丙烯腈尾氣治理裝置運行分析

魏博

摘 要：丙烯腈尾氣治理設施（AOGC）是目前國內使用范圍較廣的環保設施，采用了催化劑氧化（CO）和選擇性催化氧化（SCO）的方式將丙烯腈吸收塔尾氣中非甲烷總烴，氮氧化物，丙烯腈，氫氰酸等各種有害氣體降低至國家標準，同時利用氧化產生的熱量產生低壓或者高壓蒸汽。

關鍵詞：丙烯腈尾氣治理;CO反應器;AOGC裝置

丙烯腈尾氣治理設施（AOGC）工藝流程為從吸收塔頂部來的丙烯腈吸收塔尾氣進入設施后，首先經分離出游離廢水，在與催化氧化所需的空氣混合后，經尾氣換熱器加熱后進入CO反應器，在一定的溫度條件下進行催化氧化反應，將尾氣中的揮發性有機物轉化為二氧化碳、水及氮氧化物。從CO反應器出來的反應后氣體進入蒸汽過熱器、蒸汽發生器回收一定熱量后進入SCO反應器，在催化劑作用下與氨進行選擇性催化反應，氮氧化物及氧氣將氫氰酸、丙烯腈、乙腈和氨等物質氧化，含氮物質同時被轉化成N2、CO2和水，凈化尾氣經換熱器回收熱量后經煙囪排入大氣。

1 核心控制點和影響因素

1.1 CO反應器運行溫度

CO反應器的運行溫度決定了CO反應器內尾氣催化劑氧化的深度，即非甲烷總烴、丙烯腈等污染物的去除率。CO反應器也是AOGC設施的核心熱量來源，在正常運行期間，對于裝置的熱平衡是核心的作用。CO溫度過高則可以燒毀催化劑的反應器，過低反應則不充分。

由于其熱量來源于尾氣在CO反應器內氧化放熱，因此對其溫度影響核心影響因素為催化劑的性能和尾氣在CO反應器內的接觸時間。此外，便是尾氣入反應器的溫度、氧氣充裕度和尾氣組成。就氧氣而言，只要保證尾氧在2%以上，基本都可以保證有機物的充分反應。尾氣入反應器溫度是由尾氣換熱器換熱量決定，控制凈化尾氣進入尾氣換熱器的流量就可以控制尾氣入反應器的溫度。

尾氣組成是影響CO反應器溫度的重要因素。一般來說，在裝置正常生產的情況吸收塔尾氣組成基本穩定，但是影響吸收塔尾氣組成的因素有很多，如吸收塔吸收水溫度、吸收水量、裝置主反應器的反應條件及主反應器原料純度等。吸收水溫度的升高可以影響CO反應器的溫度，一般裝置的吸收水溫度控制在3-4度，而該溫度升高對尾氣組成的影響時，還要考慮到吸收塔內的熱交換，只有當吸收塔內吸收水在塔內的溫度升高到12-14度時，吸收效果會急劇下降，CO反應器的溫度會迅速升高，因此在考慮吸收水溫度升高時（如冰機停運），一旦該點溫度接近12度，即可將AOGC裝置停運，防止CO反應器飛溫。吸收水流量對尾氣的組成也有很大的影響，但是由于吸收水量除非是機泵停運，否則不會有大的波動，這里不做詳細表述。主反應器反應條件及原料純度的變化對尾氣組成的影響也較大，就目前運行階段來看，當主反應器溫度低于設定溫度3-4度時，CO反應器的溫度會有一個升高，壓力降低3-5kPa時，CO反應器的溫度也會升高。原料的純度影響更為深遠，當原料純度波動時，實際是影響了主反應器的原料配比進而影響尾氣組成，這只是其一，最重要的是高純度原料條件下，可以使以上各個影響CO反應器溫度的因素影響系數放大，也就是說，當使用高純度原料丙烯時，CO反應器的溫度控制將更為重要。

1.2 SCO反應器溫度

SCO反應器的溫度直接影響了排放的凈化尾氣中的氮氧化物、氫氰酸等指標。SCO反應器是用氨和尾氣中的組分進行反應，但是SCO的反應器要求的溫度條件并不高，要比CO反應器低100-200度（根據催化劑不同），一般來說SCO的溫度影響因素較為直接，即蒸汽發生器的尾氣出口的溫度，調解也較為簡單，即通過控制尾氣蒸汽發生器跨線的開度來控制。

2 核心設備

AOGC的核心設備有CO反應器及催化劑，SCO反應器及催化劑，蒸汽發生器，尾氣進料調節閥，尾氣換熱器跨線調節閥及補風機。

兩個反應器及催化劑直接決定了尾氣處理量和處理效果，這里不做過細說明，但是尾氣進料調節閥是生產運行中的核心調解設備，首先其控制了裝置主反應器的運行壓力，對于主裝置的平穩運行十分重要，其次它也是控制AOGC進料的控制閥，對于AOGC的平穩運行也至關重要。該調節閥一旦故障發生動作，可以直接將AOGC停工，甚至可以導致主反應器停工。就目前控制手段而言，該調節閥設定為無風全開，并進行動作閥位限制，防止風中斷后引起主裝置停工。尾氣換熱器的跨線閥由于直接影響CO反應器的溫度控制，也是尤為重要。而風機的平穩運行更是AOGC正常運行充足氧氣的保證。

3 應急控制及保障

AOGC裝置的應急保護有兩個目標，一是保護AOGC催化劑，二是保護主裝置的平穩運行。從以上兩個方面，可以建立以下幾個應急保護聯鎖：①尾氣進料壓力及流量異常聯鎖：在尾氣進料壓力超高或者過低（分別對應尾氣進料調節閥故障關閉和故障打開）并尾氣流量波動異常時，將AOGC裝置尾氣切換至煙道直接排放，同時停運風機，以避免CO反應器內催化劑飛溫。必要可以加氮氣吹掃;②CO及SCO溫度保護聯鎖：目的在其他異常情況（如尾氣配比發生大幅變化），緊急將尾氣切至煙道排放，并停風機，保護兩個反應器溫度;③蒸汽發生器液位高液位及低液位聯鎖：目的是保護蒸汽系統及蒸汽發生器。

4 結語

在目前國家環保要求日趨嚴格的大形勢下，丙烯腈的環保裝置必然要進行更新的新建，AOGC裝置只是眾多環保設施中的一個，其平穩運行實際上主要是依托于裝置的平穩操作。但是輔助環保裝置對于裝置的異常波動相應也是十分迅速的，因此在日常管理和操作中，必須充分分析各種因素對于輔助環保設施的影響，以達到環保裝置的平穩，安全，達標運行。