摘 要：目前，催化裂化装置完全再生工艺的烟气中NOx的质量浓度通常在300～800mg/m3，需大量使用降低NOx助剂或选择性催化还原（SCR）等后处理设施来达标排放。一些装置采用SCR会导致锅炉系统省煤器结盐、腐蚀泄漏、压力降升高，且该方法难以实现低于NOx的质量浓度50mg/m3的深度脱硝，影响装置的长周期平稳运行和经济效益。
关键词：裂化装置;NOx;再生技术;工业应用
1 低NOx再生技术反应机理
在湍流床再生器或烧焦罐再生器中，各路催化剂按特定的高度和次序进入床层并采用优化设计的分布器，同时每路催化剂配合适量的主风进行调控，结合工艺参数的调整，使床层由下到上不同阶段烧焦过程中产生的CO及NO浓度分布匹配，从而在再生器内形成降低NOx的反应区间[1]。在NOx得到显著降低后剩余的C和CO继续在床层上部转化为CO2，实现催化剂完全再生。
2 裂化装置低NOx再生器的工业应用
如果不使用脱硝助剂，那么，LH2.2和DL1.4两套装置再生烟气NOx长期稳定低于100mg/m3的特别排放限值要求，通常在80mg/m3左右。因此，DL1.4装置未设置SCR后处理设施，LH2.2設置了SCR但不喷氨，一直处于备用状态。值得关注的是，DL1.4催化原料中残炭达到为5.7%左右、氮质量分数达到0.33%的较高水平，在配合关键工艺参数调整后，不仅不使用脱硝助剂，还无需全部使用钯助燃剂来替代性价比较高但易导致NOx上升的铂助燃剂[2]。LH2.2为新建装置，再生器尺寸和各路催化剂分布器的相对位置等参数均设置较为理想，烟气中NOx含量比DL1.4还要低。因此，LH2.2也使用一部分铂助燃剂来降低总助燃剂费用。CQ1.4为达到更严格的内控排放标准要求，采用钯助燃剂并使用脱硝助剂。再生器出口NOx的质量浓度通常在30mg/m3以下，短时间最高50mg/m3。尽管SCR不喷氨，但烟气经过SCR和烟气脱硫系统后，最终排放的质量浓度稳定保持在30mg/m3以下。DL3.5在低NOx技术改造前，烟气NOx的质量浓度通常在200～400mg/m3，采用脱硝助剂后，在原料氮的质量分数为0.15%时，烟气NOx的质量浓度为150mg/m3。改造后，原料性质变重、氮质量分数增加到0.2%，在脱硝助剂用量减少25%的情况下，同等操作条件下外排烟气氮氧化物的质量浓度通常在120mg/m3以下，对关键工艺参数进行优化后，NOx的质量分数为70～80mg/m3，考虑原料氮含量影响折算后总降幅达到50%以上。DL0.8再生器改造后在脱硝剂用量不变的情况下，NOx的质量浓度由改造前180mg/m3降低到80mg/m3，降幅56%。停用脱硝剂后，NOx的质量浓度通常在125mg/m3以下。
3 工艺参数对降低NOx的影响
3.1 低烧焦负荷工况下的关键参数
在较低烧焦负荷工况下，即装置再生器烧焦能力有余量或者原料性质变轻导致生焦量下降时，通常需要采用相对低的再生温度和较低的烟气过剩氧含量，以便在烧焦罐中下部有足够的CO产生，使NO得到还原。比较典型的参数是680℃左右甚至更低的再生温度和烟气过剩氧的体积分数2%以下才能使烟气中NOx的质量浓度保持在100mg/m3以下。这一经验与相关文献报道氧含量下降时NOx降低是一致的[3]。多次实践证明，在主、备风机切换过程中，再生温度甚至需要低至665℃左右并配合低过剩氧才能使排放达标。常规再生技术在降低再生温度和氧含量来降低NOx时，会出现平衡剂定碳高、裂化选择性变差等问题。采用低NOx再生技术的装置，按照上述条件运行，平衡剂定碳含量仍在正常水平范围内，无不良影响。
3.2 高烧焦负荷工况下的关键参数
在高烧焦负荷工况下，特别是再生器烧焦量达到操作弹性的上限时，采用低NOx烧焦技术的装置仍能满足再生烟气中NOx的质量浓度在100mg/m3以下的要求。但与传统的降低NOx需要保持较低过剩氧含量的认识不同，此时需要较高的烟气过剩氧含量。DL3.5的氧含量增加，NOx的含量随之相应下降，反之亦然。具体的数值的每个装置不同，使装置的烧焦能力和各路催化剂分布器排布情况来确定[4]。例如装置长期的实际运行数据表明，DL3.5需要将过剩氧的体积分数提高到4.5%左右，NOx的质量浓度能稳定地降低到100mg/m3以下，但DL1.4中过剩氧的体积分数只要保持在3.5%以上，就可以使烟气中NOx的质量浓度降低到70～80mg/m3。过度地提高过剩氧将增加主风机的功耗，并且有些装置的主风机能力存在瓶颈，此时，可以少量使用脱硝助剂，使降低NOx的综合成本最低。
4 结论
①通过5套装置的实际运行情况证明，采用在再生器床层中分层配置催化剂和主风、调控烧焦过程促进CO还原NO反应来降低再生烟气中NOx的技术路线是可行的;②低NOx再生技术对新建装置和烧焦罐、烧焦罐+湍流床及两段再生装置改造均具有较好的适用性;③烟气中过剩氧含量和再生温度等关键参数对NOx有较大影响，需要根据烧焦负荷高低相应调整。低负荷工况需要烟气过剩氧的体积分数低于2%和再生温度低于680℃，而高负荷工况则需要较高的烟气过剩氧含量，通常在3.5%～4.5%，不同装置具体数值会有差异。
参考文献：
[1]张振千，王松江，田耕.降低FCC装置NOx排放的工程技术[J].炼油技术与工程，2017，47（03）：18-21.
[2]胡敏.催化烟气氮氧化物排放控制技术分析[J].炼油技术与工程，2014，44（06）：1-7.
[3]李军，罗国华，魏飞.催化裂化再生过程脱硝技术[J].化工学报，2014，65（07）：2426-2436.
[4]李家强，赵斌.催化裂化装置氮氧化物减排技术研究[J].石油石化节能与减排，2014，4（02）：18-25.
