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        催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx的控制

        2020-09-07 07:13:23程文嘉
        石油研究 2020年8期
        關(guān)鍵詞:催化裂化

        摘要:催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx控制的工業(yè)實踐發(fā)現(xiàn),兩段再生工藝的NOx來自于再生器和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,通過提高反應(yīng)溫度和補充新等措施,能夠快速控制NOx排放指標。

        關(guān)鍵詞:催化裂化;兩段再生;CO焚燒爐;NOx

        隨著國家環(huán)保要求日益嚴格,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)控的重點對象。各裝置以脫氮效率高,經(jīng)濟性好,不用對裝置進行改造的脫硝助劑作為首選技術(shù),但部分裝置生產(chǎn)實踐出現(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脫硝助劑的效率有相當大的影響,本文將對催化裂化兩段再生工藝煙氣中NOx的控制進行研究。

        1?兩段再生工藝簡介

        兩段再生工藝采用一段貧氧再生、二段富氧再生的形式,主風分別進入第一、二再生器作為流化介質(zhì)和助燃介質(zhì)。反應(yīng)生成的焦炭先進入第一再生器燒掉全部的氫和大部分的碳,然后進入第二再生器燒掉剩余的碳。一再煙氣進入煙氣輪機做功后與二再煙氣混合進入CO焚燒爐回收熱量。

        2?煙氣中NOx的來源

        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℃)低于氮氣與氧反應(yīng)的最低溫度(1500℃),再生煙氣中NOx主要來自于焦炭中的氮,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900℃,但是火焰峰值溫度卻達到了1500℃以上,爐內(nèi)氮氣在火焰高溫處與氧反應(yīng)生成NOx,因此CO焚燒爐中的NOx來自于空氣中的氮,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%??梢姷谝辉偕魇荖Ox生成和脫除的主要場所,一方面焦炭在第一再生器內(nèi)以大比例進行燃燒,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,應(yīng)保證83%的焦炭在第一再生器中燃燒,同時維持合適的貧氧度。

        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,因此空氣過剩系數(shù)、空氣預(yù)熱溫度和燃料氣壓力等因素對NOx都有影響。高空氣過剩系數(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]。高空氣過剩系數(shù)是通過稀釋火焰溫度,來減少NOx的生成,但是分別增加了鍋爐的動力消耗和降低了鍋爐的熱效率,應(yīng)當控制在合適的范圍內(nèi);低燃料氣壓力則是通過降低火焰燃燒強度,來減少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,加工量達到生產(chǎn)計劃要求,CO焚燒爐負荷較高,爐膛溫度達到700℃,煙氣中NOx的排放得到有效控制,維持在132 mg/m3,裝置運行平穩(wěn)。

        非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下,原料變重,在沒有做出相應(yīng)調(diào)整前,回煉油大幅度增加,加工量下降了9.3%。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。主風量不足,燒焦量不夠,催化劑活性下降,回煉油進一步增加,裝置操作趨于惡化,NOx排放高達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,一是增加主風量,特別是一再主風量,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,降低回煉油,減少非堿性氮焦炭的生成量,將一、二段反應(yīng)溫度提高2℃,同時補充新鮮催化劑,補充新鮮催化劑時控制適宜的速度;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,防止煙機入口超溫(<680℃),損壞煙機;四是在保證中壓蒸汽壓力前提下,降低CO焚燒爐負荷,爐膛溫度從709℃降至680℃,通過以上措施NOx排放量僅僅用了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,回煉油量也是高于輕質(zhì)原料,高回煉油比增加了非堿性氮焦炭的生成;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的主要生成場所,由于其中含有大量的CO,同時也是脫氮場所,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,可以在少量降低加工量的情況下通過提高反應(yīng)溫度、補充新鮮催化劑、加注脫硝助劑以及降低CO焚燒爐負荷等措施快速控制NOx排放指標。

        參考文獻:

        [1] 馬伯文.催化裂化裝置技術(shù)問答[M].北京:中國石化出版社,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.

        作者簡介:

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

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