催化裂化再生煙氣DRG脫硫除塵系統(tǒng)研究

高玉巖

(遼寧省鞍山市岫巖縣環(huán)境保護(hù)局，遼寧鞍山114300)

1 引言

我國煉油企業(yè)以前主要加工低硫原油，從FCC(催化裂化)裝置排出的SOX量并不大，環(huán)保要求也不嚴(yán)格。隨著沿海沿江煉油廠加工進(jìn)口原油，特別是中東含硫原油數(shù)量的增加，F(xiàn)CC裝置原料的含硫量加大，大量的SOX及顆粒物已經(jīng)成為主要的空氣污染源。因此，減少煉油廠SOX排放正受到前所未有的關(guān)注［1，2］。

目前濕法仍是煙氣SO2脫除的主要方法，主要有石灰石(石灰)法、雙堿法、鎂法、氨法等。其中雙堿法的優(yōu)點(diǎn)是塔內(nèi)鈉基清液吸收，可大大減少塔結(jié)垢機(jī)會;在較低的液氣比下可得到較高的脫硫率;石灰的利用率較高［3，4］。在濕法煙氣脫硫中吸收塔種類較多，主要有噴淋空塔托盤塔、液柱塔、噴射鼓泡塔、氣動脫硫除塵塔等［5］。其中氣動脫硫除塵塔充分利用空氣動力學(xué)原理，在處理煙氣SO2及粉塵方面效果顯著。

2 雙堿法脫硫機(jī)理

采用純堿吸收SO2，吸收液再用石灰進(jìn)行再生，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣的少量沉淀物，再生后的溶液最終返回吸收塔，如此循環(huán)使用。循環(huán)吸收過程中發(fā)生的反應(yīng)如下［6］:

吸收反應(yīng):

再生反應(yīng):

氧化反應(yīng):

某石化公司DRG工藝系統(tǒng)試驗(yàn)裝置與基本流程，見圖1。

原煙氣自酸化塔煙氣入口進(jìn)入塔內(nèi)，循環(huán)漿液通過吸收部分SO2后pH值降低;煙氣經(jīng)酸化塔后進(jìn)入氣動脫硫除塵塔進(jìn)一步脫硫，同時除去大部分粉塵;凈煙氣經(jīng)過氣動脫硫除塵塔塔頂煙囪排入大氣。

系統(tǒng)初始運(yùn)行時以純堿為脫硫劑，在氣動脫硫除塵塔內(nèi)生成亞硫酸鈉與亞硫酸氫鈉;這部分漿液排出塔外，與石灰乳(主要成分是Ca(OH)2)反應(yīng)生成再生漿液，漿液的主要成分是亞硫酸鈉、少量的NaOH和亞硫酸鈣(固體)。再生漿液經(jīng)過濃縮罐沉淀分離。濃縮罐溢流去軟化罐，純堿除鈣軟化后，鈉鹽溶液返回氣動脫硫塔循環(huán)利用。濃縮罐底流漿液亞硫酸鈣進(jìn)入生長罐，用酸化塔排出的酸性溶液對生長罐內(nèi)的亞硫酸鈣漿液進(jìn)行酸化處理，使?jié){液的pH值降低。生長罐上清液返回酸化塔，底流中通入氧化空氣，使亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(即石膏)。硫酸鈣在生長罐內(nèi)充分結(jié)晶形成大顆粒的固體石膏，再利用石膏旋流器和皮帶脫水機(jī)對石膏漿液進(jìn)行固液分離。

氣動脫硫除塵塔主要由煙氣入口段、煙氣穩(wěn)定段、貯漿段、氣動脫硫單元、氣水分離器、煙氣出口段組成。氣動脫硫除塵塔核心部件為氣動脫硫單元，它充分利用空氣動力學(xué)原理，煙氣從氣動脫硫單元下方進(jìn)入，在旋流器的作用下，形成具有一定速度的向上的旋轉(zhuǎn)氣流，將單元上端注入的吸收液托住反復(fù)旋切，形成一段動態(tài)穩(wěn)定的液粒懸浮層。因氣相流速高、剪切力強(qiáng)，故液相和氣相的聚散組合瞬時、隨機(jī)發(fā)生，氣液兩相的比表面積高，摻混強(qiáng)度大，傳質(zhì)效率高，從而達(dá)到有害氣體吸收、粉塵捕集的目的。該脫硫除塵裝置主要設(shè)計數(shù)據(jù)見表1。

圖1 DRG工藝系統(tǒng)試驗(yàn)裝置與基本流程

表1 試驗(yàn)脫硫除塵裝置主要設(shè)計數(shù)據(jù)

3 運(yùn)行參數(shù)分析

3.1 脫硫除塵效率的影響因素分析

利用圖1中裝置進(jìn)行試驗(yàn)，采用正交實(shí)驗(yàn)法以減少試驗(yàn)次數(shù)，最終確定影響脫硫因素的合理范圍，對操作條件進(jìn)行優(yōu)化。影響脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的因素較多，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)主要影響因素有酸化塔液氣比(L/G)(A)、氣動脫硫除塵塔漿液pH值(B)、氣動脫硫除塵塔漿液Na+濃度(C)、氣動脫硫除塵塔液氣比(L/G)(D)。確定的因素與水平見表2。

表2 因素水平表

本試驗(yàn)共有4個因素，且不考慮因素間的交互作用，選用正交表L16(44)來安排試驗(yàn)。試驗(yàn)主要煙氣參數(shù)見表1，試驗(yàn)時進(jìn)口煙氣SO2含量800mg/Nm3(表3)。

表3 試驗(yàn)方案和結(jié)果

根據(jù)極差Rj的大小可知影響脫硫效率因素的主次順序?yàn)锽＞D＞C＞A。

圖2 因素－指標(biāo)圖

根據(jù)圖2可知4個影響因素數(shù)值越高，脫硫效率越高。氣動脫硫除塵塔漿液pH值對脫硫效率影響最大。pH值在7以下時，隨著pH值降低，脫硫效率下降很快。pH值在7以上時，其對脫硫效率影響減弱，但仍有上升趨勢。雖然pH值越高，脫硫率越高，但pH值太高，容易導(dǎo)致塔外漿液結(jié)垢現(xiàn)象和石灰利用率下降。因此脫硫除塵塔漿液的pH值控制在7.0～7.5左右比較合理。

氣動脫硫除塵塔液氣比(L/G)也是影響脫硫效率的另一大因素，液氣比越大，脫硫效率越高。液/氣比(L/G)在4.0以下時，脫硫率隨著液氣比的提高上升很快。但由于漿液循環(huán)量的增大，循環(huán)漿液泵(電耗)也會增大，增加了運(yùn)行費(fèi)用。所以脫硫除塵塔液/氣比(L/G)為3.0～5.0比較合理。

Na+濃度提高也會提高脫硫效率，但影響力遠(yuǎn)不及氣動脫硫除塵塔漿液 pH和液氣比(L/G)，另外Na+濃度提高意味著純堿的耗量增加。脫硫除塵塔鈉鹽的含量控制在8%～10%左右比較合適。

酸化塔液氣比(L/G)對脫硫效率影響最小。由于沒有吸收劑，酸化塔對SO2主要是物理吸收。但液氣比不能太小，否則影響脫硫漿液酸化，石膏品質(zhì)下降。綜合考慮，酸化塔液氣比(L/G)控制在3.0～4.0比較合理。

通過調(diào)試，主要設(shè)備中酸化塔液氣比(L/G)控制在3.5左右;氣動脫硫除塵塔鈉鹽的含量控制在10%左右，pH值控制在7.0左右，液/氣比(L/G)為 4，此時脫硫除塵效果滿足要求而且經(jīng)濟(jì)合理。粉塵的捕集主要與塔的結(jié)構(gòu)有關(guān)系，運(yùn)用氣動技術(shù)，塔的氣動段具有很高的粉塵去除率。

在已確定的參數(shù)下，脫硫除塵裝置入口不同SO2、粉塵濃度下的脫除率分別見圖3和圖4。此脫硫除塵裝置具有較高SO2、粉塵去除率，而且適用工況范圍廣，對催化裂化煙氣SO2含量變化較大、粉塵粒徑細(xì)、含塵量波動大具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.2 石膏品質(zhì)的影響因素

石膏品質(zhì)的保證是指石膏組成成分達(dá)到規(guī)定的保證值，主要有游離水含量(wt%)≤10%、CaSO4·2H2O含量(wt%)≥90%、可溶性 Cl－≤100mg/kg。

石膏中游離水含量的控制通過石膏旋流器和皮帶脫水機(jī)可以實(shí)現(xiàn);石膏中可溶性Cl－濃度的控制通過外排一定的廢水量實(shí)現(xiàn)。

圖3 不同SO2濃度下的脫硫效率

圖4 不同粉塵濃度下的粉塵脫除率

出產(chǎn)石膏的主要成分CaSO4·2H2O含量與生長罐中的CaSO4·2H2O的生長環(huán)境有關(guān)系，主要是pH值。由(7)式，CaSO4·2H2O是由CaSO3· 1/2H2O氧化而來，圖5是氧化速率與pH值的關(guān)系［5］。

圖5 氧化速率與pH值的關(guān)系

利用圖1中裝置進(jìn)行試驗(yàn)，石膏中CaSO4·2H2O含量(wt%)含量與pH值關(guān)系見表4，由表可知pH值的影響基本與圖5相符。一般生長罐pH值控制在4.5～6之間比較合理。

表4 CaSO4·2H2O含量與pH值關(guān)系

4 結(jié)語

應(yīng)用雙減法與氣動技術(shù)(DRG技術(shù))相結(jié)合的脫硫除塵技術(shù)處理催化裂化再生煙氣，脫硫除塵塔漿液的 pH 值控制在 7.0 ～7.5，液/氣比(L/G)為 3.0 ～5.0，鈉鹽的含量控制在8% ～10%，酸化塔液氣比(L/G)為3.0 ～4.0，生長罐 pH 值控制在 4.5 ～6，脫硫效率一般可達(dá)到95%以上，除塵效率可達(dá)到90%以上，出產(chǎn)石膏品質(zhì)較好;另外DRG技術(shù)對催化裂化再生煙氣的SO2含量變化大、微細(xì)粉塵含量波動性強(qiáng)的特點(diǎn)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

［1］吳中標(biāo)，楊明珍.燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫設(shè)施運(yùn)行與管理［M］.北京:北京出版社，2007.

［2］郭東明.脫硫工程技術(shù)與設(shè)備［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1985.

［4］內(nèi)維爾.大氣污染控制工程(影印版)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［5］莫建松.雙堿法煙氣脫硫工藝的可靠性研究及工業(yè)應(yīng)用［D］.杭州:浙江大學(xué)，2006.

［6］周至祥，段建中.火力發(fā)電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊［M］.北京:中國電力出版社，2006.