SCR法煙氣脫硝技術(shù)在FCC鍋爐中的應(yīng)用

王昊辰，王明星，齊慧敏

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SCR法煙氣脫硝技術(shù)在FCC鍋爐中的應(yīng)用

王昊辰，王明星，齊慧敏

（中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

催化裂化是石油煉制過(guò)程中重要的過(guò)程之一，但同時(shí)也排放了大量污染氣體和污染物。SCR法煙氣脫硝技術(shù)作為能夠有效地降低氮氧化物排放量的技術(shù)之一，在煉廠中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合某廠的SCR法煙氣脫硝裝置，介紹了SCR法煙氣脫硝技術(shù)的原理和應(yīng)用狀況。

SCR煙氣脫硝；催化裂化。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化石能源的消耗也逐年增加，環(huán)境問(wèn)題也隨之日益凸顯。國(guó)家在“十二五”期間加大對(duì)氮氧化物（NO）等污染物的總量和排放進(jìn)行了嚴(yán)格控制，其中氮氧化物的排放限值從2003年的450 mg/m3下降到2011年的100 mg/m3，[1]個(gè)別地區(qū)的排放限值達(dá)到了50 mg/m3。“十三五”期間，國(guó)家的環(huán)保政策走向不會(huì)改變。煉油廠是主要的氮氧化物（NO）排放源之一，催化裂化裝置（FCC）煙氣中的NO排放量一般占全場(chǎng)NO排放量的50%，是煉油廠中最大的NO排放源。[2]為滿足目前的環(huán)保要求，F(xiàn)CC裝置都進(jìn)行了改造或新建，增加了煙氣脫硝單元，其中以SCR法煙氣脫硝的應(yīng)用最為廣泛。

SCR（Selective Catalytic Reduction）法煙氣脫硝，即選擇性催化還原法，是指利用還原劑（NH3或尿毒等）在金屬催化劑的作用下，有選擇性的與煙氣中的氮氧化物（NO）反應(yīng)并生成N2和H2O。[3]SCR法煙氣脫硝是一種操作控制簡(jiǎn)單、脫硝效率高的成熟技術(shù)，也是目前應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)[4,5]。

SCR法煙氣脫硝的化學(xué)反應(yīng)方程式是：

SCR反應(yīng)器中的煙氣溫度一般設(shè)計(jì)要求為320~420 ℃之間，因?yàn)楫?dāng)煙氣溫度位于340~380 ℃之間時(shí)，催化劑活性物的活性最高，催化還原反應(yīng)效率最高。[6]SCR反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但由于NOX在煙氣中的濃度較低，所以反應(yīng)引起的煙氣溫度和催化劑溫度升高可以忽略不計(jì)。

SCR反應(yīng)器由氨的儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨和空氣的混合系統(tǒng)、氨噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)及檢測(cè)控制系統(tǒng)等組成，包括導(dǎo)流板、噴氨格柵、吹灰器、催化劑層、氨緩沖罐、氨蒸發(fā)器、液氨罐以及相應(yīng)的檢測(cè)和控制系統(tǒng)，圖1是某廠SCR法煙氣脫硝工藝流程示意圖。

1.1 供氨系統(tǒng)

供氨系統(tǒng)包括：液氨罐、氨蒸發(fā)器、氨緩沖罐和稀釋風(fēng)機(jī)等。液氨罐中的液氨進(jìn)入氨蒸發(fā)器，通過(guò)加熱氣化為氨氣，通過(guò)減壓閥減壓至0.3~0.35 MPa后進(jìn)入氨緩沖罐。氨氣出氨緩沖罐后與稀釋風(fēng)混合并進(jìn)入SCR反應(yīng)器。

另一方面是社會(huì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型下民眾的本體訴求。人們雖然知道傳統(tǒng)在被改變，但創(chuàng)新的陣頭“很有青春活力”、“很能吸引眼球”，可以帶動(dòng)傳統(tǒng)文化的復(fù)興。民眾的本體訴求是內(nèi)環(huán)境變化的典型，而本體化訴求是套用哲學(xué)術(shù)語(yǔ)，在思考中帶有一種“元理論”的意味[16]。所謂民眾的本體訴求，指不僅要關(guān)注人的精神需求，而且要關(guān)注人的普適性。“社會(huì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型下民眾的本體訴求”使得大眾體育需求從單一化向多元化邁進(jìn)，不再局限于傳統(tǒng)體育。

圖1 SCR法煙氣脫硝工藝流程示意圖

氨蒸發(fā)器選用水浴加熱，水浴溫度為60 ℃，并設(shè)定高溫（70 ℃）和低溫（55 ℃）報(bào)警；稀釋風(fēng)機(jī)一開一備，流量按滿負(fù)荷氨量的1.15倍，對(duì)空氣的混合比為5%設(shè)計(jì)。氨的注入量控制是由SCR進(jìn)出口NO、氧濃度、煙溫、稀釋風(fēng)量和煙氣流量來(lái)控制。

1.2 SCR反應(yīng)器

SCR反應(yīng)器的設(shè)計(jì)采用兩層固定床并安裝催化劑，沒(méi)有預(yù)留層。其中煙氣流向豎直向下。催化劑上方設(shè)有吹灰器，可自動(dòng)為催化劑表面進(jìn)行吹掃。吹灰器的類型可選用蒸汽吹灰器或聲波吹灰氣。SCR反應(yīng)器的煙氣溫度嚴(yán)格控制在320~420 ℃之間，既可以保證催化劑的活性和脫除效率，又可以防止催化劑燒結(jié)。

1.3 內(nèi)構(gòu)件

SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件包括兩部分：導(dǎo)流板和噴氨格柵。作用是保證煙氣流向始終與煙道截面垂直。

導(dǎo)流板位于鍋爐煙道的彎曲部分。在不安裝導(dǎo)流板的情況下，煙氣在通過(guò)煙道彎曲部分時(shí)會(huì)形成湍流，湍流會(huì)造成煙氣經(jīng)過(guò)催化劑床層時(shí)的不垂直，使脫硝效率降低。導(dǎo)流板的安裝可以有效阻止煙氣經(jīng)過(guò)彎曲煙道時(shí)形成湍流，保證煙氣經(jīng)過(guò)彎曲煙道后流向與橫截面垂直。

氨氣和稀釋風(fēng)的混合氣體通過(guò)噴氨格柵進(jìn)入SCR反應(yīng)器。噴氨格柵包含了若干根噴氨管，每根噴氨管都安裝了流量控制模塊，可根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)氨氣量。噴氨格柵可以調(diào)節(jié)氣體分流并保證氨氣和煙氣的充分且均勻的混合，有利于氨氣和NO的充分接觸，提高了脫硝效率。

2 SCR法煙氣脫硝的應(yīng)用

2.1 原料情況

某廠300萬(wàn)t/a催化裂化聯(lián)合裝置（以下簡(jiǎn)稱催化裂化裝置）進(jìn)行了余熱鍋爐改造，完成了煙氣脫硝單元的建設(shè)投用。催化裂化裝置處理量375 t/h。脫硝單元入口煙氣主要來(lái)自催化裂化裝置再生器，脫硝還原劑為氨氣，具體煙氣組成、氨氣如表1所示。

表1 煙氣和氨氣性質(zhì)

2.2 煙氣和氨氣性質(zhì)

催化裂化裝置中，煙氣脫硝單元主要參數(shù)如表2所示。

表2 脫硝單元主要參數(shù)

2.3 SCR反應(yīng)器運(yùn)行情況

在裝置運(yùn)行期間，煙氣中NO濃度高達(dá)500 mg/m3，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，故在SCR反應(yīng)器前使用了脫硝助劑，脫硝單元入口煙氣NO含量平均值282 mg/m3，其它工藝條件達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如表3所示。

表3 SCR反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)

注：脫硝效率=（出口NO流量-入口NO流量）/入口NO流量×100%

從上表數(shù)據(jù)可知，運(yùn)行時(shí)外排煙氣NO含量為54 mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；裝置的脫硝效率為81%，達(dá)到正常設(shè)計(jì)指標(biāo)；脫硝反應(yīng)器壓降0.46 kPa，低于設(shè)計(jì)指標(biāo)；氨逃逸量0.17 mg/m3，低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，基本可控。

3 結(jié)論與展望

SCR法煙氣脫硝技術(shù)在FCC中的應(yīng)用，其工藝流程比較成熟，能夠?qū)O排放進(jìn)行有效的控制，對(duì)FCC乃至煉廠的污染物排放量有很大影響。但也存在著一些問(wèn)題：當(dāng)脫硝反應(yīng)器入口煙氣溫度過(guò)低時(shí)，氨氣會(huì)與三氧化硫反應(yīng)并生成亞硫酸氫銨，該物質(zhì)會(huì)粘附在鍋爐爐管表面并吸附煙氣中的粉塵，在爐管外形成堅(jiān)實(shí)且具有腐蝕性的垢，不但造成鍋爐爐管換熱效率下降，鍋爐排煙溫度上升，影響鍋爐整體運(yùn)行效率，還加快了鍋爐爐管的垢下腐蝕，縮短了鍋爐運(yùn)行壽命。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，SCR法煙氣脫硝技術(shù)會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，但仍需不斷完善和改進(jìn)，在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略下，實(shí)現(xiàn)低能耗、高效率的煙氣脫硝。

［1］ 蘇暉. 全負(fù)荷SCR脫硝技術(shù)分析及研究[J]. 科技視界，2015(2)：316-317.

［2］ 孫克勤，鐘秦. 火電廠煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［3］ 康征，孟凡寧，楊栩. 催化煙氣脫硫脫硝現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 遼寧化工，2015，4(2)：158-160.

［4］ 高續(xù)春，代宏哲，馬亞軍. 燃煤煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 當(dāng)代化工，2015(10)：2371-2373.

［5］ 王立坤. 煙氣同時(shí)脫硫脫硝工藝的研究進(jìn)展[J]. 當(dāng)代化工，2014(3)：423-425.

［6］ 王學(xué)海，李勇，劉忠生等. 鍋爐煙氣脫硝工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)[J]. 當(dāng)代化工，2013(11)：1485-1487.

Application of the SCR Denitrification Technique in FCC boiler

WANG Hao-chen, WANG Ming-xing, QI Hui-min

（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China）

FCC is one of important processes for petroleum refining, but at the same time, it discharges a large number of polluted gas and pollutants. The SCR denitrification technique is one of the ways to effectively reduce NOemission, and it has been widely used in refineries. In this article, the principle and application of the SCR denitrification technique were introduced.

SCR denitrification; FCC

TQ 032.4

A

1671-0460（2016）06-1179-03

2016-03-25

王昊辰（1988-），男，遼寧省大連市人，助理工程師，碩士，2013年畢業(yè)于北京化工大學(xué)，研究方向：脫硫脫硝。E-mail：wanghaochen.fshy@sinopec.com。