FCC催化劑裝置尾氣氮氧化物減排技術(shù)研究

寧 博

(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司催化劑一車間，山東 淄博 255300)

1 簡介

隨著環(huán)保意識的不斷提高，對大氣污染物的認識和研究不斷加深。大氣污染物主要分為氣溶膠狀態(tài)污染物、氣體狀態(tài)污染物。煙、霾、粉塵等均屬于氣溶膠狀態(tài)污染物，硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等為主要氣態(tài)污染物[1]。

1.1 氮氧化物的產(chǎn)生

氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染物之一。大氣中NOx的主要來源有兩方面。一方面是由自然界中的固氮菌、雷電等自然過程所產(chǎn)生的；另一方面是由人類活動所產(chǎn)生的。人類活動過程中產(chǎn)生的NOx主要源自燃料高溫燃燒過程。燃燒過程中形成的NOx分為三類。一類是燃料型NOx，由燃料中氮的化合物而成，其與燃料中的含氮量有關(guān)；第二類是快速型NOx，主要是碳氫化燃料在富燃料燃燒時，反應(yīng)區(qū)附近會快速生成NOx；第三類是熱力型NOx，指空氣中的N2在高溫下被氧化而產(chǎn)生的氮氧化物[2]。

1.2 FCC催化劑裝置概述

FCC催化劑生產(chǎn)裝置通過燃燒天然氣來產(chǎn)生高溫?zé)煹罋?。由于生產(chǎn)工藝要求，需要一定量的高溫?zé)煹里L(fēng)來攜帶物料，因此實際生產(chǎn)過程中，為滿足工藝用風(fēng)需求，通常向燃燒爐內(nèi)通入過量的空氣。但過量空氣中的N2與O2在爐內(nèi)高溫下反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氮氧化物污染物。隨著環(huán)保壓力的增大，對工業(yè)大氣污染物排放的要求越來越高，外排尾氣中氮氧化物的含量成為了尾氣達標(biāo)排放的一個重要指標(biāo)，山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，尾氣中氮氧化物(以NO2計)的排放標(biāo)準(zhǔn)為≤100 mg/m3。目前裝置尾氣中的氮氧化物排放量為70 mg/m3，已經(jīng)達到排放標(biāo)準(zhǔn)，為進一步降低排放量，對裝置燃氣爐進行了動改試驗。

2 試驗部分

降低工業(yè)廢氣中NOx的控制方法主要從燃燒前、燃燒中和燃燒后三個階段考慮。目前對于NOx的控制方法的研究主要集中在燃燒中和燃燒后，因此，在控制燃燒中對NOx采取措施的稱為低NOx燃燒技術(shù)，把控制燃燒后的NOx的措施稱為煙氣脫硝技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)中，過量空氣量和燃燒區(qū)溫度是影響 NOx的重要因子，因此，低NOx燃燒技術(shù)就是通過控制燃燒區(qū)域的空氣和溫度來達到降低NOx排放的效果。以達到阻止 NOx生成及降低其排放的目的?，F(xiàn)在普遍運用于工業(yè)廢氣治理中的低 NOx燃燒技術(shù)主要有燃燒優(yōu)化技術(shù)、低NOx燃燒器技術(shù)、空氣分級燃燒技術(shù)等[4]。

根據(jù)表1氮氧化物的生成機理，F(xiàn)CC生產(chǎn)裝置采用天然氣為燃料，產(chǎn)生的氮氧化物主要為熱力型NOx?？紤]到干燥成型工序、氣流干燥工序現(xiàn)有的裝置配置，若采用低NOx燃燒器或空氣分級燃燒等技術(shù)，裝備的投入成本以及裝置停工對生產(chǎn)的影響較大，因此優(yōu)先選取采取燃燒優(yōu)化技術(shù)，在干燥成型工序的天然氣燃燒爐進行降低氮氧化物的試驗。

表1 NOx的生成機理[3]

2.1 降低通過高溫燃燒區(qū)的風(fēng)量試驗

該套裝置的干燥成型工序的天然氣燃燒爐采用獨立的鼓風(fēng)系統(tǒng)，試驗方案：對天然氣燃燒爐的鼓風(fēng)機配風(fēng)進行優(yōu)化，達到降低經(jīng)過高溫區(qū)的新鮮空氣量的目的。改進前后的天然氣燃燒爐流程簡圖如圖1、2所示。

圖1 原天然氣燃燒爐流程簡圖

圖2 改進后的天然氣燃燒爐流程

完成試驗方案改進后，進行了不同配風(fēng)條件下的試驗。由表2可見，在保證工藝用風(fēng)的前提下，將鼓風(fēng)機輸送的新鮮空氣部分分流至燃燒爐頂部，減少了經(jīng)過高溫燃燒區(qū)的新鮮空氣量，氮氧化物得到有效降低。

表2 不同進風(fēng)條件下的尾氣氮氧化物數(shù)據(jù)

2.2 降低過量空氣系數(shù)試驗

實際生產(chǎn)過程中，為確保天然氣燃燒效果，通常向爐內(nèi)通入過量的新鮮空氣。通過試驗調(diào)整鼓風(fēng)機操作參數(shù)，降低通入爐內(nèi)的空氣量，達到降低過量空氣系數(shù)的目的，尾氣中氮氧化物的變化趨勢如表3所示。

表3 不同鼓風(fēng)量條件下尾氣中氮氧化物含量

由表3可見，降低鼓風(fēng)機風(fēng)量，對降低外排尾氣中NOx含量有明顯效果。

3 結(jié)論

在滿足裝置工藝用風(fēng)的前提下，通過采?、賹μ烊粴馊紵隣t的進風(fēng)量進行分流，降低經(jīng)過高溫燃燒區(qū)的新鮮空氣量；②降低通入天然氣燃燒爐內(nèi)的過量空氣的措施，外排尾氣中氮氧化物含量明顯降低，對同類型生產(chǎn)裝置降低NOx具有較好的借鑒意義。