氧化二氮CDM減排項(xiàng)目的新技術(shù)特點(diǎn)及評價(jià)

馬磊（中國石油遼陽機(jī)電儀研修中心 遼寧遼陽 111003）

N2O是《京都議定書》中規(guī)定的6種溫室效應(yīng)的氣體之一，其增溫能力是CO2的310倍。N2O減排與CO2減排一樣，同樣具有社會(huì)意義和現(xiàn)實(shí)意義，都屬于低碳和清潔生產(chǎn)范疇。遼陽石化精已二酸裝置產(chǎn)能14萬噸/年，每生產(chǎn)1噸己二酸約產(chǎn)生0.27噸的N2O氣體。根據(jù)《京都議定書》清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）相關(guān)規(guī)定，2006年經(jīng)中國石油天然氣股份有限公司批示，同意開展遼陽石化公司氧化二氮減排清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目。

一、氧化二氮CDM減排項(xiàng)目介紹

N2O減排裝置于2008年3月建成投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)減排N2O氣體4.1萬噸，設(shè)計(jì)開工時(shí)數(shù)為8000小時(shí)/年，采用德國巴斯夫（BASF）公司的催化分解技術(shù)，引進(jìn)德國史道勒（STEULER）公司工藝包新建的裝置，旨在減少惰性溫室氣體N2O的排放。已二酸生產(chǎn)過程中，每小時(shí)產(chǎn)生約5330kg的N2O氣體，經(jīng)N2O減排裝置處理后，95%以上的N2O被分解為N2和O2。

二、氧化二氮CDM減排項(xiàng)目的新技術(shù)情況

1.N2O減排原理

以氧化銅、氧化鋅及氧化鎂為主要成份作為催化劑，以三氧化二鋁作為平衡載體，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行分解反應(yīng)，反應(yīng)溫度為450～780℃。反應(yīng)方程為：

N2O(g)→N2(g)+0.5O2(g)+82k J/mol

2.N2O減排裝置采用的新技術(shù)情況

本項(xiàng)目N2O的減排處理采用催化分解法。催化分解工藝，是以氧化鋯、氧化鈷、氧化鎳為主要成份的催化劑，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行分解反應(yīng)，反應(yīng)溫度為400～790℃。它具有如下技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）反應(yīng)溫度相對較低，反應(yīng)條件相對平和；（2）不消耗燃料；不產(chǎn)生CO2等溫室氣體；（3）流程簡單，操作和維護(hù)簡單、可靠；（4）占用場地小。由于反應(yīng)最高溫度高達(dá)790℃，因此需從國外引進(jìn)耐高溫800H材料及N2O減排反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

三、氧化二氮CDM減排項(xiàng)目的新設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目N2O減排原料來自14萬噸/年己二酸裝置排放的尾氣，通過催化分解實(shí)現(xiàn)N2O減排，是目前世界上最大的一套N2O減排處理裝置。在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)解決了以下技術(shù)難題：

1.催化分解為高放熱反應(yīng)，反應(yīng)對濃度參數(shù)敏感，N2O濃度每增加1%（vol），反應(yīng)放熱溫升約23℃，加之N2O的處理量大，設(shè)計(jì)采用了5臺壓縮機(jī)的變頻調(diào)速和儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組合控制方案，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)稀釋空氣用量的自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)器床層溫度的控制，在實(shí)現(xiàn)節(jié)電12%的同時(shí)，又減少了“池漏”減排量。

2.采用多類型波紋補(bǔ)償器的組合件減少了管道熱應(yīng)力對設(shè)備管口和框架的作用力，大大節(jié)省了裝置占地和投資，特別是對反應(yīng)器出口760～780℃、DN1100的熱應(yīng)力管道，采用了內(nèi)間壁式、Incoloy800H材質(zhì)的非標(biāo)波紋補(bǔ)償器，成功地解決了該管道對下游設(shè)備的應(yīng)力集中問題,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了裝置的緊湊布置。

3.裝置反應(yīng)放熱量大，經(jīng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在流程設(shè)計(jì)中，結(jié)合N2O催化分解反應(yīng)高溫、低壓的工藝特點(diǎn)，反應(yīng)器出口的高溫物流首先與反應(yīng)器進(jìn)料物流換熱，之后發(fā)生0.5MPa的低壓蒸氣，再與進(jìn)裝置的己二酸工廠廢氣和空氣的混合物流換熱，借以實(shí)現(xiàn)冷熱物流按溫位匹配換熱的優(yōu)化目的，熱能回收率達(dá)到88%。

4.由原集散型控制系統(tǒng)和上位機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間和形成報(bào)表時(shí)間不同步，且存儲(chǔ)空間小,增加APP數(shù)據(jù)采集接口、PHD歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、WPKS過程數(shù)據(jù)管理服務(wù)器等設(shè)備后，保證通信可靠，可達(dá)到1秒采集1次，實(shí)現(xiàn)無痕連接；采用在線或離線的方法，可以很方便地增加APP節(jié)點(diǎn)，且對生產(chǎn)操作毫無影響；魯棒的數(shù)據(jù)采集，在活動(dòng)的和備用的數(shù)據(jù)收集器節(jié)點(diǎn)之間自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，確保不間斷的數(shù)據(jù)歸檔。實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，滿足CDM項(xiàng)目方法學(xué)的相關(guān)要求，使其基準(zhǔn)排放量、旁路排放量、未分解排放量和泄漏排放量等相關(guān)參數(shù)測量真實(shí)、可靠和透明。

5.本工程是目前同類減排裝置處理規(guī)模最大的一套生產(chǎn)裝置，采用先進(jìn)、成熟的催化分解反應(yīng)技術(shù)，每年可減排N2O氣體4.1萬噸，折合CO2約1200萬噸。該項(xiàng)目符合國家“節(jié)能減排”的政策和CDM機(jī)制的要求，并通過DOE核查/認(rèn)證，獲EB批準(zhǔn)簽發(fā)CERs，被成功注冊為清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）項(xiàng)目。2008年減排量占全國CDM執(zhí)行理事會(huì)注冊成功項(xiàng)目碳指標(biāo)總量的10%、全球減排總量的5%。該項(xiàng)目不僅投入少、收益多，還樹立了節(jié)能、降耗、環(huán)保項(xiàng)目創(chuàng)造大效益方面的典型樣板。

結(jié)論

遼陽石化公司氧化二氮CDM減排項(xiàng)目從裝置投產(chǎn)至2013年3月底，合計(jì)減排溫室氣體6500萬噸當(dāng)量二氧化碳，作為中國最大的CDM減排項(xiàng)目之一，中國石油遼陽石化公司氧化二氮CDM項(xiàng)目不僅創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且為中國石油石化乃至中國整個(gè)能源行業(yè)的節(jié)能減排工作提供了前沿的理念和新鮮的經(jīng)驗(yàn)。

[1]節(jié)能減排的國際化實(shí)踐——中國石油氧化二氮減排CDM項(xiàng)目紀(jì)實(shí)。《中國石油石化》2008年17期.

[2]姜克雋;胡秀蓮;莊幸;劉強(qiáng);朱松麗;;中國的能源與溫室氣體排放情景和減排成本分析[A];北京論壇（2008）文明的和諧與共同繁榮——文明的普遍價(jià)值和發(fā)展趨向：“生態(tài)文明：環(huán)境、能源與社會(huì)進(jìn)步”環(huán)境分論壇論文或摘要集[C];2008年.

[3]張?jiān)Y，康曉琴，莊克臣等。N2O減排裝置在己二酸生產(chǎn)中的應(yīng)用。石化技術(shù)與應(yīng)用，2009，27（4）：356-357.