FCC催化劑裝置尾氣氮氧化物減排技術研究

寧 博

(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司催化劑一車間，山東 淄博 255300)

1 簡介

隨著環保意識的不斷提高，對大氣污染物的認識和研究不斷加深。大氣污染物主要分為氣溶膠狀態污染物、氣體狀態污染物。煙、霾、粉塵等均屬于氣溶膠狀態污染物，硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等為主要氣態污染物[1]。

1.1 氮氧化物的產生

氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染物之一。大氣中NOx的主要來源有兩方面。一方面是由自然界中的固氮菌、雷電等自然過程所產生的；另一方面是由人類活動所產生的。人類活動過程中產生的NOx主要源自燃料高溫燃燒過程。燃燒過程中形成的NOx分為三類。一類是燃料型NOx，由燃料中氮的化合物而成，其與燃料中的含氮量有關；第二類是快速型NOx，主要是碳氫化燃料在富燃料燃燒時，反應區附近會快速生成NOx；第三類是熱力型NOx，指空氣中的N2在高溫下被氧化而產生的氮氧化物[2]。

1.2 FCC催化劑裝置概述

FCC催化劑生產裝置通過燃燒天然氣來產生高溫煙道氣。由于生產工藝要求，需要一定量的高溫煙道風來攜帶物料，因此實際生產過程中，為滿足工藝用風需求，通常向燃燒爐內通入過量的空氣。但過量空氣中的N2與O2在爐內高溫下反應，產生大量的氮氧化物污染物。隨著環保壓力的增大，對工業大氣污染物排放的要求越來越高，外排尾氣中氮氧化物的含量成為了尾氣達標排放的一個重要指標，山東省地方標準《區域性大氣污染物綜合排放標準》規定，尾氣中氮氧化物(以NO2計)的排放標準為≤100 mg/m3。目前裝置尾氣中的氮氧化物排放量為70 mg/m3，已經達到排放標準，為進一步降低排放量，對裝置燃氣爐進行了動改試驗。

2 試驗部分

降低工業廢氣中NOx的控制方法主要從燃燒前、燃燒中和燃燒后三個階段考慮。目前對于NOx的控制方法的研究主要集中在燃燒中和燃燒后，因此，在控制燃燒中對NOx采取措施的稱為低NOx燃燒技術，把控制燃燒后的NOx的措施稱為煙氣脫硝技術。低氮燃燒技術中，過量空氣量和燃燒區溫度是影響 NOx的重要因子，因此，低NOx燃燒技術就是通過控制燃燒區域的空氣和溫度來達到降低NOx排放的效果。以達到阻止 NOx生成及降低其排放的目的。現在普遍運用于工業廢氣治理中的低 NOx燃燒技術主要有燃燒優化技術、低NOx燃燒器技術、空氣分級燃燒技術等[4]。

根據表1氮氧化物的生成機理，FCC生產裝置采用天然氣為燃料，產生的氮氧化物主要為熱力型NOx。考慮到干燥成型工序、氣流干燥工序現有的裝置配置，若采用低NOx燃燒器或空氣分級燃燒等技術，裝備的投入成本以及裝置停工對生產的影響較大，因此優先選取采取燃燒優化技術，在干燥成型工序的天然氣燃燒爐進行降低氮氧化物的試驗。

表1 NOx的生成機理[3]

2.1 降低通過高溫燃燒區的風量試驗

該套裝置的干燥成型工序的天然氣燃燒爐采用獨立的鼓風系統，試驗方案：對天然氣燃燒爐的鼓風機配風進行優化，達到降低經過高溫區的新鮮空氣量的目的。改進前后的天然氣燃燒爐流程簡圖如圖1、2所示。

圖1 原天然氣燃燒爐流程簡圖

圖2 改進后的天然氣燃燒爐流程

完成試驗方案改進后，進行了不同配風條件下的試驗。由表2可見，在保證工藝用風的前提下，將鼓風機輸送的新鮮空氣部分分流至燃燒爐頂部，減少了經過高溫燃燒區的新鮮空氣量，氮氧化物得到有效降低。

表2 不同進風條件下的尾氣氮氧化物數據

2.2 降低過量空氣系數試驗

實際生產過程中，為確保天然氣燃燒效果，通常向爐內通入過量的新鮮空氣。通過試驗調整鼓風機操作參數，降低通入爐內的空氣量，達到降低過量空氣系數的目的，尾氣中氮氧化物的變化趨勢如表3所示。

表3 不同鼓風量條件下尾氣中氮氧化物含量

由表3可見，降低鼓風機風量，對降低外排尾氣中NOx含量有明顯效果。

3 結論

在滿足裝置工藝用風的前提下，通過采取①對天然氣燃燒爐的進風量進行分流，降低經過高溫燃燒區的新鮮空氣量；②降低通入天然氣燃燒爐內的過量空氣的措施，外排尾氣中氮氧化物含量明顯降低，對同類型生產裝置降低NOx具有較好的借鑒意義。