FCC催化剂装置尾气氮氧化物减排技术研究

宁 博

(中国石化催化剂有限公司齐鲁分公司催化剂一车间，山东 淄博 255300)

1 简介

随着环保意识的不断提高，对大气污染物的认识和研究不断加深。大气污染物主要分为气溶胶状态污染物、气体状态污染物。烟、霾、粉尘等均属于气溶胶状态污染物，硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等为主要气态污染物[1]。

1.1 氮氧化物的产生

氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染物之一。大气中NOx的主要来源有两方面。一方面是由自然界中的固氮菌、雷电等自然过程所产生的；另一方面是由人类活动所产生的。人类活动过程中产生的NOx主要源自燃料高温燃烧过程。燃烧过程中形成的NOx分为三类。一类是燃料型NOx，由燃料中氮的化合物而成，其与燃料中的含氮量有关；第二类是快速型NOx，主要是碳氢化燃料在富燃料燃烧时，反应区附近会快速生成NOx；第三类是热力型NOx，指空气中的N2在高温下被氧化而产生的氮氧化物[2]。

1.2 FCC催化剂装置概述

FCC催化剂生产装置通过燃烧天然气来产生高温烟道气。由于生产工艺要求，需要一定量的高温烟道风来携带物料，因此实际生产过程中，为满足工艺用风需求，通常向燃烧炉内通入过量的空气。但过量空气中的N2与O2在炉内高温下反应，产生大量的氮氧化物污染物。随着环保压力的增大，对工业大气污染物排放的要求越来越高，外排尾气中氮氧化物的含量成为了尾气达标排放的一个重要指标，山东省地方标准《区域性大气污染物综合排放标准》规定，尾气中氮氧化物(以NO2计)的排放标准为≤100 mg/m3。目前装置尾气中的氮氧化物排放量为70 mg/m3，已经达到排放标准，为进一步降低排放量，对装置燃气炉进行了动改试验。

2 试验部分

降低工业废气中NOx的控制方法主要从燃烧前、燃烧中和燃烧后三个阶段考虑。目前对于NOx的控制方法的研究主要集中在燃烧中和燃烧后，因此，在控制燃烧中对NOx采取措施的称为低NOx燃烧技术，把控制燃烧后的NOx的措施称为烟气脱硝技术。低氮燃烧技术中，过量空气量和燃烧区温度是影响 NOx的重要因子，因此，低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的空气和温度来达到降低NOx排放的效果。以达到阻止 NOx生成及降低其排放的目的。现在普遍运用于工业废气治理中的低 NOx燃烧技术主要有燃烧优化技术、低NOx燃烧器技术、空气分级燃烧技术等[4]。

根据表1氮氧化物的生成机理，FCC生产装置采用天然气为燃料，产生的氮氧化物主要为热力型NOx。考虑到干燥成型工序、气流干燥工序现有的装置配置，若采用低NOx燃烧器或空气分级燃烧等技术，装备的投入成本以及装置停工对生产的影响较大，因此优先选取采取燃烧优化技术，在干燥成型工序的天然气燃烧炉进行降低氮氧化物的试验。

表1 NOx的生成机理[3]

2.1 降低通过高温燃烧区的风量试验

该套装置的干燥成型工序的天然气燃烧炉采用独立的鼓风系统，试验方案：对天然气燃烧炉的鼓风机配风进行优化，达到降低经过高温区的新鲜空气量的目的。改进前后的天然气燃烧炉流程简图如图1、2所示。

图1 原天然气燃烧炉流程简图

图2 改进后的天然气燃烧炉流程

完成试验方案改进后，进行了不同配风条件下的试验。由表2可见，在保证工艺用风的前提下，将鼓风机输送的新鲜空气部分分流至燃烧炉顶部，减少了经过高温燃烧区的新鲜空气量，氮氧化物得到有效降低。

表2 不同进风条件下的尾气氮氧化物数据

2.2 降低过量空气系数试验

实际生产过程中，为确保天然气燃烧效果，通常向炉内通入过量的新鲜空气。通过试验调整鼓风机操作参数，降低通入炉内的空气量，达到降低过量空气系数的目的，尾气中氮氧化物的变化趋势如表3所示。

表3 不同鼓风量条件下尾气中氮氧化物含量

由表3可见，降低鼓风机风量，对降低外排尾气中NOx含量有明显效果。

3 结论

在满足装置工艺用风的前提下，通过采取①对天然气燃烧炉的进风量进行分流，降低经过高温燃烧区的新鲜空气量；②降低通入天然气燃烧炉内的过量空气的措施，外排尾气中氮氧化物含量明显降低，对同类型生产装置降低NOx具有较好的借鉴意义。