催化裂化裝置再生煙氣NOx減排技術應用

楊智 李軍 霍成（中國石油寧夏石化分公司）

寧夏石化公司煉油廠260×104t/a催化裂化裝置配有2臺燃燒式CO余熱鍋爐。其利用催化了煙氣的物理熱，同時補充燃燒部分燃料氣，產生3.82 MPa、450℃的中壓過熱蒸汽，余熱鍋爐煙氣排放量為438 240 m3/h（濕基），煙氣中NOx排放均值為313 mg/m3。隨著《石油煉制工業污染物排放標準》的正式實施，公司決定對該裝置增設煙氣脫硝設施，并對余熱鍋爐進行配套改造，要求不僅確保催化裝置、脫硫裝置正常運行，而且保證外排煙氣中NOx排放濃度達到新標準要求（NOx值小于100 mg/m3）；同時對余熱鍋爐進行相應配套改造[1]，以達環保節能并舉的效果。

1 煙氣脫硝系統工藝

1.1 工藝的選擇

降低催化裂化裝置氮氧化物排放主要有三大類方法[2]：氧化法脫硝、還原法脫硝及脫硝助劑。氧化法脫硝包括臭氧氧化技術及液相氧化劑氧化技術，其原理在于將煙氣中的氮氧化物氧化最終生成硝酸鹽，溶解在外排污水中并排出裝置；還原法脫硝技術根據反應環境的不同分為選擇性催化還原法（SCR）脫硝和選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝，利用還原劑將氮氧化物還原為無污染的氮氣，經煙囪直排大氣；脫硝助劑是指通過抑制再生過程中NOx的生成和消除再生過程中生成的NOx來降低外排煙氣中的NOx含量。

寧夏石化公司根據260×104t/a重油催化裂化裝置再生煙氣組成及余熱鍋爐運行的實際情況，煙氣脫硝系統采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術。

在SCR脫硝工藝中，反應溫度較低，一般反應器控制溫度為320～420℃，凈化率高，可達85%以上，工藝設備緊湊，運行可靠。NOx與氨氣在催化劑的作用下生成無害的氮氣和水，還原后的氮氣放空，無二次污染。

1.2 工藝流程

SCR煙氣脫硝工藝系統主要由脫硝反應系統、氨區和其他輔助設備和裝置組成。其中脫硝反應系統由SCR反應器、噴氨系統、氨/煙混合系統等組成；氨區包括液氨儲罐、液氨蒸發器、氨氣緩沖罐、氨稀釋罐等；其他輔助設備和裝置主要包括SCR反應器的相關管理系統和吹灰裝置等。煙氣脫硝改造后余熱鍋爐工藝流程見圖1。

2 系統設計

2.1 稀釋風流量及壓力確定

根據標準《火電廠煙氣脫硝工程技術規范-選擇性催化還原法》[3]，稀釋風量應按設計和校核工況中的較大耗氨量，使得經過壓力和流量調整后的氨氣與空氣能在氨空混合器內充分混合，將氨稀釋成體積比小于5%的混合氣。

由于余熱鍋爐為微正壓爐，考慮到煙氣壓力、稀釋風管路壓力損失、調節閥壓損等因數，該項目稀釋風機風量按1500 m3/h，風壓35 kPa考慮。

圖1 煙氣脫硝改造后余熱鍋爐工藝流程

2.2 稀釋風預熱系統

稀釋風加熱系統作用是將空氣加熱到與反應器煙氣進口溫度相當的溫度，本項目要求加熱溫度不能低于300℃。不是避免影響余熱鍋爐的熱負荷，而是避免硫酸氫銨的生成堵塞噴氨格柵噴頭，預熱器安裝在蒸發段下部。

2.3 噴氨模塊設置位置

噴氨模塊由噴氨格柵和整流格柵組成。噴氨格柵需根據CFD模擬結果來設計，其目的是使氨/空氣混合氣中的氨與煙氣中的NOx在整個煙道上均勻分布。整流格柵安裝在SCR反應器頂部，在頂層催化劑之上。整流格柵將煙氣流向在接觸第一層催化劑之前整流為豎直方向。這有助于減少粉塵堆積和對催化劑的磨損。

2.4 脫硝反應器

由于SCR脫硝反應溫度區間在320～420℃，根據催化裂化裝置余熱鍋爐煙氣溫度分布特點，確定脫硝反應器安裝位置在余熱鍋爐蒸發段和省煤器之間。其是煙氣脫硝系統的核心設備，主要功能是承載催化劑，為脫硝反應提供空間，同時保證煙氣流動的順暢與氣流分布的均勻，為脫硝反應順利進行創造條件。該反應器設計為垂直SCR反應器安裝兩層催化劑，在催化劑之上裝有整流格柵。每層催化劑裝有蒸汽吹灰裝置，以定期清理催化劑上的積灰[4]。

2.5 氨氣系統設計壓力的確定

項目設計2套液氨蒸發器，1用1備。在液氨蒸發器上設置安全閥，安全閥設定壓力為1.58 MPa。由于氨區離脫硝反應器較遠，考慮到途中壓頭的壓力損失，在氨氣緩沖罐上游設置有氨氣壓力調節閥，將氨氣緩沖罐出口壓力控制在0.4 MPa左右。氨氣緩沖罐上設置安全閥，安全閥設定壓力為0.88 MPa。

2.6 催化劑吊裝

在第一層脫硝反應床層上部向外伸出電動葫蘆導軌，設置電動葫蘆用于催化劑模塊從地面到各安裝層的起吊，最上層催化劑直接由電動葫蘆吊入框架內，再由手動葫蘆或小車自催化劑安裝門送入SCR反應器內進行安裝。

3 應用效果

寧夏石化公司煉油廠在2017年大檢修期間對260×104t/a催化裝置2臺CO余熱鍋爐進行了SCR脫硝適應性改造。改造前（1月1日—4月30日）后（8月26日—10月23日）再生煙氣出口NOx數值對比見表1；改造前后再生煙氣出口NOx數值趨勢圖見圖2、圖3。

圖2 煙氣脫硝項目改造前催化再生煙氣出口NOx數值趨勢

圖3 煙氣脫硝項目改造后催化再生煙氣出口NOx數值趨勢

表1 煙氣脫硝項目改造前后催化再生煙氣出口NOx數值對比

結合表1、圖2、圖3可以看出，改造后催化再生煙氣出口NOx數值控制在100 mg/m3以內，能夠達到新的排放標準的指標要求[5-6]。

4 結論

此次余熱鍋爐煙氣脫硝改造工程，由于催化裂化裝置余熱鍋爐運行的特點，在一些設計細節上跟常規的火電廠煙氣脫硝工程存在一定差異。為使催化裂化裝置余熱鍋爐煙氣獲得最佳的脫硝效果，在工程設計中，煙氣脫硝系統的各裝置設備和工藝參數根據實際具體運行情況進行調整、優化，保證環保指標達到排放標準。

[1]高永地，梁德印，張華東.重油催化裂化余熱鍋爐節能技術改造[J].石油煉制與化工，2011，42（5）：93-96.

[2]孫克勤，鐘秦.火電廠煙氣脫硝技術及工程應用[M].北京：化學工業出版社，2006：75-79.

[3]中華人民共和國生態環境部.火電廠煙氣脫硝工程技術規范-選擇性催化還原法：HJ 562-2010[S].北京：中國環境科學出版社，2010：1-12.

[4]段傳，夏懷祥.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術［M］.北京：北京電力出版社，2009：96-101.

[5]楊楠，王雪.氮氧化物污染及防治[J].環境保護與循環經濟，2010，30（11）：51-53.

[6]陳艷梅.減少FCC再生煙氣的氮氧化物排放[J].國際煉油與石化，2010（2）：62-65.