧化裝置工藝流程圖

1.3 排放尾氣組成

催化氧化是強放熱反應，尾氣中的有機物含量和氧氣含量對反應起非常重要的作用，尾氣中C3H6、C3H8、CO、C3H3N含量高，反應放熱量就大，系統的絕熱溫升就高，甚至使催化劑燒毀。因此，為保證催化反應的正常進行，在丙烯腈主裝置開車初期和裝置生產不正常，尾氣中C3H6、C3H8含量波動較大的情況下，不能讓吸收塔尾氣進入尾氣催化氧化處理系統，而從吸收塔頂部直接排入煙囪。只有在尾氣組成穩定后才能將尾氣引入尾氣催化氧化處理系統。進入催化氧化裝置的尾氣組成見表1。

表1 進入催化氧化裝置尾氣組成

從表1可以看出經過催化氧化裝置處理后排放尾氣中NOx污染指標已經超出國家要求≤100 mg/m3的排放標準。

2 脫硝系統優化改造

2.1 工藝原理

脫硝反應器采用催化還原技術，在催化劑作用下，補充進來的氨氣選擇性的與尾氣中NOx在300～400℃的條件下發生催化還原反應，將氮氧化物還原成對環境無害的氮氣和水，催化還原反應方程式如下。

2.2 改造后尾氣組成

脫硝系統處理后的尾氣組成見表2。

表2 脫硝系統處理后的尾氣組成

從表2可以看出處理后的尾氣氮氧化物污染指標已經達到國家要求的排放標準。

2.3 改造后流程

脫硝系統是在原有催化氧化裝置基礎上新增一個脫硝反應器(R-8902)和配套的氨空混合器(X-8901)。即尾氣經尾氣換熱器(E-8902)排出后不是直接排入煙囪，而是進入脫硝反應器，在氣氨的作用下進行催化還原反應，將丙烯腈尾氣中的氮氧化物轉化成氮氣和水，達標后的凈化尾氣經煙囪排入大氣。脫硝優化改造后裝置工藝流程圖見圖2。

圖2 脫硝優化改造后裝置工藝流程圖

3 結 論

丙烯腈裝置吸收塔尾氣催化氧化處理裝置通過脫硝技術優化改造后，ρ(NOx)由處理前的240～400 mg/m3降低至30～100 mg/m3。脫硝效率可達75%～87.5%。另外在脫硝反應器進、出口安裝實時監測裝置，具有就地和遠傳監測顯示功能。監測的項目包括：氮氧化物、氮氣、剩余氨量等。正常情況下控制w(剩余氨)<3 mg/kg。脫硝裝置可用率為100%，服務壽命為30 a，運行8 000 h/a。不僅提高了脫硝效率，而且降低了消耗和生產成本。滿足了裝置安全穩定、長周期優質運行。減少了污染物和排放總量，加強了環境保護。執行國家和地區的有關環保政策，對生產中的“三廢”進行處理，滿足了清潔生產要求。

參 考 文 獻：

[1] 黃麗榮,吳志強,陳龍.化纖廠丙烯腈生產裝置的清潔生產[J].化工環保,2000(3):1-3.

[2] 趙震,張惠民,徐春明，等.丙烯氨氧化催化劑研究進展[J].黑龍江大學自然科學學報，2005(2):1-3.

[3] 張樂.丙烯腈生產的反應原理與主要方法[J].化學工程與裝備,2011(8):1-3.