劉殿博，王世雷，徐 海，王鐵軍，趙 龍，邢 濤，李 超

(中國石油吉林石化公司 丙烯腈廠，吉林 吉林 132022)

中國石油吉林石化公司丙烯腈廠第二丙烯腈裝置采用的是丙烯氨氧化技術(shù)，以C3H6和NH3為主要原料[1]，在XYA-5催化劑的作用下，反應(yīng)生成C3H3N及其它副產(chǎn)品，之后經(jīng)過急冷、回收、精制等工藝流程，得到C3H3N產(chǎn)品。在回收過程中設(shè)置有丙烯腈吸收塔，該塔為微正壓操作。在塔頂排出一股氣體，稱之為吸收塔尾氣[2]。該尾氣的主要成分為CO2、N2和H2O，同時含有一定量的CO、C3H3N、C3H6及C3H8等。為嚴(yán)格控制尾氣中污染物的排放濃度符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。第二丙烯腈裝置于2003年建成了一套丙烯腈吸收塔尾氣催化氧化處理系統(tǒng)，用于處理吸收塔塔頂尾氣的有害成分。由于尾氣中NOx排放超標(biāo)，于2013年在原有催化氧化裝置基礎(chǔ)上新增了一套氮氧化物處理系統(tǒng)。運(yùn)行后各項指標(biāo)均滿足環(huán)保排放要求[3]。

1 催化氧化裝置介紹

1.1 催化氧化工藝原理

在催化氧化反應(yīng)器中，共有126塊貴金屬催化劑，將有害的揮發(fā)性有機(jī)物C3H6、C3H8、CO、C3H3N等轉(zhuǎn)化為CO2、N2和H2O，其主要反應(yīng)式如下。

1.2 催化氧化裝置工藝流程

丙烯腈裝置吸收塔(T-8103)塔頂排出的尾氣，首先經(jīng)分離罐(D-8901)分離游離水，然后丙烯腈尾氣(不含冷凝水)進(jìn)入系統(tǒng)與空氣鼓風(fēng)機(jī)(C-8901)補(bǔ)充燃燒所需的空氣混合，經(jīng)尾氣換熱器(E-8902)加熱后，經(jīng)電加熱器(E-8901)進(jìn)一步充分混合后進(jìn)入反應(yīng)器(R-8901)，在反應(yīng)器中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，將有害的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。從反應(yīng)器出來的凈化氣體進(jìn)入尾氣換熱器回收熱量后排入煙囪(S-8901)。催化氧化裝置工藝流程圖見圖1。

圖1 催化氧化裝置工藝流程圖

1.3 排放尾氣組成

催化氧化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，尾氣中的有機(jī)物含量和氧氣含量對反應(yīng)起非常重要的作用，尾氣中C3H6、C3H8、CO、C3H3N含量高，反應(yīng)放熱量就大，系統(tǒng)的絕熱溫升就高，甚至使催化劑燒毀。因此，為保證催化反應(yīng)的正常進(jìn)行，在丙烯腈主裝置開車初期和裝置生產(chǎn)不正常，尾氣中C3H6、C3H8含量波動較大的情況下，不能讓吸收塔尾氣進(jìn)入尾氣催化氧化處理系統(tǒng)，而從吸收塔頂部直接排入煙囪。只有在尾氣組成穩(wěn)定后才能將尾氣引入尾氣催化氧化處理系統(tǒng)。進(jìn)入催化氧化裝置的尾氣組成見表1。

表1 進(jìn)入催化氧化裝置尾氣組成

從表1可以看出經(jīng)過催化氧化裝置處理后排放尾氣中NOx污染指標(biāo)已經(jīng)超出國家要求≤100 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化改造

2.1 工藝原理

脫硝反應(yīng)器采用催化還原技術(shù)，在催化劑作用下，補(bǔ)充進(jìn)來的氨氣選擇性的與尾氣中NOx在300～400℃的條件下發(fā)生催化還原反應(yīng)，將氮氧化物還原成對環(huán)境無害的氮?dú)夂退?，催化還原反應(yīng)方程式如下。

2.2 改造后尾氣組成

脫硝系統(tǒng)處理后的尾氣組成見表2。

表2 脫硝系統(tǒng)處理后的尾氣組成

從表2可以看出處理后的尾氣氮氧化物污染指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 改造后流程

脫硝系統(tǒng)是在原有催化氧化裝置基礎(chǔ)上新增一個脫硝反應(yīng)器(R-8902)和配套的氨空混合器(X-8901)。即尾氣經(jīng)尾氣換熱器(E-8902)排出后不是直接排入煙囪，而是進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，在氣氨的作用下進(jìn)行催化還原反應(yīng)，將丙烯腈尾氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退?，達(dá)標(biāo)后的凈化尾氣經(jīng)煙囪排入大氣。脫硝優(yōu)化改造后裝置工藝流程圖見圖2。

圖2 脫硝優(yōu)化改造后裝置工藝流程圖

3 結(jié) 論

丙烯腈裝置吸收塔尾氣催化氧化處理裝置通過脫硝技術(shù)優(yōu)化改造后，ρ(NOx)由處理前的240～400 mg/m3降低至30～100 mg/m3。脫硝效率可達(dá)75%～87.5%。另外在脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口安裝實(shí)時監(jiān)測裝置，具有就地和遠(yuǎn)傳監(jiān)測顯示功能。監(jiān)測的項目包括：氮氧化物、氮?dú)?、剩余氨量等。正常情況下控制w(剩余氨)<3 mg/kg。脫硝裝置可用率為100%，服務(wù)壽命為30 a，運(yùn)行8 000 h/a。不僅提高了脫硝效率，而且降低了消耗和生產(chǎn)成本。滿足了裝置安全穩(wěn)定、長周期優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。減少了污染物和排放總量，加強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)。執(zhí)行國家和地區(qū)的有關(guān)環(huán)保政策，對生產(chǎn)中的“三廢”進(jìn)行處理，滿足了清潔生產(chǎn)要求。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 黃麗榮,吳志強(qiáng),陳龍.化纖廠丙烯腈生產(chǎn)裝置的清潔生產(chǎn)[J].化工環(huán)保,2000(3):1-3.

[2] 趙震,張惠民,徐春明，等.丙烯氨氧化催化劑研究進(jìn)展[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2005(2):1-3.

[3] 張樂.丙烯腈生產(chǎn)的反應(yīng)原理與主要方法[J].化學(xué)工程與裝備,2011(8):1-3.