烟气选择性催化还原法SCR脱硝技术的原理及存在的问题

催化装置烟气中的NOx是大气的主要污染物,本文结合实例分析了选择性催化还原法(SCR)脱硝技术的运行情况,并结合其在催化裂化装置的运行工艺,对SCR脱硝反应机理、脱硝催化剂物化性质、催化裂化烟气SCR脱硝运行情况以及运行中存在的问题进行了分析。

某炼油厂催化裂化装置采用完全再生技术主要以常减压装置减四、减五焦化蜡油等为原料掺炼减压渣油比例为40%。其再生烟气中NOx含量较高最高时达到1 200 mg/m3以上对大气质量造成严重污染。2015年5月新建烟气脱硝装置,便携式风速仪烟气脱硝处理规模为125 000×104 m3/h采用SCR选择性催化还原技术脱硝催化剂采用托普索公司的DNX-FCC催化剂分3层布置在高温省煤器上方于2015年8月建成投用。


SCR脱硝技术原理

催化裂化烟气SCR脱硝技术使用的是托普索公司生产的DNX-FCC催化剂从烟机出来的烟气进入余热锅炉在余热锅炉温度295~420℃处把烟气引到SCR反应器里面进行脱硝反应。其原理是在催化剂的作用下,数显测振仪NO或NO2被NH3还原生成氨。适当的烟气中过剩氨浓度有利于NOx在的转化NH3选择性催化还原NOx的主要反应为:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

催化裂化烟气SCR脱硝运行情况分析

催化裂化烟气SCR脱硝装置于2015年8月1日9:00引NH3开工10:20分烟气SCR 脱硝出口NOX浓度降至200mg/m3以下催化裂化烟气SCR脱硝装置开车一次成功。


SCR 脱硝主要操作条件

SCR 脱硝主要操作条件见表2。

从表2可以看出烟气流量、SCR脱硝入口温度、氨气缓冲罐压力、稀释风流量、催化剂床层总压降、SCR出口烟气NH3浓均在设计指标范围内SCR 入口烟气NH3 浓度在1 286 mg/m3 的条件下SCR脱硝出口NOX浓度能够满足≯200 mg/m3的设计指标要求。


SCR 脱硝催化剂床层压降变化

SCR烟气脱硝中一个重要指标就是催化剂床层压降的变化。随着装置的运转烟气中夹带的FCC催化剂粉尘会附着在催化剂床层上造成催化剂床层压降增大生产过程中通过对催化剂床层进行蒸汽吹灰减少催化剂床层吸附的粉尘避免催化剂床层堵塞造成压降升高的问题脱硝催化剂自2015年8月运行至2018年5月末催化剂床层压降变化趋势见图1。

由图1可知催化剂床层压降自2015年8月开工以来始终在0.5~0.6 kPa之间变化2016年底床层压降略有升高但变化不大没有产生催化剂床层堵塞现象。装置已经连续运行34个月处于运行末期催化剂床层压降较开工初期相比变化不大满足3层催化剂总压降≯2kPa的设计要求。


SCR 脱硝运行中存在的问题

(1)备机生产脱硝入口氮氧化物浓度高2015年10月27日至11月2日主风机检修改备用主风机生产由于备用主风机为离心式风机备机主风出口压力偏低需要将再生器压力降低至0.15 MPa主机生产时再生压力控制0.25MPa在主备机切换过程中随着操作压力的逐渐降低SCR入口NOX生成量增加再生压力的降低导致烟气在再生催化剂床层中的停留时间缩短以及CO和NOX浓度的降低从而降低CO对NOX的还原作用增加烟气中NOX的排放量。

备机生产过程中SCR反应器前后NOx浓度变化见表4。

SCR脱硝反应器入口NOX浓度由主机生产时的平均1 200 mg/m3 增加到1 533 mg/m3 以上(SCR反应器入口NOX浓度量程为0~1 533 mg/m3)再生器压力降低烟气中NOX浓度升高造成SCR脱硝喷氨量提高脱硝负荷增大。

(2)氨逃逸测量表指示不准

2015年8月装置开工后SCR脱硝喷氨手动调节主要通过烟气出口NOX浓度调整喷氨量正常生产中为降低烟气NOx排放浓度会增大喷氨量但是如果氨气量过剩使得大量的氨逃逸氨与SO3反应生成硫酸氢铵沉积在省煤器管束表面会造成省煤器压降增加。因此氨逃逸测量表对喷氨量具有重要指导意义。SCR脱硝运行期间氨逃逸表测量值存在偏差氨逃逸测量值经常处于某一数值不动主要原因是开工后烟道温度变化测量管发生移位,超声波测厚仪维修无法准确对光导致氨逃逸测量表指示不准。针对氨逃逸测量表指示不准的实际情况2018年9月检修期间将对现有氨逃逸测量管向烟道空侧移动500 mm对应探头同样移位便于改造后调试对光同时增加激光分析仪原位测量管避免测量管移位保证氨逃逸表正常使用。


催化裂化装置再生烟气工艺采用选择性催化还原SCR 脱硝技术催化剂采用托普索的DNXFCC脱硝催化剂装置运行平稳烟气脱硝入口NOX浓度在1 200 mg/m3时脱后烟气中的NOX浓度能够满足《石油炼制工业污染物排放标准》中NOX≯200 mg/m3的要求脱硝效率达到85%以上。装置连续运行34个月后脱硝催化剂床层总压降满足≯2 kPa的设计要求。

存在的主要问题是催化装置备机生产时再生器压力降低导致SCR脱硝反应器入口NOX浓度升高增加了SCR烟气脱硝负荷;氨逃逸测量表指示不准无法作为喷氨量的参考省煤器存在结盐的风险。

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