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煙氣聯合脫硝技術在重油催化裂化裝置上的工業應用

2019-03-19 分享

        

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        摘要:采用選擇性非催化還原(SNCR)與選擇性催化還原(SCR)煙氣聯合脫硝技術對350萬t/a重油催化裂化裝置再生煙氣脫硝系統進行了工藝改造,改造措施包括在蒸發器與省煤器間置入1層SCR催化劑模塊及在焚燒爐高溫區設置2層SNCR噴氨組件、且每一層均勻安裝6支噴氨槍。改造后裝置運行結果表明:凈化煙氣中NOx的質量濃度由改造前的500mg/m3下降至145mg/m3,滿足GB31570-2015的要求;系統壓降(0.2kPa)低于設計值(0.5kPa)。        

        催化裂化(FCC)裝置再生煙氣中的SO2和顆粒物可采用濕法脫硫技術加以去除,但其中的NOx卻無法達標排放,成為工業生產亟待解決的問題 。

        中國石油某煉廠350萬t/a重油催化裂化裝置(以下簡稱RFCCU)煙氣再生系統為不完全再生型式,煙氣先依次經煙機、CO焚燒爐、余熱鍋爐回收熱量,然后通過脫硫塔脫除SO2和顆粒物,再經70m煙囪外排。該煙氣余熱回收系統共設CO焚燒爐、余熱鍋爐各2臺,總再生煙氣量為521.168 km/h(濕基)。

        為了滿足GB 31570-2015要求,實現再生煙氣中NOx的達標排放,RFCCU采用美國GE公司的選擇性非催化還原(SNCR)技術及丹麥Hal—dor Topsoe公司的選擇性催化還原(SCR)技術,進行了再生煙氣脫硝系統工藝改造,并于2017年6月一次開車成功。SNCR—SCR煙氣聯合脫硝技術在動力鍋爐雖已成功應用 ,但用于大型RFCCU尚屬首例。

        1 SNCR—SCR煙氣聯合脫硝技術簡介

        SNCR是一種不用催化劑,在850—1 100℃下,將含氨基的還原劑(如氨水、尿素溶液等)噴入鍋爐內,將煙氣中的NOx還原脫除,生成氮氣和水的清潔脫硝技術。SCR是在反應溫度為300—420℃ ,催化劑和O2存在的條件下,氨優先和NOx發生還原脫除反應,生成氮氣和水,不會形成任何二次污染 。

        SNCR—SCR 煙氣聯合脫硝技術是將SCNR的還原劑直噴爐膛技術同SCR利用逃逸出來的氨進行催化反應技術相結合,進行兩級脫硝。與這2種技術單獨使用相比,SNCR—SCR煙氣聯合脫硝技術具有以下優點 :(1)脫硝效果明顯,脫硝率可達90% 以上。(2)初期投資少,空間適應性強。若單獨采用SCR技術,至少需要2—3層催化劑才能達到脫硝要求,投資成本高;聯合技術只需對原有鍋爐進行簡單改造,在蒸發器與省煤器間安裝1層催化劑即可。(3)運行成本低,氨逃逸量少 。SNCR 未反應的氨進入SCR繼續反應,減少了后者的氨用量,同時也減少了NH4HSO4 ,NH4SO4的生成,降低了對省煤器的腐蝕危害。

        2 SNCR—SCR煙氣聯合脫硝技術的工業應用

        2.1 工藝流程改造

        SNCR—SCR煙氣聯合脫硝技術分為2種工藝方式:(1)將含氨基的還原劑噴入鍋爐爐膛中,于SNCR反應區進行NO 的脫除反應,未反應的還原劑和再生煙氣進入SCR反應器,在催化劑和O2的作用下進一步脫除NOx;(2)根據SNCR反應區和SCR反應器對還原劑需求量的不同,可將還原劑分別噴入二者中,達到所需的脫硝效果。

        在維持RFCCU再生煙氣脫硝系統余熱鍋爐原有構架尺寸、蒸發器及省煤器結構不變的基礎上,選用上述第2種方式進行工藝流程改造,改造內容(如圖1虛線所示)包括:(1)下移省煤器,在蒸發器與省煤器間置入1層SCR催化劑模塊;(2)在焚燒爐高溫區設置2層SNCR噴氨組件,并且每一層均勻安裝6支噴氨槍。SCR催化劑采用丹麥Topsoe公司研發的DNX—FCC系列催化劑,其主要活性組分為TiO2和V2O3,模塊尺寸為466 mm ×466 mm ×1 210 mm,初裝填量為50.66 m。

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        由圖1可見:再生煙氣先進入CO焚燒爐反應段脫硝,SNCR 反應區爐膛溫度為820 —900℃ ,質量分數為20% 的氨水和脫鹽水混合后由噴槍射入爐膛,與再生煙氣中的NO 反應生成氮氣和水;未反應的NOx依次經余熱鍋爐的水保護段、過熱段、蒸發段進入SCR反應器,在催化劑作用下與混合氣(氨氣和稀釋空氣混合物)反應,生成氮氣和水。

        2.2 操作條件

        改造后RFCCU再生煙氣脫硝系統的主要操作條件列于表1(表中數據以單臺爐計)。

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        2.3 應用效果

        RFCCU再生煙氣脫硝系統改造前后凈化煙氣的主要性質對比列于表2。

        由表2可見,改造后凈化煙氣中NOx的質量濃度由改造前的500 ms/m 下降至145ms/m,可滿足GB 31570-2015的要求(最高排放限為200 mg/m )。另外,改造后系統壓降(0.2 kPa,見表1)亦低于設計值(0.5 kPa),這表明改造對再生煙氣余熱回收及煙機系統基本沒有影響,且有利于節能降耗 ,可實現裝置的長周期運行。

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        3 結論

        a.采用SNCR—SCR煙氣聯合脫硝技術對350萬t/a RFCCU再生煙氣脫硝系統進行了技術改造。在維持余熱鍋爐原有構架尺寸、蒸發器及省煤器結構不變的基礎上,采取了在蒸發器與省煤器間置入1層SCR催化劑模塊及在焚燒爐高溫區設置2層SNCR噴氨組件、且每一層均勻安裝6支噴氨槍的改造措施。

        b.改造后,凈化煙氣中NOx的質量濃度為145ms/m ,滿足GB 31570-2015要求,再生煙氣脫硝系統壓降為0.2 kPa。

        來源:來源:《石化技術與應用》     編輯:陜西環能科技

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