催化裂化裝置再生煙氣污染物排放治理

楊智（中國石油寧夏石化分公司）

寧夏石化公司煉油廠260×104t/a 催化裂化裝置再生煙氣排放量為438 240 m3/h（標(biāo)況），煙氣中污染物排放數(shù)值：SO2為528 mg/m3、NOx為313 mg/m3、粉塵為78.6 mg/m3（標(biāo)況）。隨著環(huán)境保護(hù)新形式的工作要求不斷提高，公司于2013 年增設(shè)煙氣脫硫設(shè)施、于2017 年增設(shè)煙氣脫硝設(shè)施。并對脫硫脫硝設(shè)施運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行優(yōu)化改造，保證外排煙氣中污染物排放濃度及外排污水COD 指標(biāo)達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求（SO2值小于50 mg/m3、NOx 值小于100 mg/m3、粉塵值小于30 mg/m3、COD 小于60 mg/L），提高周邊地區(qū)空氣質(zhì)量。

1 煙氣脫硫脫硝設(shè)施工藝技術(shù)

1.1 煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫設(shè)施由中國石油工程建設(shè)公司大連設(shè)計分公司設(shè)計，采用ExxonMobil 公司的噴射文丘里（JEV）濕氣洗滌系統(tǒng)。

催化煙氣以水平方式進(jìn)入噴射文丘里管，文丘里管上部噴射循環(huán)液，由于液體的抽吸作用，煙氣與循環(huán)液在喉徑處劇烈混合，經(jīng)擴(kuò)散段后進(jìn)入彎頭處脫除SO2及固體顆粒物[1-3]。煙氣與循環(huán)液以切線方式進(jìn)入洗滌塔，氣體經(jīng)過煙囪塔盤、格里其規(guī)整填料分離出游離水后直排大氣，凈化煙氣中固體顆粒和SO2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放濃度限值。設(shè)置洗滌塔循環(huán)泵，將循環(huán)液自塔底抽出，送至各文丘里管噴射器入口，用于增壓催化煙氣，吸收煙氣中的SO2、顆粒物等雜質(zhì)。30%的NaOH 堿液送至洗滌塔底部。采用濃水或新鮮水作為洗滌塔補(bǔ)充水。操作過程中需要連續(xù)補(bǔ)充水和堿，并排出一小股廢液進(jìn)入排液處理系統(tǒng)。2015 年對氧化罐進(jìn)行改造，在罐底增設(shè)了兩組自制的樹枝狀曝氣管，通入工藝風(fēng)，借以增加氧化罐曝氣量，通過對氧化罐改造，外排水COD 控制在120 mg/L。

1.2 煙氣脫硝技術(shù)

煙氣脫硝設(shè)施由中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司設(shè)計，采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)。

余熱鍋爐焚燒煙氣自上而下，依次經(jīng)過高低溫過熱段、蒸發(fā)段，然后進(jìn)入SCR 脫硝反應(yīng)器；來自氨區(qū)單元氨氣緩沖罐的氨氣進(jìn)入氨空氣混合器，稀釋空氣經(jīng)稀釋風(fēng)加熱系統(tǒng)加熱后，與氨氣在氨空氣混合器中充分混合，將氨氣充分混合稀釋到5%濃度以下，氨空混合氣經(jīng)過噴氨格柵噴入煙道的煙氣中；充分混合后的還原劑氨氣和煙氣中的NOx 在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成N2和H2O[4-6]。凈化后的煙氣在SCR 脫硝反應(yīng)器下部經(jīng)過余熱鍋爐省煤器，最后經(jīng)煙道進(jìn)入煙氣脫硫單元。催化劑為蜂窩式催化劑，采用上下兩層方式布置。為防止積灰，為每層催化劑設(shè)置蒸汽吹灰器。設(shè)置氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)，在脫硝系統(tǒng)啟停時對管道中的氨進(jìn)行置換，防止事故發(fā)生。

2 脫硫脫硝運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及對策

2.1 煙氣脫硫設(shè)施

新的排放指標(biāo)執(zhí)行以來，煙氣脫硫設(shè)施運(yùn)行中出現(xiàn)外排水COD 超標(biāo)問題，不能滿足直排指標(biāo)60 mg/L 的要求，導(dǎo)致外排水只能進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行再次處理，給污水處理廠帶來影響。針對煙氣脫硫設(shè)施外排污水中COD 值長期存在超標(biāo)現(xiàn)象，制定長期攻關(guān)計劃，做出以下技術(shù)改造。

2017 年經(jīng)過對氧化罐補(bǔ)堿注入點(diǎn)的摸索排查，發(fā)現(xiàn)原注入點(diǎn)與氧化罐pH 不能及時匹配，增加氧化罐頂部補(bǔ)堿注入點(diǎn)并加強(qiáng)現(xiàn)場pH 比對，優(yōu)化系統(tǒng)注堿量，改造如圖1 所示。在2018 年增加了二級氧化系統(tǒng)，外排水COD 控制在60 mg/L 以內(nèi)。此系統(tǒng)為新增一套污水氧化系統(tǒng)的方法解決外排污水中COD 值存在超標(biāo)現(xiàn)象，即在原澄清器和原氧化罐之間增設(shè)一套氧化系統(tǒng)（包括氧化罐、氧化風(fēng)機(jī)、氧化循環(huán)泵），改造如圖2 所示。

圖1 氧化罐機(jī)增堿線注入點(diǎn)流程

圖2 兩級氧化系統(tǒng)改造

2.2 煙氣脫硝設(shè)施

煙氣脫硝設(shè)施2017 年8 月運(yùn)行以來，出現(xiàn)的問題為脫硝入口煙氣NOx 實(shí)測濃度比設(shè)計值低的多，導(dǎo)致氨氣注入量不易調(diào)節(jié)；脫硝床層反應(yīng)溫度南側(cè)測點(diǎn)比東西兩側(cè)測點(diǎn)偏高70 ℃，導(dǎo)致脫硝反應(yīng)溫度不能準(zhǔn)確判斷；脫硝裝置配套中壓蒸汽吹灰器，在運(yùn)行期間吹灰器震動較大、卡澀故障較頻繁；脫硝設(shè)施投用以來，氨逃逸表檢測偏差較大，不能真實(shí)反應(yīng)氨逃逸量。針對煙氣脫硝設(shè)施運(yùn)行問題，為保證煙氣NOx 達(dá)標(biāo)排放，做出了以下技術(shù)改造。

1）在原注氨調(diào)節(jié)閥旁增加了小流量注氨調(diào)節(jié)閥，氨氣最大量由52.03 m3/h（標(biāo)況）降至19 m3/h（標(biāo)況），經(jīng)過近一年操作，能夠滿足當(dāng)前催化操作條件下調(diào)整使用，且當(dāng)前注氨調(diào)節(jié)閥已投自動控制調(diào)節(jié)。

2）脫硝反應(yīng)溫度偏差較大是由于南側(cè)測點(diǎn)檢測到爐內(nèi)局部短路未換熱煙氣的溫度，故在原安裝位置旁重新開孔，熱電偶長度由800 mm變?yōu)? 200 mm。改造后，脫硝反應(yīng)溫度偏差降至15 ℃以內(nèi)，為脫硝設(shè)施平穩(wěn)操作提供真實(shí)數(shù)據(jù)。新熱偶開孔位置如圖3 所示。

圖3 新熱偶開孔位置

3）為消除中壓蒸汽吹灰器震動較大、卡澀故障較頻繁的隱患，保證中壓蒸汽吹灰器正常運(yùn)行，在吹灰器蒸汽主管上新增自立式減壓閥。改造后蒸汽吹灰器運(yùn)行平穩(wěn)，保證了脫硝反應(yīng)床層穩(wěn)定運(yùn)行。

4）針對氨逃逸表檢測問題，先期由選取預(yù)留采樣口進(jìn)行激光檢測，到激光抽取式改造，再到選取在不同位置改回原內(nèi)置式激光檢測。調(diào)試后氨逃逸表數(shù)值顯現(xiàn)出變化趨勢，但根據(jù)注氨量的調(diào)整，氨逃逸表數(shù)值變化較大，且數(shù)值最高在10×10-6，設(shè)計要求氨逃逸監(jiān)控數(shù)值在3×10-6以內(nèi)，目前注氨量與理論需氨量數(shù)值基本一致時，氨逃逸表數(shù)值4×10-6，判斷此氨逃逸表還存在異常，不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際煙氣中氨逃逸數(shù)值。目前在保證環(huán)保指標(biāo)排放達(dá)標(biāo)前提下，控制單臺爐煙氣出口NOx 數(shù)值不低于20 mg/m3（標(biāo)況），以盡可能降低實(shí)際氨逃逸量。氨逃逸表改造如圖4 所示。

3 脫硫脫硝改造效果分析

2018 年4 月25 日新增二級氧化系統(tǒng)改造完畢并投用，投用前外排水COD 數(shù)值波動較大且不能滿足新排放指標(biāo)60 mg/L 的要求，最高甚至達(dá)到100 mg/L以上。投用后外排水COD 數(shù)據(jù)較投用前波動變小，且97%的數(shù)據(jù)滿足新排放指標(biāo)60 mg/L 以下，達(dá)到了當(dāng)時改造的預(yù)期目標(biāo)。2018 年2 月—9 月外排水COD 數(shù)值趨勢見圖5。

圖5 2018 年2 月—9 月外排水COD 指標(biāo)趨勢

經(jīng)過對脫硫脫硝設(shè)施運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題的改造，目前設(shè)施運(yùn)行平穩(wěn)，除氨逃逸表其余各項改造都達(dá)到了預(yù)期效果。2018 年寧夏石化公司催化裂化裝置再生煙氣污染物處理設(shè)施運(yùn)行平穩(wěn)（表1）。全年污染物SO2減排1 158.6 t、NOx 減排482.2 t、粉塵減排90.1 t。

表1 2018 年A 爐再生煙氣直排口監(jiān)測數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

隨著國家對節(jié)能減排工作的日益重視，污染物排放指標(biāo)會更加嚴(yán)厲，結(jié)合現(xiàn)有的脫硝技術(shù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝還需進(jìn)一步改進(jìn)完善。為使催化裂化裝置再生煙氣獲得最佳的凈化效果，在工程設(shè)計中，煙氣脫硫脫硝設(shè)施的設(shè)備和工藝參數(shù)根據(jù)實(shí)際具體運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，后面將繼續(xù)優(yōu)化操作參數(shù)，持續(xù)對氨逃逸表進(jìn)行探討，保證污染物達(dá)到最低排放。