丙烯腈尾气处理装置中脱硝系统优化改造

刘殿博，王世雷，徐 海，王铁军，赵 龙，邢 涛，李 超

(中国石油吉林石化公司 丙烯腈厂，吉林 吉林 132022)

中国石油吉林石化公司丙烯腈厂第二丙烯腈装置采用的是丙烯氨氧化技术，以C3H6和NH3为主要原料[1]，在XYA-5催化剂的作用下，反应生成C3H3N及其它副产品，之后经过急冷、回收、精制等工艺流程，得到C3H3N产品。在回收过程中设置有丙烯腈吸收塔，该塔为微正压操作。在塔顶排出一股气体，称之为吸收塔尾气[2]。该尾气的主要成分为CO2、N2和H2O，同时含有一定量的CO、C3H3N、C3H6及C3H8等。为严格控制尾气中污染物的排放浓度符合国家排放标准。第二丙烯腈装置于2003年建成了一套丙烯腈吸收塔尾气催化氧化处理系统，用于处理吸收塔塔顶尾气的有害成分。由于尾气中NOx排放超标，于2013年在原有催化氧化装置基础上新增了一套氮氧化物处理系统。运行后各项指标均满足环保排放要求[3]。

1 催化氧化装置介绍

1.1 催化氧化工艺原理

在催化氧化反应器中，共有126块贵金属催化剂，将有害的挥发性有机物C3H6、C3H8、CO、C3H3N等转化为CO2、N2和H2O，其主要反应式如下。

1.2 催化氧化装置工艺流程

丙烯腈装置吸收塔(T-8103)塔顶排出的尾气，首先经分离罐(D-8901)分离游离水，然后丙烯腈尾气(不含冷凝水)进入系统与空气鼓风机(C-8901)补充燃烧所需的空气混合，经尾气换热器(E-8902)加热后，经电加热器(E-8901)进一步充分混合后进入反应器(R-8901)，在反应器中进行催化氧化反应，将有害的挥发性有机物进行转化。从反应器出来的净化气体进入尾气换热器回收热量后排入烟囱(S-8901)。催化氧化装置工艺流程图见图1。

图1 催化氧化装置工艺流程图

1.3 排放尾气组成

催化氧化是强放热反应，尾气中的有机物含量和氧气含量对反应起非常重要的作用，尾气中C3H6、C3H8、CO、C3H3N含量高，反应放热量就大，系统的绝热温升就高，甚至使催化剂烧毁。因此，为保证催化反应的正常进行，在丙烯腈主装置开车初期和装置生产不正常，尾气中C3H6、C3H8含量波动较大的情况下，不能让吸收塔尾气进入尾气催化氧化处理系统，而从吸收塔顶部直接排入烟囱。只有在尾气组成稳定后才能将尾气引入尾气催化氧化处理系统。进入催化氧化装置的尾气组成见表1。

表1 进入催化氧化装置尾气组成

从表1可以看出经过催化氧化装置处理后排放尾气中NOx污染指标已经超出国家要求≤100 mg/m3的排放标准。

2 脱硝系统优化改造

2.1 工艺原理

脱硝反应器采用催化还原技术，在催化剂作用下，补充进来的氨气选择性的与尾气中NOx在300～400℃的条件下发生催化还原反应，将氮氧化物还原成对环境无害的氮气和水，催化还原反应方程式如下。

2.2 改造后尾气组成

脱硝系统处理后的尾气组成见表2。

表2 脱硝系统处理后的尾气组成

从表2可以看出处理后的尾气氮氧化物污染指标已经达到国家要求的排放标准。

2.3 改造后流程

脱硝系统是在原有催化氧化装置基础上新增一个脱硝反应器(R-8902)和配套的氨空混合器(X-8901)。即尾气经尾气换热器(E-8902)排出后不是直接排入烟囱，而是进入脱硝反应器，在气氨的作用下进行催化还原反应，将丙烯腈尾气中的氮氧化物转化成氮气和水，达标后的净化尾气经烟囱排入大气。脱硝优化改造后装置工艺流程图见图2。

图2 脱硝优化改造后装置工艺流程图

3 结 论

丙烯腈装置吸收塔尾气催化氧化处理装置通过脱硝技术优化改造后，ρ(NOx)由处理前的240～400 mg/m3降低至30～100 mg/m3。脱硝效率可达75%～87.5%。另外在脱硝反应器进、出口安装实时监测装置，具有就地和远传监测显示功能。监测的项目包括：氮氧化物、氮气、剩余氨量等。正常情况下控制w(剩余氨)<3 mg/kg。脱硝装置可用率为100%，服务寿命为30 a，运行8 000 h/a。不仅提高了脱硝效率，而且降低了消耗和生产成本。满足了装置安全稳定、长周期优质运行。减少了污染物和排放总量，加强了环境保护。执行国家和地区的有关环保政策，对生产中的“三废”进行处理，满足了清洁生产要求。

参 考 文 献：

[1] 黄丽荣,吴志强,陈龙.化纤厂丙烯腈生产装置的清洁生产[J].化工环保,2000(3):1-3.

[2] 赵震,张惠民,徐春明，等.丙烯氨氧化催化剂研究进展[J].黑龙江大学自然科学学报，2005(2):1-3.

[3] 张乐.丙烯腈生产的反应原理与主要方法[J].化学工程与装备,2011(8):1-3.