催化裂化再生烟气脱硝技术对比

2015-12-21江盛阳中国石化工程建设有限公司北京100101

化工管理 2015年25期

江盛阳(中国石化工程建设有限公司, 北京 100101)

0 引言

催化裂化装置是炼油工业中最重要的二次加工装置之一，其目的是提高原油加工深度和产品质量，增加轻质油产量。根据环保部的测算，在采取严格的污染控制措施下，“十二五”期间将新增NOx排放量360万吨，污染减排消化增量的任务十分艰巨。虽然各炼厂已经对催化原料进行加氢处理，但劣质进口原油加工量的增加及催化原料掺渣比例的提高，催化裂化再生烟气中NOx的排放仍达不到有关环保要求。再生烟气进行脱硝处理，对我国环境保护和节能减排具有重要的意义。目前，已经工业应用的催化裂化再生烟气脱硝技术主要包括氧化法、还原法和氧等离子法

1 氧化法

氧化法采用强氧化剂将再生烟气中的NOx氧化成N2O5，N2O5溶于水生成HNO3，再与NaOH反应从而达到脱硝的目的。常用的氧化剂包括臭氧、双氧水、亚氯酸钠和次氯酸钠等，目前应用最为广泛的是臭氧，脱硝反应原理如下：

目前，世界上催化裂化再生烟气氧化脱硝技术绝大部分采用美国Belco公司的低温臭氧氧化技术(LoTOx)。LoTOx脱硝效率可达到80%～95%。LoTOx技术最大的问题是带来二次污染含硝酸盐污水的排放，随着环保要求的提高，含硝酸盐污水后续处理是一个比较大的问题；特别是内陆地区的炼厂，LoTOx技术应用受此限制。国内采用LoTOx脱硝技术主要有上海金山、金陵、中化泉州和齐鲁等多套催化裂化装置。

2 还原法

2.1 选择性催化还原技术

选择性催化还原技术(SCR)是指在催化剂的存在下，利用氨、尿素或氰酸等还原剂与烟气中的NOx反应生成N2和水。选择性是指还原剂和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的O2发生反应。SCR还原剂一般采用氨，反应机理如下：

SCR脱硝效率高达80%～95%，是燃煤发电厂烟气脱硝应用最多的技术。由于SCR不会外排含硝酸盐污水，国内催化裂化再生烟气脱硝采用SCR技术逐步增多。国内催化裂化再生烟气SCR型催化剂以TiO2、V2O5为主要成分，适用工作温度为320～380℃，由此带来的问题是需要对锅炉进行改造，将SCR反应器放置在锅炉蒸发段和省煤段之间。

2.2 选择性非催化还原技术

选择性非催化还原技术(SNCR)[1]是指无催化剂的作用下，在烟气温度850～1100℃范围内，将还原剂喷入烟气中，还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx反应生成N2和H2O，其反应机理与SCR一样，脱硝效率30%～60%。SNCR反应温度高，在催化裂化烟气脱硝中，仅CO焚烧锅炉炉膛或并列式两段再生混合燃烧烟道的温度可以满足要求。因此，SNCR仅适用于不完全再生且烟气中NOx含量较低的催化裂化装置。

无论是SCR还是SNCR，采用氨作为还原剂时，都存在氨逃逸的风险，当氨逃逸率过高时，会带来比NOx更严重的二次污染。目前，国内已投用SCR脱硝装置主要包括镇海、海南和安庆等多套催化裂化装置。SNCR由于脱硝温度窗口限制，在催化裂化再生烟气脱硝中还处于论证阶段。

3 氧等离子法

氧等离子技术(CONOx)[2]是由Shell GS和Praxair公司联合开发的新型脱硝技术，CONOx将热氧喷枪置于再生器烟气出口烟道，喷枪注入经预热的氧气，以达到破坏NOx前驱物的作用，从而降低再生口烟气NOx的排放。热氧喷枪射出的高速热氧含有高浓度的自由基O、H和OH等，这些具有极高反应活性的自由基与烟气中的NH3和HCN等NOx前驱物反应产生N2。

CONOx技术的优点是投资成本和操作费用低，占地要求小，对于老装置改动小，但该技术只适用于不完全再生催化裂化装置，并且NOx脱除率只有40%～60%，对于高浓度NOx再生烟气，需要配合其他脱硝技术才能达到排放要求。CONOx技术2012年美国瓦莱罗炼油厂首次工业应用，国内催化裂化装置还未有CONOx脱硝业绩。

4 脱硝技术对比

选择催化裂化再生烟气脱硝技术时，需要综合考虑环保要求、能耗等多方面因素，并针对催化裂化装置的具体情况作出选择，适合的技术有LoTOx、SCR、SNCR和CONOx，四种技术简要对比如下表所示：

脱硝技术 LoTOx SCR SNCR CONOx脱硝率 80%～95% 80%～95% 30%～60% 40%～60%工程量较大较大较小较小装置运行经济性影响较小减少烟机做功影响较小影响较小对锅炉运行影响基本无影响氨逃逸产生腐蚀、堵塞。氨逃逸产生腐蚀、堵塞。基本无影响初期投资很高很高较低低运行费用很高较高较高低占地要求很大较大较低很小对环境的影响含硝酸盐污水处理和排放。氨逃逸氨逃逸对环境无影响。适用范围不完全再生和完全再生均适用。不完全再生和完全再生均适用。只适用于不完全再生。只适用于不完全再生。