催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx的控制

摘要：催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx控制的工業實踐發現，兩段再生工藝的NOx來自于再生器和CO焚燒爐;第一再生器是NOx生成和脫除的主要場所，要保證83%的焦炭在第一再生器燃燒;CO焚燒爐采用高空氣過剩系數和低燃料氣壓力能夠抑制NOx的生成。原料突然變重時，通過提高反應溫度和補充新等措施，能夠快速控制NOx排放指標。

關鍵詞：催化裂化;兩段再生;CO焚燒爐;NOx

隨著國家環保要求日益嚴格，催化裂化裝置作為煉油廠最重要的二次加工裝置成為環保監控的重點對象。各裝置以脫氮效率高，經濟性好，不用對裝置進行改造的脫硝助劑作為首選技術，但部分裝置生產實踐出現脫氮效率不明顯的現象。脫硝助劑是作用在再生器內，使NOx轉化成N2的助催化劑，因此再生器的形式和工藝條件對脫硝助劑的效率有相當大的影響，本文將對催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx的控制進行研究。

1?兩段再生工藝簡介

兩段再生工藝采用一段貧氧再生、二段富氧再生的形式，主風分別進入第一、二再生器作為流化介質和助燃介質。反應生成的焦炭先進入第一再生器燒掉全部的氫和大部分的碳，然后進入第二再生器燒掉剩余的碳。一再煙氣進入煙氣輪機做功后與二再煙氣混合進入CO焚燒爐回收熱量。

2?煙氣中NOx的來源

采用CO完全燃燒再生工藝煙氣中NOx 的控制都集中在再生器，而作為CO不完全燃燒的兩段再生工藝，由于再生煙氣中含有大量的CO，采用CO焚燒爐回收CO熱量，必定有NOx生成，影響裝置總氮的排放量，因此兩段再生工藝煙氣中NOx來自于再生器和CO焚燒爐。

第一、二再生器的稀密相溫度（715℃）低于氮氣與氧反應的最低溫度（1500℃），再生煙氣中NOx主要來自于焦炭中的氮，屬于燃料型氮。

CO焚燒爐的燃燒介質是煉廠氣（由C1、C2和少量的C3、C4組成）和煙氣中的CO，爐膛的溫度雖然不超過900℃，但是火焰峰值溫度卻達到了1500℃以上，爐內氮氣在火焰高溫處與氧反應生成NOx，因此CO焚燒爐中的NOx來自于空氣中的氮，屬于熱力型氮。

3?煙氣中NOx的控制

3.1?再生器中NOx的控制

一再煙氣的氧含量1.6%，是貧氧煙氣，其中CO含量高達7.2%;二再煙氣的氧含量12%，是富氧煙氣，其中CO含量只有0.2%。第一再生器燒焦量為83%，第二再生器燒焦量為17%。可見第一再生器是NOx生成和脫除的主要場所，一方面焦炭在第一再生器內以大比例進行燃燒，生成大量的NOx，另一方面貧氧再生生成大量的CO，為NOx還原成N2提供了高濃度的還原性氣體。煙氣中的NOx被控制在132mg/m3，因此在使用脫硝助劑時，應保證83%的焦炭在第一再生器中燃燒，同時維持合適的貧氧度。

3.2?CO焚燒爐 中NOx的控制

影響火焰溫度的因素都能夠影響NOx的生成，因此空氣過剩系數、空氣預熱溫度和燃料氣壓力等因素對NOx都有影響。高空氣過剩系數、低空氣預熱溫度和低燃料氣壓力能夠抑制NOx的生成[2]。高空氣過剩系數是通過稀釋火焰溫度，來減少NOx的生成，但是分別增加了鍋爐的動力消耗和降低了鍋爐的熱效率，應當控制在合適的范圍內;低燃料氣壓力則是通過降低火焰燃燒強度，來減少NOx的生成，在保證燃料氣燃燒的情況下，使所有燃燒器處于燃燒狀態，以減小各燃燒器的壓力。

4?工業應用

穩態狀態下，脫硝助劑占系統藏量的2.5%，并以100 kg/d的加注量維持活性，加工量達到生產計劃要求，CO焚燒爐負荷較高，爐膛溫度達到700℃，煙氣中NOx的排放得到有效控制，維持在132 mg/m3，裝置運行平穩。

非穩態狀態下，原料變重，在沒有做出相應調整前，回煉油大幅度增加，加工量下降了9.3%。焦炭產率增加，大部分焦炭在第二再生器燃燒，二再稀密相溫度上升。主風量不足，燒焦量不夠，催化劑活性下降，回煉油進一步增加，裝置操作趨于惡化，NOx排放高達244 mg/m3。

調整后的穩態狀態下，NOx排放偏高立即做出相應的調整，一是增加主風量，特別是一再主風量，從40896 Nm3/h增加至46203 Nm3/h，讓大部分焦炭在第一再生器貧氧燃燒，形成足夠的CO;二是提高反應深度，降低回煉油，減少非堿性氮焦炭的生成量，將一、二段反應溫度提高2℃，同時補充新鮮催化劑，補充新鮮催化劑時控制適宜的速度;三是加注脫硝助劑（15 kg），保證CO和NOx在一再密相床層燃燒，減少NOx的生成，防止煙機入口超溫（<680℃），損壞煙機;四是在保證中壓蒸汽壓力前提下，降低CO焚燒爐負荷，爐膛溫度從709℃降至680℃，通過以上措施NOx排放量僅僅用了20分鐘就控制在143 mg/m3。與工況1相比，加工量下降了4.6%，NOx排放量增加了8.3%，究其原因一是由于原料變重，即使提高反應苛刻度，回煉油量也是高于輕質原料，高回煉油比增加了非堿性氮焦炭的生成;二是重質原料中的氮含量高于輕質原料。

5?結論

a.CO不完全燃燒的兩段再生工藝的NOx來自于再生器和CO焚燒爐，再生器內生成的NOx是燃料型氮，CO焚燒爐內生成的NOx是熱力型氮。

b.第一再生器是NOx的主要生成場所，由于其中含有大量的CO，同時也是脫氮場所，因此要保證83%的焦炭在第一再生器燃燒。

c.CO焚燒爐采用高空氣過剩系數和低燃料氣壓力能夠抑制NOx的生成。

d.原料突然變重時，可以在少量降低加工量的情況下通過提高反應溫度、補充新鮮催化劑、加注脫硝助劑以及降低CO焚燒爐負荷等措施快速控制NOx排放指標。

參考文獻：

[1] 馬伯文.催化裂化裝置技術問答[M].北京：中國石化出版社，2008.68-69.

[2] 王艷麗.石化管式加熱爐低氮燃燒器的CFD研究[J].煉油技術與工程，2018，48（3）：31-34.

作者簡介：

程文嘉，男，1987年5月10日，湖北黃梅，中國石油大學（北京），工程師，催化裂化技術，中石油遼河石化公司