丙烯腈尾气治理装置运行分析

魏博

摘 要：丙烯腈尾气治理设施（AOGC）是目前国内使用范围较广的环保设施，采用了催化剂氧化（CO）和选择性催化氧化（SCO）的方式将丙烯腈吸收塔尾气中非甲烷总烃，氮氧化物，丙烯腈，氢氰酸等各种有害气体降低至国家标准，同时利用氧化产生的热量产生低压或者高压蒸汽。

关键词：丙烯腈尾气治理;CO反应器;AOGC装置

丙烯腈尾气治理设施（AOGC）工艺流程为从吸收塔顶部来的丙烯腈吸收塔尾气进入设施后，首先经分离出游离废水，在與催化氧化所需的空气混合后，经尾气换热器加热后进入CO反应器，在一定的温度条件下进行催化氧化反应，将尾气中的挥发性有机物转化为二氧化碳、水及氮氧化物。从CO反应器出来的反应后气体进入蒸汽过热器、蒸汽发生器回收一定热量后进入SCO反应器，在催化剂作用下与氨进行选择性催化反应，氮氧化物及氧气将氢氰酸、丙烯腈、乙腈和氨等物质氧化，含氮物质同时被转化成N2、CO2和水，净化尾气经换热器回收热量后经烟囱排入大气。

1 核心控制点和影响因素

1.1 CO反应器运行温度

CO反应器的运行温度决定了CO反应器内尾气催化剂氧化的深度，即非甲烷总烃、丙烯腈等污染物的去除率。CO反应器也是AOGC设施的核心热量来源，在正常运行期间，对于装置的热平衡是核心的作用。CO温度过高则可以烧毁催化剂的反应器，过低反应则不充分。

由于其热量来源于尾气在CO反应器内氧化放热，因此对其温度影响核心影响因素为催化剂的性能和尾气在CO反应器内的接触时间。此外，便是尾气入反应器的温度、氧气充裕度和尾气组成。就氧气而言，只要保证尾氧在2%以上，基本都可以保证有机物的充分反应。尾气入反应器温度是由尾气换热器换热量决定，控制净化尾气进入尾气换热器的流量就可以控制尾气入反应器的温度。

尾气组成是影响CO反应器温度的重要因素。一般来说，在装置正常生产的情况吸收塔尾气组成基本稳定，但是影响吸收塔尾气组成的因素有很多，如吸收塔吸收水温度、吸收水量、装置主反应器的反应条件及主反应器原料纯度等。吸收水温度的升高可以影响CO反应器的温度，一般装置的吸收水温度控制在3-4度，而该温度升高对尾气组成的影响时，还要考虑到吸收塔内的热交换，只有当吸收塔内吸收水在塔内的温度升高到12-14度时，吸收效果会急剧下降，CO反应器的温度会迅速升高，因此在考虑吸收水温度升高时（如冰机停运），一旦该点温度接近12度，即可将AOGC装置停运，防止CO反应器飞温。吸收水流量对尾气的组成也有很大的影响，但是由于吸收水量除非是机泵停运，否则不会有大的波动，这里不做详细表述。主反应器反应条件及原料纯度的变化对尾气组成的影响也较大，就目前运行阶段来看，当主反应器温度低于设定温度3-4度时，CO反应器的温度会有一个升高，压力降低3-5kPa时，CO反应器的温度也会升高。原料的纯度影响更为深远，当原料纯度波动时，实际是影响了主反应器的原料配比进而影响尾气组成，这只是其一，最重要的是高纯度原料条件下，可以使以上各个影响CO反应器温度的因素影响系数放大，也就是说，当使用高纯度原料丙烯时，CO反应器的温度控制将更为重要。

1.2 SCO反应器温度

SCO反应器的温度直接影响了排放的净化尾气中的氮氧化物、氢氰酸等指标。SCO反应器是用氨和尾气中的组分进行反应，但是SCO的反应器要求的温度条件并不高，要比CO反应器低100-200度（根据催化剂不同），一般来说SCO的温度影响因素较为直接，即蒸汽发生器的尾气出口的温度，调解也较为简单，即通过控制尾气蒸汽发生器跨线的开度来控制。

2 核心设备

AOGC的核心设备有CO反应器及催化剂，SCO反应器及催化剂，蒸汽发生器，尾气进料调节阀，尾气换热器跨线调节阀及补风机。

两个反应器及催化剂直接决定了尾气处理量和处理效果，这里不做过细说明，但是尾气进料调节阀是生产运行中的核心调解设备，首先其控制了装置主反应器的运行压力，对于主装置的平稳运行十分重要，其次它也是控制AOGC进料的控制阀，对于AOGC的平稳运行也至关重要。该调节阀一旦故障发生动作，可以直接将AOGC停工，甚至可以导致主反应器停工。就目前控制手段而言，该调节阀设定为无风全开，并进行动作阀位限制，防止风中断后引起主装置停工。尾气换热器的跨线阀由于直接影响CO反应器的温度控制，也是尤为重要。而风机的平稳运行更是AOGC正常运行充足氧气的保证。

3 应急控制及保障

AOGC装置的应急保护有两个目标，一是保护AOGC催化剂，二是保护主装置的平稳运行。从以上两个方面，可以建立以下几个应急保护联锁：①尾气进料压力及流量异常联锁：在尾气进料压力超高或者过低（分别对应尾气进料调节阀故障关闭和故障打开）并尾气流量波动异常时，将AOGC装置尾气切换至烟道直接排放，同时停运风机，以避免CO反应器内催化剂飞温。必要可以加氮气吹扫;②CO及SCO温度保护联锁：目的在其他异常情况（如尾气配比发生大幅变化），紧急将尾气切至烟道排放，并停风机，保护两个反应器温度;③蒸汽发生器液位高液位及低液位联锁：目的是保护蒸汽系统及蒸汽发生器。

4 结语

在目前国家环保要求日趋严格的大形势下，丙烯腈的环保装置必然要进行更新的新建，AOGC装置只是众多环保设施中的一个，其平稳运行实际上主要是依托于装置的平稳操作。但是辅助环保装置对于装置的异常波动相应也是十分迅速的，因此在日常管理和操作中，必须充分分析各种因素对于辅助环保设施的影响，以达到环保装置的平稳，安全，达标运行。