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催化劑生產(chǎn)中NOx廢氣治理技術(shù)影響因素分析

文檔作者：劉春陽回軍王剛楊飛飛趙景霞文檔來源： I．中國石化撫順石油化工研究院 2．中國石化天津分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年04月11日
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第43卷第3期
2014年3月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．43．NO．3
March，2014
催化劑生產(chǎn)中NOx廢氣治理技術(shù)影響因素分析
劉春陽 ，回 軍 ，王 剛 ，楊飛飛 ，趙景霞
(I．中國石化撫順石油化工研究院， 遼寧撫順1 l3001； 2．中國石化天津分公司， 天津300271)
摘 要：介紹了FYHG—DN技術(shù)治理NOx廢氣的原理和技術(shù)特點(diǎn)，分析了催化劑生產(chǎn)過程中含NOx廢氣
排放特點(diǎn)和影響FYHG—DN氮氧化物治理裝置處理效果的因素，并對(duì)各因素提出有針對(duì)性的措施，以保證更好
的處理效果，滿足長周期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)需求。
關(guān)鍵詞：廢氣處理；NOx；FYHG—DN技術(shù)；超重力反應(yīng)器
中圖分類號(hào)：X 701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2014)03—0450—03
Factors Affecting Removal Efi ciency
Of Nox in Exhaust Gas From Catalyst Production
LIU Chun-yang 1，HUIJun 1，WANG gang 2，YANG Fei-fei ，ZHA0Jing-xia
(1．Fushun Research Institute ofPetroleum and Petrochemicals，Liaoning Fushun 1 13001，China；
2．Sinopec Tianjin Branch，Tianjin 300271，China)
Abstract：The principle and characteristics of FYHG—DN technology used in treating NOx waste gas were introduced．
The emission characteristics ofNO~exhaust gas from the catalyst production were analyzed as well as factors afecting
the removal eficiency of NOx by FYHG—DN technology．Targeted measures were presented to improve the treating
efect and to meet the requirements of long period of stable operation．
Key words：W aste gas treatment；NOx；FYHG—DN technology；Super gravity reactor
在石油化工行業(yè)，生產(chǎn)催化劑的爐窯經(jīng)常會(huì)排
放含有氮氧化物的生產(chǎn)廢氣，其成分主要為一氧化
氮(NO)、一氧化二氮(Nz0)、二氧化氮(NOz)
等，顏色呈棕紅色或者棕黃色，具有強(qiáng)烈的味道。
由于其對(duì)環(huán)境和人體健康具有危害性，被國家法律
規(guī)定為限制排放的主要大氣污染物之一，并納入國
家污染物排放總量控制計(jì)劃。因此企業(yè)對(duì)催化劑生
產(chǎn)廢氣治理高度重視，撫順石油化工研究院針對(duì)催
化劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的N0x廢氣，開發(fā)了FYHG
DN 超重力氮氧化物廢氣治理技術(shù)¨ ，較好地解決
了催化劑生產(chǎn)NOx廢氣治理問題。該技術(shù)采用尿素
溶液作為吸收液，以自主開發(fā)的超重力反應(yīng)器作為
氣液反應(yīng)核心設(shè)備。通過超重力反應(yīng)器自吸氣體，
并將氣體以微氣泡形式均勻分散于液體中，使氣液
兩相間發(fā)生快速傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)。廢氣經(jīng)處理后，
廢氣中的NOx被還原成氮?dú)?，粉塵被洗滌下來并存
留于吸收液中，凈化后的生產(chǎn)廢氣NOx含量滿足
《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的限值要求。該技術(shù)
已應(yīng)用于中國石化催化劑撫順分公司和南京分公司
7條催化劑生產(chǎn)線，首套工業(yè)裝置見圖1。
圖1 FYHG-DN氮氧化物工業(yè)裝置
Fig．1 FYHG-DN No treatment facility
隨著國家法律法規(guī)要求的提高，對(duì)NOx治理裝
置的長周期、高保證率和穩(wěn)定運(yùn)行提出了很高的技
術(shù)要求。因此必須認(rèn)真研究和分析每一個(gè)影響因素
才能保證實(shí)際生產(chǎn)的需求。
1 催化劑生產(chǎn)NOx尾氣排放的特點(diǎn)
催化劑生產(chǎn)工藝過程是間歇式的批量生產(chǎn)，每
一批催化劑都要經(jīng)過焙燒過程，隨著焙燒爐窯溫度
的變化，排放的污染物濃度隨之變化，廢氣的顏色
也隨濃度發(fā)生變化。催化劑生產(chǎn)爐窯排放的NOx尾
基金項(xiàng)目：中國石化集團(tuán)公司科研項(xiàng)目， 院控HB1007
收稿日期：2014-02—20
作者簡介：劉春陽(1980-)，男，山東文登人，工程師，碩士，2006年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工業(yè)催化專業(yè)，現(xiàn)在中石化撫順石油化工研究院工
作，研究方向：環(huán)境污染治理工藝技術(shù)研發(fā)。E-mail：liuchunyang．fshy@sinopec．com， 電話024—56389387。
第43卷第3期 劉春陽，等：催化劑生產(chǎn)中NO 廢氣治理技術(shù)影響因素分析 451
氣有如下特點(diǎn)：(1)濃度高。催化劑產(chǎn)生廢氣中氮 上時(shí)，對(duì)NOx處理效果均比較理想。實(shí)踐中一般控
氧化物濃度在幾百到幾千不等，某些品種的催化劑 制尿素濃度在8％～15％。FYHG—DN裝置處理的NO
所產(chǎn)生的氮氧化物濃度有到30 000 mg／m 以上，見 廢氣中含有催化劑粉塵和其他雜質(zhì)，成分復(fù)雜，對(duì)
圖2。(2)排氣量波動(dòng)大。由于催化生產(chǎn)有些不是 吸收液中尿素濃度的分析造成了極大的干擾，難于
連續(xù)的過程，并且焙燒的不同溫度階段、相同溫度 找到有效在線監(jiān)測(cè)方法。而采用國標(biāo)法進(jìn)行分析耗
的不同時(shí)間，NOx廢氣的產(chǎn)生量變化很大。(3)粉 時(shí)比較長，這對(duì)吸收液中尿素濃度的及時(shí)有效控制
塵含量高，顆粒粒徑小，難以去除，嚴(yán)重影響治理 造成困難，容易影響NOx處理效果。
裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。(4)廢氣溫度高。催化劑
窯爐出口廢氣溫度高達(dá)700 800℃，即使經(jīng)過管道
輸送后也有300～400℃。由于廢氣的上述特點(diǎn)，采
用常規(guī)的NOx治理技術(shù)難于進(jìn)行有效治理，長期困
擾催化劑生產(chǎn)企業(yè)。
圖2 未經(jīng)治理的催化劑生產(chǎn)廢氣
Fig．2 The untreated exhaust gas of catalyst production
2 FYHG—DN技術(shù)的主要特點(diǎn)
FYHG—DN 氮氧化物處理技術(shù)的主要特點(diǎn)如
下：(1)設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝流程簡單，單機(jī)即可完成
引氣、氣液混合反應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)，投資及運(yùn)行費(fèi)用
低。(2)以液體為連續(xù)相，氣體以微氣泡形式與液
體均勻混合與分散，氣液接觸面積大，傳質(zhì)速度快，
凈化效果好，能夠處理高濃度NOx廢氣，并適應(yīng)濃
度變化。(3)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢氣中NOx和粉塵的去
除，NOx與尿素反應(yīng)生成物為N ，并且不需要更換
吸收液和排放廢水，僅需要向反應(yīng)器中添加水和尿
素，不產(chǎn)生其它副產(chǎn)物，無二次污染；(4)操作簡
單，通過變頻器完成反應(yīng)器運(yùn)行控制，調(diào)整運(yùn)行轉(zhuǎn)
數(shù)和處理氣量。
3 影響裝置長周期運(yùn)行的因素分析
3．1 吸收液中尿素濃度的影響
超重力反應(yīng)器吸收液中的尿素濃度是影響
FYHG—DN 氮氧化物治理裝置處理效果的首要因
素。某生產(chǎn)條件下吸收液中尿素濃度對(duì)FYHG—DN
裝置NOx處理效果的影響見圖3。
由圖3可見，當(dāng)尿素濃度低于5％時(shí)，NOx去除
率隨尿素濃度提高增加較快；尿素濃度達(dá)到5％以
圖3 尿素濃度對(duì)NOx處理效果的影響
Fig．3 Efect of urea concentration Oil NOx removal
efi ciency
針對(duì)吸收液尿素濃度監(jiān)控的問題，采取以下三
項(xiàng)措施：(1)在線監(jiān)測(cè)吸收液pH值。吸收液中尿
素濃度降低，NOx與會(huì)與水反應(yīng)生成硝酸、亞硝酸，
從而使吸收液的pH值降低，間接反映尿素濃度水
平，當(dāng)pH值低于設(shè)定值時(shí)補(bǔ)加尿素。(2)FYHG—DN
裝置出口NOx濃度在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)出口NOx濃
度有升高趨勢(shì)，表明吸收液中尿素濃度有下降可能，
應(yīng)補(bǔ)加尿素。(3)尿素自動(dòng)投加。采用人工添加尿
素存在人為因素漏加、遲加而影響處理效果的可能，
FYHG—DN裝置采用了尿素自動(dòng)投加系統(tǒng)，并使其
與pH值監(jiān)測(cè)和出口NOx監(jiān)測(cè)形成聯(lián)鎖。這樣就大
大降低了工作強(qiáng)度和處理效果的保證性。實(shí)踐證明，
采取這三項(xiàng)措施后可以對(duì)吸收液中尿素的濃度進(jìn)行
有效的控制，并能提高處理過程的自動(dòng)化水平。
3．2 吸收液溫度影響
FYHG—DN裝置處理的NOx廢氣溫度很高，其
熱量隨著尾氣進(jìn)入吸收液，雖然處理后氣體和吸收
液水分的揮發(fā)帶走部分熱量，但累積作用使吸收液
的溫度逐漸升高。某生產(chǎn)條件下吸收液溫度對(duì)
FYHG—DN裝置NOx處理效果的影響見圖4。
由圖4可見，當(dāng)吸收液溫度在45 以下時(shí)，
NOx處理效果較好，并且溫度越低，NOx去除效果
越好，即使NO含量高，NOx去除率仍可達(dá)到85％
以上。吸收液溫度如果高于50 oC，NOx去除率下
降較快。因此，如果不采取降溫措施，吸收液溫度
將超過最佳使用范圍，而且吸收液中的水份也會(huì)因
化 工
氣體降溫和濕度增加而流失，需要補(bǔ)充大量的水，
影響吸收液液位穩(wěn)定。因此應(yīng)采取措施，使吸收液
溫度處于一個(gè)合理的水平。
圖4 吸收液溫度對(duì)NOx處理效果的影響
Fig．4 Efect of the temperature of absorption liquid on
rem oval efi ciency of NOx
吸收液降溫措施有兩種方式：進(jìn)氣降溫和吸收
液直接冷卻。由于進(jìn)氣降溫會(huì)產(chǎn)生露點(diǎn)，易形成硝
酸和亞硝酸液滴。根據(jù)計(jì)算，焙燒尾氣的露點(diǎn)溫度
在47℃左右，由于溫度下降從管壁開始，就會(huì)造
成進(jìn)氣管道的腐蝕問題。因此實(shí)踐中不宜采用進(jìn)氣
降溫措施。
吸收液直接冷卻可以采用反應(yīng)器內(nèi)置冷卻管，
也可以采用外置冷卻器。如果采用反應(yīng)器內(nèi)置冷卻
管冷卻，粉塵有可能在冷卻管外粘附影響換熱效果
問題。因此，實(shí)踐中采用外置冷卻換熱器對(duì)吸收液
進(jìn)行冷卻，并且吸收液走管程，采用工業(yè)冷水機(jī)組
提供冷源，將吸收液溫度控制在30℃以下。
3．3 處理氣量的影響
如果使用氮氧化物治理技術(shù)的處理量不能隨廢
氣的產(chǎn)生量跟蹤變化，則會(huì)帶來很大問題。當(dāng)廢氣
產(chǎn)生量大而廢氣治理裝置處理量小時(shí)，爐窯廢氣就
會(huì)發(fā)生泄漏，對(duì)操作人員的身體健康造成損害。當(dāng)
廢氣產(chǎn)生量小而廢氣治理裝置處理量大時(shí)，催化劑
粉末就會(huì)通過管道進(jìn)入廢氣治理裝置而損失，催化
劑產(chǎn)率下降，同時(shí)對(duì)廢氣處理裝置的正常操作造成
很大危害。
頻率／Hz
圖5 運(yùn)行頻率與氣量、功率關(guān)系
Fig．5 The relationship between running
frequency，prOcessing capacity and power
為了使FYHG—DN裝置的處理氣量能夠與廢氣
的產(chǎn)生量相匹配，達(dá)到最佳的廢氣治理和生產(chǎn)效果。
實(shí)踐中采用變頻器控制超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速，某處
理氣量為1 500 m ／h的FYHG—DN超重力反應(yīng)器運(yùn)
行頻率與氣量、功率關(guān)系見圖5。由圖可見，在工
作頻率范圍內(nèi)處理氣量隨運(yùn)行頻率的增加而增加，
電機(jī)的功率也隨之高。通過這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可簡
單快速地實(shí)現(xiàn)氣量的匹配，從而避免了塔式處理設(shè)
備可能出現(xiàn)的氣泛、淹塔問題。
3．4 吸收液的粉塵含量影響
催化劑生產(chǎn)廢氣的粉塵問題是催化劑廢氣處理
的難點(diǎn)。由于一些催化劑是以粉末狀態(tài)進(jìn)行焙燒，
其粉塵的粒徑非常小，溫度很高，采用常規(guī)的布袋
除塵、旋風(fēng)除塵都難以完全去處，對(duì)廢氣處理裝置
的危害很多，對(duì)填料塔等吸收裝置往往幾天就可能
堵死而停車。
尾氣經(jīng)一級(jí)超重力反應(yīng)器吸收處理后，粉塵99％
以上被洗滌下來，并積存于吸收液中。由于廢氣中的
粉塵量較高，每日吸收液中累積的粉塵濃度將增加，
最后吸收液變?yōu)槟酀{狀，黏度很大。雖然吸收液可以
容納一定的粉塵量，但過度積累將影響吸收效果、及
設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)采取吸收液凈化措施。
催化劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的某些粉塵較細(xì)(0～2O
m占60％，20～40 m占40％)，采用自然沉降的
方法有時(shí)難以去除。實(shí)踐過程中采用離心泵側(cè)線抽
出吸收液經(jīng)疊螺機(jī)去除吸收液中的粉塵。分離后的
清液依靠液位差自流返回超重力反應(yīng)器。疊螺機(jī)底
部分離出的泥餅排出系統(tǒng)，與催化劑廠廢固體物一
起處理、處置。
4 結(jié)論
針對(duì)催化劑生產(chǎn)尾氣排放間斷、粉塵含量高、
NOx濃度變化大的特點(diǎn)，F(xiàn)YHG—DN技術(shù)采用了超重
力反應(yīng)器強(qiáng)化了傳質(zhì)反應(yīng)的過程，簡化了廢氣處理流
程。影響FYHG—DN裝置處理效果的主要因素是吸收
液尿素濃度、溫度、粉塵含量和裝置的處理氣量，實(shí)
踐中應(yīng)對(duì)這些因素采取有效措施，以保證裝置的長周
期運(yùn)行效果，提高廢氣達(dá)標(biāo)排放的保證I生。
工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，采用FYHG—DN技術(shù)能夠
有效解決催化劑生產(chǎn)中NOx廢氣處理問題，實(shí)現(xiàn)尾
氣處理達(dá)標(biāo)排放。以某催化劑生產(chǎn)廠為例，進(jìn)氣為
棕紅色，處理后氣體無色。進(jìn)氣NOx 4 527 20 521
mg／m ，平均15 400 mg]m3o二級(jí)處理后總排中的NOx
均小于240 mg／m ，總?cè)コ蔬_(dá)到98．8％以上，滿足
《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297—1996)要
求，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。 (下轉(zhuǎn)第456頁)
456 當(dāng) 代 化 工 201 4年3月
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