兩鈉裝置尾氣的低成本凈化工藝及N-847D催化劑的應(yīng)用

何肖廉

（杭州龍山化工有限公司，杭州蕭山區(qū)311228）

兩鈉鹽（包括硝酸鈉和亞硝酸鈉）生產(chǎn)工藝尾氣不同于硝酸尾氣，其尾氣溫度相對(duì)較低，水含量較高，且二氧化碳含量相對(duì)較高，并含有一定濃度的鈉鹽（包括硝酸鈉、亞硝酸鈉和碳酸鈉等）顆粒，常用的稀硝酸裝置尾氣凈化催化劑則不適用于此類工藝尾氣的凈化。

為解決兩鈉鹽生產(chǎn)工藝尾氣凈化中諸多不利因素，本公司通過對(duì)裝置增加洗滌、再生流程以及對(duì)還原劑補(bǔ)給管線進(jìn)行改造，凈化流程相對(duì)穩(wěn)定，電耗和催化劑的消耗成本大幅度降低。

該工藝應(yīng)用了低溫N-847D 系列氨選擇性還原脫除NOx 催化劑，整個(gè)凈化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在尾氣凈化反應(yīng)器入口NO 濃度～4800 mg ／ Nm3、NO2濃度～300 mg／Nm3、空速2500 ～3500 h-1、反應(yīng)床層180 ～220 ℃、NH3／ NO ≈0.75 條件下，凈化后出口NO 濃度達(dá)～230 mg ／ Nm3，NO2濃度幾乎為零，可滿足兩鈉生產(chǎn)裝置尾氣排放要求，達(dá)到工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1 脫NOx 流程及工藝

兩鈉鹽裝置尾氣凈化脫NOx 流程圖見圖1。對(duì)脫NOx 流程圖的描述說明如下：經(jīng)吸收塔吸收后，尾氣中含有較高含量的NOx 和一定含量的鈉鹽顆粒，經(jīng)洗滌塔高效洗滌后，除去尾氣酸霧中絕大部分鈉鹽成分（包括硝酸鈉、亞硝酸鈉和碳酸鈉等）和部分NOx，再經(jīng)捕霧器清除酸霧、旋風(fēng)除塵分離，最后經(jīng)過換熱、電熱升溫，進(jìn)入氨還原反應(yīng)器，凈化處理后達(dá)標(biāo)排放。

2 操作工藝

尾氣在洗滌、 除酸霧后，需要升溫至150 ℃以上，再通入氣化氨或氨馳放氣（即氨罐平衡氣），在催化劑作用下，還原NOx 反應(yīng)啟動(dòng)，伴隨著升溫速度加快，通過控制換熱氣量來控制反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的溫度在180 ～220 ℃之間。NOx 濃度達(dá)標(biāo)的高溫尾氣和低溫待處理氣體換熱后通過煙囪排放。

圖1 兩鈉鹽裝置尾氣凈化脫NOx 流程圖

3 工藝改進(jìn)說明

本公司兩鈉鹽裝置（含尾氣凈化裝置）自2012年年初改造后一次試車成功，一直穩(wěn)定運(yùn)行至2012年8月末。 工藝中較以前的所有兩鈉鹽尾氣凈化工藝裝置有以下幾點(diǎn)改進(jìn)：

（1）選用新型高效洗滌分離塔（捕霧器）。通過對(duì)洗滌塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改造，提高洗滌塔的分離效率，這樣可以減少催化劑床層的阻力快速增加，運(yùn)行8 個(gè)月來，催化劑床層阻力降未見明顯增加，凈化流程運(yùn)行正常。

（2）電加熱器只是在尾氣凈化啟動(dòng)時(shí)耗電加熱，正常運(yùn)行時(shí)電加熱器停止供電，尾氣還原反應(yīng)自放熱完全滿足熱量需求，電加熱器無需耗電即可滿足要求；當(dāng)反應(yīng)熱太多時(shí)，可通過調(diào)節(jié)換熱器外旁路流量來控制反應(yīng)器催化劑床層的溫度。

（3）凈化工藝中還原劑用合成氨馳放氣（氨罐平衡氣），合成氨馳放氣中的氫氣和氣化氨同時(shí)參與了選擇性還原反應(yīng)。氫氣可部分取代氨的消耗，節(jié)省了生產(chǎn)成本。 氨儲(chǔ)槽馳放氣組成見表1。

表1 氨儲(chǔ)槽馳放氣組成

（4）使用新型N-847D 低溫高活性選擇性還原催化劑。 該尾氣凈化工藝是以N-847D 選擇性還原催化劑為核心的凈化工藝。 該催化劑是以活性氧化鋁為載體的非貴金屬催化劑，適用范圍廣，壽命相對(duì)較長(zhǎng)。 若兩鈉鹽裝置尾氣初期凈化效果不理想，催化劑因床層阻力降增加或因鈉鹽過多導(dǎo)致失活，可采用脫鹽水對(duì)其進(jìn)行再生處理，大幅度降低凈化成本。

（5）催化劑洗滌再生裝置的改造。因催化劑需要引入脫鹽水對(duì)失活催化劑洗滌再生，需將脫鹽水管道引入到氨還原反應(yīng)器旁，再生時(shí)直接引入反應(yīng)器（也可用軟管注水）內(nèi)；并在距離反應(yīng)器出口管道最低處（也可在反應(yīng)器底部）預(yù)留洗滌水排放口。

4 尾氣凈化催化劑

（1）N-847D 脫NOx 催化劑。 杭州龍山化工有限公司使用的尾氣凈化催化劑是中科院大連化物所大連凱特利催化工程技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的低溫高活性、高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、可經(jīng)多次洗滌再生的高效選擇性還原N-847D 脫NOx（氮氧化物）催化劑。 催化劑性能指標(biāo)見表2。

表2 N-847D 系列催化劑主要技術(shù)指標(biāo)

（2）洗滌再生過程。當(dāng)催化劑床層阻力降增大到影響正常生產(chǎn)運(yùn)行或催化劑活性下降時(shí)，切斷氣源或切換閥門使氣源從旁路排出，封塔，通入脫鹽水，浸泡60 ～120 min 后排出；重復(fù)洗滌過程3 ～5 次。 再用熱空氣吹掃催化劑床層，將催化劑床層中液態(tài)物吹掃干凈，排出殘留液。再通入原料氣和還原劑氣體，按正常流程開車運(yùn)行。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室6 ～8 次洗滌，再生后的N-847D 催化劑活性與新鮮催化劑活性基本相近，同一條件下NOx 轉(zhuǎn)化率幾乎持平。

5 運(yùn)行效果

本套兩鈉鹽生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)尾氣量約為15000～22000 Nm3／h，采用單層固定床反應(yīng)器，床層阻力降為5 ～8 KPa （進(jìn)入換熱器前尾氣壓頭約為15 ～25KPa（G））。尾氣凈化系統(tǒng)于2012年年初首次開車以來一直穩(wěn)定運(yùn)行，由于催化劑床層阻力降很低，且阻力增加很小，凈化工藝運(yùn)行前后對(duì)整套系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)幾乎沒有影響，運(yùn)行半年至今，催化劑不要清洗，各項(xiàng)指標(biāo)正常，均達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

選擇性還原凈化反應(yīng)裝置啟動(dòng)時(shí)，尾氣經(jīng)換熱、電熱升溫至130 ～160 ℃時(shí)，通入合成氨馳放氣，反應(yīng)熱使催化劑床層溫升80 ～100 ℃，隨著尾氣氣量逐步增加，也隨之逐漸減小電加熱器的功率。當(dāng)尾氣量增加至滿負(fù)荷時(shí)，使催化劑床層的反應(yīng)溫度達(dá)到180 ～200 ℃（在催化劑最佳反應(yīng)溫度180 ～220 ℃區(qū)間內(nèi)），電加熱器不消耗用電功率（即零電耗）。

本系統(tǒng)還原劑使用的合成氨馳放氣，不需要專門使用液氨，原料年節(jié)約費(fèi)用約50 萬元，省去蒸氨器（即氨蒸發(fā)器）等設(shè)備，只有在冬季環(huán)境溫度較低時(shí)（低于10 ℃）給伴熱管補(bǔ)充少量的蒸汽，省去了蒸氨器設(shè)備連續(xù)的蒸汽供給。年節(jié)約費(fèi)用約60 萬元，節(jié)省了不必要的成本支出，并且補(bǔ)氨操作簡(jiǎn)單，安全可靠。

凈化后的尾氣經(jīng)過多次分析測(cè)試，其中的氮氧化物含量降至300 mg／Nm3以下（含NO 和NO2氣體）。 測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 選擇性還原脫NOx 后尾氣中氮氧化物濃度測(cè)試結(jié)果1*

注：1. 測(cè)試結(jié)果為NO、NO2 檢測(cè)結(jié)果，氮氧化物濃度分析儀型號(hào)：德圖-350。2. 測(cè)試時(shí)間均在2012年。

6 結(jié)論

①經(jīng)選擇性催化還原后，尾氣中氮氧化物濃度遠(yuǎn)低于300 mg ／Nm3（GB26131-2010 硝酸工業(yè)污染物排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：自2011年3月1日起新建企業(yè)執(zhí)行大氣污染物（氮氧化物）排放濃度限值：300 mg ／Nm3）。

②氨 還 原 過 程 補(bǔ) 氨 量 少，NH3／NOx≈0.7～0.8／1，且使用合成氨馳放氣代替原料液氨作為還原劑。

③在新工藝近15 個(gè)月的運(yùn)行期間，催化劑床層阻力降為5 ～8 KPa，未見明顯增加，并不影響兩鈉鹽裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

④補(bǔ)氨裝置只有在冬天環(huán)境溫度較低時(shí)提供少量蒸汽伴熱，能耗少。