催化裝置煙氣中的NOx是大氣的主要污染物,文中分析了選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術的運行情況,并結合其在催化裂化裝置的運行工藝,對SCR脫硝反應機理、脫硝催化劑物化性質、催化裂化煙氣SCR脫硝運行情況以及運行中存在的問題進行了分析。
某煉油廠催化裂化裝置采用完全再生技術，主要以常減壓裝置減四、減五，焦化蠟油等為原料，摻煉減壓渣油比例為40%。其再生煙氣中NOx含量較高，最高時達到1 200 mg/m3以上，對大氣質量造成嚴重污染。2015年5月新建煙氣脫硝裝置，煙氣脫硝處理規模為125 000×104 m3/h，采用SCR選擇性催化還原技術，脫硝催化劑采用托普索公司的DNX-FCC催化劑，分3層布置在高溫省煤器上方，于2015年8月建成投用。
1 SCR脫硝技術原理
催化裂化煙氣SCR脫硝技術使用的是托普索公司生產的DNX-FCC催化劑，從煙機出來的煙氣進入余熱鍋爐，在余熱鍋爐溫度295~420℃處把煙氣引到SCR反應器里面，進行脫硝反應。其原理是在催化劑的作用下，NO或NO2被NH3還原生成氨。適當的煙氣中過剩氨濃度有利于NOx在的轉化，NH3選擇性催化還原NOx的主要反應為：
4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O
2NO2＋4NH3＋O2→3N2＋6H2O
2 脫硝催化劑的性質
托普索公司DNX-FCC催化劑采用波紋板式催化劑，以TiO2為載體，活性物質為金屬釩和鎢氧化物，其主要性質見表1。
3 催化裂化煙氣SCR脫硝運行情況分析
催化裂化煙氣SCR脫硝裝置于2015年8月1日9：00引NH3開工，10：20分煙氣SCR 脫硝出口NOX濃度降至200mg/m3以下，催化裂化煙氣SCR脫硝裝置開車一次成功。
3.1 SCR 脫硝主要操作條件
SCR 脫硝主要操作條件見表2。
從表2可以看出，煙氣流量、SCR脫硝入口溫度、氨氣緩沖罐壓力、稀釋風流量、催化劑床層總壓降、SCR出口煙氣NH3濃均在設計指標范圍內，SCR 入口煙氣NH3 濃度在1 286 mg/m3 的條件下SCR脫硝出口NOX濃度能夠滿足≯200 mg/m3的設計指標要求。
3.2 SCR 脫硝開工噴氨后操作調整
SCR脫硝噴氨氣前首先保證稀釋風平穩注入SCR脫硝反應器，稀釋風流量為1 370 m3/h，緩慢開大NH3流量控制閥，隨著NH3流量不斷增大，SCR反應器出口NOX濃度出現緩慢下降的趨勢，由于噴氨后，需要一定的反應時間，脫硝出口NOX濃度變化趨勢相對延遲，所有需要緩慢提高噴氨量，當SCR反應器出口NOx濃度降至200 mg/m3以下，停止繼續提高噴氨量。
SCR脫硝開工噴氨過程中，SCR脫硝反應器入口NOx濃度為1 304 mg/m3，SCR脫硝反應器入口溫度為316 ℃，控制SCR脫硝反應器出口氨逃逸量不大于3 mL/m3，SCR 脫硝反應器出口氧含量控制2.5%左右，當噴氨量達到54.8 m3時，SCR脫硝反應器出口NOX濃度降至144.6 mg/m3，脫硝出口氨逃逸為1.75 mg/m3，脫硝效率為88.9%。
3.3 SCR 脫硝效率分析
SCR煙氣脫硝自2015年8月開工后，一直運行至今，裝置運行平穩，2015年8月至2018年4月煙氣SCR脫硝出入口NOx濃度見表3。
由表3可知，脫后NOx濃度均滿足≯200 mg/m3的設計指標要求，NOx脫除率均在85%以上，SCR脫硝效率較高。
3.4 SCR 脫硝催化劑床層壓降變化
SCR煙氣脫硝中一個重要指標就是催化劑床層壓降的變化。隨著裝置的運轉，煙氣中夾帶的FCC催化劑粉塵會附著在催化劑床層上，造成催化劑床層壓降增大，生產過程中通過對催化劑床層進行蒸汽吹灰，減少催化劑床層吸附的粉塵，避免催化劑床層堵塞造成壓降升高的問題，脫硝催化劑自2015年8月運行至2018年5月末，催化劑床層壓降變化趨勢見圖1。
由圖1可知，催化劑床層壓降自2015年8月開工以來始終在0.5~0.6 kPa之間變化，2016年底床層壓降略有升高，但變化不大，沒有產生催化劑床層堵塞現象。裝置已經連續運行34個月，處于運行末期，催化劑床層壓降較開工初期相比變化不大，滿足3層催化劑總壓降≯2kPa的設計要求。
3.5 SCR 脫硝運行中存在的問題
（1）備機生產脫硝入口氮氧化物濃度高2015年10月27日至11月2日，主風機檢修，改備用主風機生產，由于備用主風機為離心式風機，備機主風出口壓力偏低，需要將再生器壓力降低至0.15 MPa，主機生產時再生壓力控制0.25MPa，在主備機切換過程中，隨著操作壓力的逐漸降低，SCR入口NOX生成量增加，再生壓力的降低導致煙氣在再生催化劑床層中的停留時間縮短，以及CO和NOX濃度的降低，從而降低CO對NOX的還原作用，增加煙氣中NOX的排放量。
備機生產過程中SCR反應器前后NOx濃度變化見表4。
SCR脫硝反應器入口NOX濃度由主機生產時的平均1 200 mg/m3 增加到1 533 mg/m3 以上（SCR反應器入口NOX濃度量程為0~1 533 mg/m3），再生器壓力降低，煙氣中NOX濃度升高，造成SCR脫硝噴氨量提高，脫硝負荷增大。