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編 輯 | 化工活動家

來 源 | 煉油技術與工程 鎮海煉化

作 者 | 劉曉成等

關鍵詞 | 丙烷脫氫  空氣系統

共 2135 字 | 建議閱讀時間 10分鐘

導 讀

丙烷脫氫工藝以丙烷為原料制丙烯，是實現高附加值最有效的途徑，經過不斷完善，該工藝的能耗和收率遠優于煤制烯烴工藝，具有較強競爭力，工業應用也日趨成熟。目前國內丙烷脫氫制丙烯工藝成功商業化的主要有UOP公司的Oleflex工藝和Lummus公司的Catofin工藝，這兩種工藝的主要差別在于催化劑和反應工段的不同，在實際運行中都存在一些問題。

流程簡述及存在的問題

鎮海煉化丙烷脫氫裝置采用Lummus公司的Catofin脫氫專利。該工藝采用固定床反應器進行脫氫反應，主要分成兩個系統：烴系統和空氣系統。

烴系統主要是用于丙烷脫氫反應，利用8臺反應器循環脫氫，再生得到丙烯和丙烷的混合物，經分離得到丙烯產品。

空氣系統主要用于反應器脫氫床層再生再熱，空氣(1120t/h)經過濾器脫除雜質，利用壓縮機升壓至0.1MPa，壓縮后的空氣經空氣預熱器加熱至270℃，進入煙氣余熱鍋爐加熱至380℃，最后經空氣加熱爐加熱至630℃，加熱空氣進入反應器再生脫氫催化劑。從反應器流出的再生煙氣(10kPa，560℃)經非金屬膨脹節、煙氣余熱鍋爐在300℃條件下選擇性催化還原(SCR)脫硝后進入空氣預熱器，回收熱量后排至大氣。丙烷脫氫裝置空氣系統流程示意見圖1。

反應器催化劑再生需要1120t/h的空氣升溫至630℃才能滿足生產要求，因此空氣系統具有壓力低、溫度高、流量大的特點。在實際運行中空氣系統出現了一些問題：

①再生煙氣未脫硝之前呈棕黃色；

②在高負荷工況下，空氣系統非金屬膨脹節經常破損；

③煙氣余熱鍋爐入口錐段隔熱材料破損，導致煙氣余熱鍋爐錐段表面超溫，在長周期運行中，再生煙氣的氨逃逸率和NO_x含量隨著SCR脫硝催化劑床層壓差上升而升高。

分析與討論

01

再生煙氣中污染物

空氣系統再生煙氣未脫硝時呈棕黃色，分析發現煙囪外排煙氣中的主要污染物為NO_x。

 

①空氣加熱爐溫度對污染物含量的影響

在未安裝SCR脫硝催化劑床層前，空氣系統升溫時煙囪排放口的煙氣顏色有明顯的變化：加熱爐出口溫度較低時，外排煙氣顏色較淺；加熱爐出口溫度升至630℃時，煙氣顏色較深。對不同溫度下空氣加熱爐出口的再生煙氣取樣分析，結果見表1。

從表1可以看出，加熱爐出口溫度越高，煙氣中NO_x含量越高，并且加熱爐出口煙氣中的污染物主要為NO。

②SCR脫硝催化劑對污染物的脫除效果

為了脫除NO_x，在煙氣余熱鍋爐內安裝SCR脫硝催化劑床層。再生空氣溫度630℃時，分別在空氣加熱爐入口、空氣加熱爐出口、反應器出口及煙囪排放口采集煙氣進行分析，結果見表2。

從表2可以看出，煙氣中NO_x主要產生于空氣加熱爐。經過反應器后，煙氣中CO₂和CO濃度升高，說明再生空氣在反應器中有燃燒跡象；NO_x總濃度升高，NO₂濃度升高，NO濃度降低，說明脫氫催化劑能促進NO_x的生成。與反應器出口相比，煙囪排放口煙氣中的SO₂濃度明顯降低，原因可能是經過SCR催化脫硝后，SO₂被氧化成SO₃或與氨氣反應生成了銨鹽。經SCR催化脫硝后，煙氣中NO_x濃度大幅度降低，滿足GB 31571-2015《石油化學工業污染物排放標準》的要求，說明SCR催化脫硝是降低NO_x濃度的有效手段。

02

非金屬膨脹節破損

在長周期運行中非金屬膨脹節多次破損，導致高溫煙氣泄漏。破損原因：

①膨脹節裝配時接頭未焊透；

②接頭處過熱造成焊接填料熔化而失去強度。為徹底解決該隱患，將非金屬膨脹節更換為金屬膨脹節(見圖2)，已平穩運行2a。說明雖然空氣系統壓力低，但煙氣溫度高，非金屬膨脹節不適用于該系統。

03

煙氣余熱鍋爐入口錐段表面溫度異常升高

日常監測發現煙氣余熱鍋爐錐段表面溫度緩慢上升至478℃，裝置停工內部檢查時發現余熱鍋爐錐段內保溫層嚴重損壞。原因可能是余熱鍋爐入口錐段煙氣流速高達50m/s，在高流速下入口錐段形成真空，保溫材料被抽吸至催化劑孔道，導致煙氣在孔道中流速降低，而煙氣從反應器流出后帶有少量催化劑粉塵和鐵銹顆粒物，它們在低流速下沉降至催化劑孔道，最終堵塞催化劑孔道。為了徹底解決該問題，將余熱鍋爐入口錐段內保溫層改用派羅塊纖維模塊加內襯護板。派羅塊纖維模塊不僅有較高的強度，還具備低熱傳導性。改造后，余熱鍋爐錐段表面溫度降至101℃，已平穩運行2a。

04

SCR脫硝催化劑床層壓差升高

SCR脫硝催化劑床層壓差從2.3kPa升至6.5kPa，遠超設計值(4.3kPa)，嚴重威脅床層運行，裝置被迫停運消缺。為充分利用SCR脫硝催化劑，將催化劑大模塊解體成小模塊，拆開脫硝催化劑大模塊后發現催化劑孔道已被堵塞，見圖3。

用0.6MPa的工廠風逐一吹掃小模塊孔道，吹掃干凈后復裝成大模塊重新投入使用。

SCR脫硝催化劑檢修前后數據見表3。

運行中SCR脫硝催化劑床層壓差逐漸升高，氨逃逸率升高，脫硝效率降低。吹掃后，SCR脫硝催化劑床層壓差、脫硝活性和氨逃逸率恢復至初始狀態，說明清除積灰能夠恢復SCR脫硝催化劑的脫硝性能，驗證了該SCR脫硝催化劑屬可逆失活。

取SCR脫硝催化劑孔道內的積灰，用ICP掃描光譜儀分析得知，積灰組成以硅、鋁、鈣、鐵、鉻為主，為保溫材料、鐵銹和脫氫催化劑粉塵。借鑒某發電廠的經驗，在SCR脫硝催化劑床層處增加高頻聲波吹灰器系統，其發聲功率達30kW，發聲頻率在10~10000Hz，能與設備內部任意形式的積灰產生共振，可以有效清除積灰、解決堵塞。使用高頻聲波吹灰器系統后，SCR脫硝催化劑床層壓差未出現明顯上升的現象。

05

使用不同SCR脫硝催化劑的對比

為了推進丙烷脫氫裝置SCR脫硝催化劑國產化、降低裝置運營成本，選擇某國產催化劑與原進口催化劑進行對比，結果見表4。

發現該國產催化劑與進口催化劑存在一定的差距。

 

原進口催化劑對NO和NO₂的脫除率高，更換該國產SCR脫硝催化劑后，NO和NO₂脫除率以及總體脫硝效率降低。針對丙烷脫氫裝置空氣系統的特殊性，國產SCR脫硝催化劑需要開發專一性強的產品才能滿足市場要求。