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(yè)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，兩段再生工藝的NOx來(lái)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(chǎng)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(guò)剩系數(shù)和低燃料氣壓力能夠抑制NOx的生成。原料突然變重時(shí)，通過(guò)提高反應(yīng)溫度和補(bǔ)充新等措施，能夠快速控制NOx排放指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：催化裂化;兩段再生;CO焚燒爐;NOx

隨著國(guó)家環(huán)保要求日益嚴(yán)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(huán)保監(jiān)控的重點(diǎn)對(duì)象。各裝置以脫氮效率高，經(jīng)濟(jì)性好，不用對(duì)裝置進(jìn)行改造的脫硝助劑作為首選技術(shù)，但部分裝置生產(chǎn)實(shí)踐出現(xiàn)脫氮效率不明顯的現(xiàn)象。脫硝助劑是作用在再生器內(nèi)，使NOx轉(zhuǎn)化成N2的助催化劑，因此再生器的形式和工藝條件對(duì)脫硝助劑的效率有相當(dāng)大的影響，本文將對(duì)催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx的控制進(jìn)行研究。

1?兩段再生工藝簡(jiǎn)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(fēng)分別進(jìn)入第一、二再生器作為流化介質(zhì)和助燃介質(zhì)。反應(yīng)生成的焦炭先進(jìn)入第一再生器燒掉全部的氫和大部分的碳，然后進(jìn)入第二再生器燒掉剩余的碳。一再煙氣進(jìn)入煙氣輪機(jī)做功后與二再煙氣混合進(jìn)入CO焚燒爐回收熱量。

2?煙氣中NOx的來(lái)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(lái)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?dú)馀c氧反應(yīng)的最低溫度（1500℃），再生煙氣中NOx主要來(lái)自于焦炭中的氮，屬于燃料型氮。

CO焚燒爐的燃燒介質(zhì)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(guò)900℃，但是火焰峰值溫度卻達(dá)到了1500℃以上，爐內(nèi)氮?dú)庠诨鹧娓邷靥幣c氧反應(yīng)生成NOx，因此CO焚燒爐中的NOx來(lái)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(dá)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%?？梢?jiàn)第一再生器是NOx生成和脫除的主要場(chǎng)所，一方面焦炭在第一再生器內(nèi)以大比例進(jìn)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(shí)，應(yīng)保證83%的焦炭在第一再生器中燃燒，同時(shí)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(guò)剩系數(shù)、空氣預(yù)熱溫度和燃料氣壓力等因素對(duì)NOx都有影響。高空氣過(guò)剩系數(shù)、低空氣預(yù)熱溫度和低燃料氣壓力能夠抑制NOx的生成[2]。高空氣過(guò)剩系數(shù)是通過(guò)稀釋火焰溫度，來(lái)減少NOx的生成，但是分別增加了鍋爐的動(dòng)力消耗和降低了鍋爐的熱效率，應(yīng)當(dāng)控制在合適的范圍內(nèi);低燃料氣壓力則是通過(guò)降低火焰燃燒強(qiáng)度，來(lái)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(tài)，以減小各燃燒器的壓力。

4?工業(yè)應(yīng)用

穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，脫硝助劑占系統(tǒng)藏量的2.5%，并以100 kg/d的加注量維持活性，加工量達(dá)到生產(chǎn)計(jì)劃要求，CO焚燒爐負(fù)荷較高，爐膛溫度達(dá)到700℃，煙氣中NOx的排放得到有效控制，維持在132 mg/m3，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，原料變重，在沒(méi)有做出相應(yīng)調(diào)整前，回?zé)捰痛蠓仍黾?，加工量下降?.3%。焦炭產(chǎn)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(fēng)量不足，燒焦量不夠，催化劑活性下降，回?zé)捰瓦M(jìn)一步增加，裝置操作趨于惡化，NOx排放高達(dá)244 mg/m3。

調(diào)整后的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，NOx排放偏高立即做出相應(yīng)的調(diào)整，一是增加主風(fēng)量，特別是一再主風(fēng)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(yīng)深度，降低回?zé)捰?，減少非堿性氮焦炭的生成量，將一、二段反應(yīng)溫度提高2℃，同時(shí)補(bǔ)充新鮮催化劑，補(bǔ)充新鮮催化劑時(shí)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(jī)入口超溫（<680℃），損壞煙機(jī);四是在保證中壓蒸汽壓力前提下，降低CO焚燒爐負(fù)荷，爐膛溫度從709℃降至680℃，通過(guò)以上措施NOx排放量?jī)H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(yīng)苛刻度，回?zé)捰土恳彩歉哂谳p質(zhì)原料，高回?zé)捰捅仍黾恿朔菈A性氮焦炭的生成;二是重質(zhì)原料中的氮含量高于輕質(zhì)原料。

5?結(jié)論

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

b.第一再生器是NOx的主要生成場(chǎng)所，由于其中含有大量的CO，同時(shí)也是脫氮場(chǎng)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(guò)剩系數(shù)和低燃料氣壓力能夠抑制NOx的生成。

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬伯文.催化裂化裝置技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)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(shù)與工程，2018，48（3）：31-34.

作者簡(jiǎn)介：

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