劉家榮

(中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司，江蘇南京 210048)

氨法選擇性催化還原技術在硝酸尾氣治理中的應用

劉家榮

(中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司，江蘇南京 210048)

介紹了氨法選擇性催化還原技術在南化公司105 kt/a和270 kt/a稀硝酸裝置尾氣處理中的應用。2套硝酸裝置尾氣治理裝置主要由1臺氨蒸發(fā)器、1臺氨氣緩沖罐和2臺脫硝反應器組成。其操作條件為氨蒸發(fā)器溫度為80～90 ℃，氨緩沖罐氣氨壓力為0.9～1.2 MPa，脫硝反應器壓力降低于7.0 kPa。處理后的硝酸尾氣中NOx質(zhì)量濃度小于100 mg/m3，甚至低于50 mg/m3，逃逸氨質(zhì)量濃度低于2.5 mg/m3，滿足國家和地方標準。

硝酸尾氣 選擇性催化還原技術 脫硝 氮氧化物

GB 31570-2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》 對FCC催化劑再生煙氣NOx最高允許排放質(zhì)量濃度規(guī)定：現(xiàn)有企業(yè)為300 mg/m3， 從2015年7月1日起，新建企業(yè)為200 mg/m3，到2017年7月1日，所有石化企業(yè)的最高允許排放濃度均為200 mg/m3。GB 26131—2015《硝酸工業(yè)污染物排放標準》規(guī)定：特別地區(qū)的NOx排放限值低于200 mg/m3。由此可見，我國針對NOx的排放限制越來越嚴格，對涉及NOx排放的行業(yè)或裝置劃分也越來越細致。

1 尾氣處理前排放狀況

中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司(以下簡稱南化公司)現(xiàn)有2套雙加壓稀硝酸生產(chǎn)裝置，分別為105 kt/a和270 kt/a稀硝酸裝置，尾氣合計總排放量為 2.0×105m3/h(設計值)，尾氣中NOx質(zhì)量濃度為200～300 mg/m3，超出GB 26131—2010規(guī)定的NOx排放限值。南化公司105 kt/a稀硝酸裝置尾氣排放狀況見表1，270 kt/a稀硝酸裝置尾氣排放狀況見表2。

2 尾氣處理方法的選擇

南化公司硝酸裝置采用撫順石油化工研究院開發(fā)的氨法選擇性催化還原技術(SCR)[1]，對稀硝酸尾氣進行脫硝處理。該技術以氨為還原劑， 采用FN-1型SCR脫硝催化劑，尾氣中NOx的質(zhì)量濃度為500～2 000 mg/m3時，脫硝效率可高達80%～95%，脫硝凈化硝酸尾氣NOx質(zhì)量濃度低于100 mg/m3，保證硝酸尾氣的穩(wěn)定達標排放。

表2 270 kt/a稀硝酸裝置尾氣排放狀況

撫順石油化工研究院開發(fā)的SCR煙氣/工藝尾氣脫硝工藝具有以下特點:

1) SCR煙氣脫硝催化劑呈蜂窩狀，壓降小、強度高，軸向抗壓強度大于或等于15 MPa，徑向抗壓強度大于或等于2.0 MPa，比常用的電廠煙氣脫硝催化劑強度更高，適用范圍更廣。此外還具備優(yōu)良的耐硫性能，在反應溫度條件下，當SOx質(zhì)量濃度高達3 g/m3時，催化劑仍然保持高活性和穩(wěn)定性。該催化劑脫硝率高達95%， SO2/SO3轉化率低于1，具有非常好的脫硝效果。

2)撫順石油化工研究院開發(fā)的脫硝反應器內(nèi)構件具有以下特點：①采用駐渦原理設計制造的噴氨組件，保證了煙氣與氨氣均勻混合;②脫硝反應器第一層催化劑床層入口的尺寸分布偏差小于±5%，氨逃逸可保證低于2.5 mg/m3；③設置的內(nèi)構件保證了脫硝反應器催化劑床層入口煙氣流動穩(wěn)定、流場分布均勻，脫硝反應器第一層催化劑入口處煙氣絕對流速偏差小于±10%;④煙氣流向與床層垂直，流向偏差小于±10%。

3)低壓降催化劑與內(nèi)構件相結合，SCR脫硝反應器總壓降小于4.5 kPa。

3 尾氣處理裝置

3.1 尾氣裝置規(guī)模和年操作時間

南化公司270 kt/a稀硝酸處理能力為1.5×104m3/h，105 kt/a稀硝處理能力為5.0×104m3/h，2套總處理能力達2.0×105m3/h，年操作時間8 400 h。

3.2 尾氣治理裝置組成

2套硝酸裝置尾氣治理裝置主要由1臺氨蒸發(fā)器、1臺氨氣緩沖罐和2臺脫硝反應器組成(1臺供105 kt/a裝置脫硝，1臺供270 kt/a裝置脫硝)。

3.3 尾氣處理工藝流程

3.3.1 氨氣供應單元

氨氣供應單元包括液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨氣/硝酸尾氣混合器(管道混合器) 及噴淋冷卻等附屬安全設施等。裝置界區(qū)外來的液氨自壓入液氨蒸發(fā)器，經(jīng)熱水浴蒸發(fā)產(chǎn)生氣氨。液氨蒸發(fā)器送出的氣氨經(jīng)氨氣緩沖罐穩(wěn)壓后，在管道混合器中與稀硝酸尾氣實現(xiàn)均勻混合。

3.3.2 SCR脫硝反應單元

硝酸裝置尾氣脫硝治理流程見圖1。脫硝反應器內(nèi)物料流向見圖2。

圖1 硝酸裝置尾氣脫硝治理流程

圖2 脫硝反應器內(nèi)物料流向

經(jīng)管道混合器充分混合的氨氣與稀硝酸尾氣進入脫硝反應器，在300～400 ℃及SCR脫硝催化劑作用下，氨氣與稀硝酸尾氣中NOx發(fā)生氧化還原反應，生成N2和H2O，凈化后的氣體進入膨脹機繼續(xù)回收熱量。尾氣處理流程見圖3。

處理前硝酸尾氣工況為：2套裝置尾氣流量為2.0×105m3/h，尾氣溫度達300～400 ℃，尾氣壓力為0.7～0.9 MPa，NOx質(zhì)量濃度為300～400 mg/m3。處理后尾氣中NOx質(zhì)量濃度小于或等于100 mg/m3，逃逸氨質(zhì)量濃度小于或等于2.5 mg/m3。

圖3 尾氣處理流程

3.6 操作條件及設備

氨蒸發(fā)器溫度為80～90 ℃，氨緩沖罐氣氨壓力為0.9～1.2 MPa，脫硝反應器壓力降低于7.0 kPa。

硝酸尾氣治理主要設備有1臺氨蒸發(fā)器，2臺脫硝反應器，見表3。

表3 硝酸尾氣治理主要設備

4 實施效果

該項目實施以后，達到了設計要求，處理后的硝酸尾氣中NOx質(zhì)量濃度小于100 mg/m3，甚至低于50 mg/m3，逃逸氨質(zhì)量濃度低于2.5 mg/m3，滿足國家和地方標準，105 kt/a和270 kt/a硝酸尾氣脫硝凈化后排放情況分別見表4和表5。

表4 105 kt/a硝酸尾氣脫硝凈化后排放情況

表5 270 kt/a硝酸尾氣脫硝凈化后排放情況

5 問題及建議

1)液氨蒸發(fā)器設計采用濃硝酸裝置產(chǎn)生的熱水作為熱源蒸發(fā)液氨，但濃硝酸裝置熱水量與其生產(chǎn)負荷有關，供應不穩(wěn)定導致氣氨波動大，影響尾氣處理裝置穩(wěn)定運行。因此目前采取的措施是引一路低壓蒸汽(溫度220 ℃，壓力0.7 MPa)進入液氨蒸發(fā)器殼程，通過手閥控制低壓氣開度，控制氨蒸發(fā)器殼程溫度為80～90 ℃，保證液氨蒸發(fā)熱源穩(wěn)定。

2)液氨蒸發(fā)器內(nèi)液氨來自液氨總管，液氨總管壓力波動就會導致蒸發(fā)產(chǎn)生的氣氨量波動，最終導致尾氣脫硝后NOx含量波動甚至超指標(≥100 mg/m3)；建議增加氣氨穩(wěn)壓裝置。

3)裝置開停車過程中，當尾氣溫度小于300 ℃時，SCR催化效果明顯下降，導致尾氣中NOx質(zhì)量濃度大于200 mg/m3。建議將SCR催化劑進行改進，拓寬其使用溫度的下限，從而降低開停車過程中尾氣NOx含量。

4)南化公司尾氣處理裝置自2014年6月開始運行至今已經(jīng)2年多時間，尾氣中逃逸氨量由原來1.2 mg/m3增長到2.6 mg/m3，還原劑氣氨消耗量由原來的25 m3/h增加到35 m3/h，SCR催化劑效果明顯下降?？紤]到液氨中存在的油性雜質(zhì)進入SCR催化劑床層中，導致催化劑失活，建議在尾氣處理裝置液氨蒸發(fā)器出口增加氨氣過濾設備，避免雜質(zhì)進入SCR催化劑床層中。

6 結語

尾氣處理裝置投運后，達到了設計要求。能夠?qū)⑾跛嵘a(chǎn)中尾氣NOx質(zhì)量濃度降到100 mg/m3，甚至50 mg/m3以下，明顯低于GB 26131—2010規(guī)定的大氣污染物中氮氧化物排放限值，環(huán)境效益良好。生產(chǎn)實踐證明：該技術是可行的，符合國家產(chǎn)業(yè)、能源和環(huán)保政策。

[1] 唐文騫.硝酸工業(yè)減排氮氧化物的方法及治理措施[J].煤化工，2008(3)：5-9.

Application of selective catalytic reduction by ammonia processin nitric acid tail gas treatment

LIUJiarong

(Nanjing Chemical Industry Co., Ltd., SINOPEC, Nanjing,Jiangsu,210048,China)

Application of selective catalytic reduction by ammonia process in treating nitric acid tail gas from 105 kt/a and 270 kt/a dilute nitric acid plant of Nanjing Chemical Industry Co. is introduced. Two dilute nitric acid tail gas treatment plants consisted of an ammonia evaporator, an ammonia gas buffer tank, and two denitrification reactor. The operation condition was that temperature of ammonia evaporator was 80-90 ℃, ammonia pressure in buffer tank was 0.9-1.2 MPa, pressure drop in denitrification reactor was less than 7.0 kPa. Concentration of NOxin treated tail gas was less than 100 mg/m3, and even less than 50 mg/m3, that of escaped ammonia was below 2.5 mg/m3, meeting national and provincial standards.

nitric acid tail gas；selective catalytic reduction technology；denitrification；nitrogen oxide

2017-04-13。

劉家榮，男，中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司工程師，主要從事硝酸生產(chǎn)裝置工藝管理工作。電話：15851880582；E-mail：liujr.nhgs@sinopec.com。

TQ111.26;X701

B

1002-1507(2017)07-0046-04