煙氣選擇性催化還原法SCR脫硝技術的原理及存在的問題

催化裝置煙氣中的NOx是大氣的主要污染物,本文結合實例分析了選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術的運行情況,并結合其在催化裂化裝置的運行工藝,對SCR脫硝反應機理、脫硝催化劑物化性質、催化裂化煙氣SCR脫硝運行情況以及運行中存在的問題進行了分析。

某煉油廠催化裂化裝置采用完全再生技術主要以常減壓裝置減四、減五焦化蠟油等為原料摻煉減壓渣油比例為40%。其再生煙氣中NOx含量較高最高時達到1 200 mg/m3以上對大氣質量造成嚴重污染。2015年5月新建煙氣脫硝裝置煙氣脫硝處理規模為125 000×104 m3/h采用SCR選擇性催化還原技術脫硝催化劑采用托普索公司的DNX-FCC催化劑分3層布置在高溫省煤器上方于2015年8月建成投用。

SCR脫硝技術原理

催化裂化煙氣SCR脫硝技術使用的是托普索公司生產的DNX-FCC催化劑從煙機出來的煙氣進入余熱鍋爐在余熱鍋爐溫度295~420℃處把煙氣引到SCR反應器里面進行脫硝反應。其原理是在催化劑的作用下NO或NO2被NH3還原生成氨。適當的煙氣中過剩氨濃度有利于NOx在的轉化NH3選擇性催化還原NOx的主要反應為：

4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O

2NO2＋4NH3＋O2→3N2＋6H2O

催化裂化煙氣SCR脫硝運行情況分析

催化裂化煙氣SCR脫硝裝置于2015年8月1日9：00引NH3開工10：20分煙氣SCR 脫硝出口NOX濃度降至200mg/m3以下催化裂化煙氣SCR脫硝裝置開車一次成功。

SCR 脫硝主要操作條件

SCR 脫硝主要操作條件見表2。

從表2可以看出煙氣流量、SCR脫硝入口溫度、氨氣緩沖罐壓力、稀釋風流量、催化劑床層總壓降、SCR出口煙氣NH3濃均在設計指標范圍內SCR 入口煙氣NH3 濃度在1 286 mg/m3 的條件下SCR脫硝出口NOX濃度能夠滿足≯200 mg/m3的設計指標要求。

SCR 脫硝催化劑床層壓降變化

SCR煙氣脫硝中一個重要指標就是催化劑床層壓降的變化。隨著裝置的運轉煙氣中夾帶的FCC催化劑粉塵會附著在催化劑床層上造成催化劑床層壓降增大生產過程中通過對催化劑床層進行蒸汽吹灰減少催化劑床層吸附的粉塵避免催化劑床層堵塞造成壓降升高的問題脫硝催化劑自2015年8月運行至2018年5月末催化劑床層壓降變化趨勢見圖1。

由圖1可知催化劑床層壓降自2015年8月開工以來始終在0.5~0.6 kPa之間變化2016年底床層壓降略有升高，autoplus5-2煙氣分析儀但變化不大沒有產生催化劑床層堵塞現象。裝置已經連續運行34個月處于運行末期催化劑床層壓降較開工初期相比變化不大滿足3層催化劑總壓降≯2kPa的設計要求。

SCR 脫硝運行中存在的問題

（1）備機生產脫硝入口氮氧化物濃度高2015年10月27日至11月2日主風機檢修改備用主風機生產，涂層測厚儀由于備用主風機為離心式風機備機主風出口壓力偏低需要將再生器壓力降低至0.15 MPa主機生產時再生壓力控制0.25MPa在主備機切換過程中隨著操作壓力的逐漸降低SCR入口NOX生成量增加再生壓力的降低導致煙氣在再生催化劑床層中的停留時間縮短以及CO和NOX濃度的降低從而降低CO對NOX的還原作用增加煙氣中NOX的排放量。

備機生產過程中SCR反應器前后NOx濃度變化見表4。

SCR脫硝反應器入口NOX濃度由主機生產時的平均1 200 mg/m3 增加到1 533 mg/m3 以上（SCR反應器入口NOX濃度量程為0~1 533 mg/m3）再生器壓力降低煙氣中NOX濃度升高造成SCR脫硝噴氨量提高脫硝負荷增大。

（2）氨逃逸測量表指示不準

2015年8月裝置開工后SCR脫硝噴氨手動調節主要通過煙氣出口NOX濃度調整噴氨量正常生產中為降低煙氣NOx排放濃度會增大噴氨量但是如果氨氣量過剩使得大量的氨逃逸氨與SO3反應生成硫酸氫銨沉積在省煤器管束表面會造成省煤器壓降增加。因此氨逃逸測量表對噴氨量具有重要指導意義。SCR脫硝運行期間氨逃逸表測量值存在偏差氨逃逸測量值經常處于某一數值不動主要原因是開工后煙道溫度變化測量管發生移位無法準確對光導致氨逃逸測量表指示不準。針對氨逃逸測量表指示不準的實際情況2018年9月檢修期間將對現有氨逃逸測量管向煙道空側移動500 mm對應探頭同樣移位便于改造后調試對光同時增加激光分析儀原位測量管避免測量管移位保證氨逃逸表正常使用。

催化裂化裝置再生煙氣工藝采用選擇性催化還原SCR 脫硝技術催化劑采用托普索的DNXFCC脫硝催化劑裝置運行平穩煙氣脫硝入口NOX濃度在1 200 mg/m3時脫后煙氣中的NOX濃度能夠滿足《石油煉制工業污染物排放標準》中NOX≯200 mg/m3的要求脫硝效率達到85%以上。裝置連續運行34個月后脫硝催化劑床層總壓降滿足≯2 kPa的設計要求。

存在的主要問題是催化裝置備機生產時再生器壓力降低導致SCR脫硝反應器入口NOX濃度升高增加了SCR煙氣脫硝負荷；氨逃逸測量表指示不準無法作為噴氨量的參考，手持式風速儀省煤器存在結鹽的風險。