湍流傳質(zhì)技術(shù)在油頁巖干餾裝置脫硫的應(yīng)用

何紅梅，孫 峰

（1. 撫順礦業(yè)集團(tuán)工程技術(shù)研究中心，遼寧 撫順113008； 2. 遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順113001）

近年來國家以大力削減污染物排放總量作為大氣污染防治的重點(diǎn)，但是，燃煤、燃油、燃?xì)馀欧诺拇罅繜焿m、二氧化硫、氮氧化物等污染物仍會(huì)使城區(qū)空氣嚴(yán)重污染。為此，對(duì)煙氣凈化設(shè)備就提出了更高的要求，如設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，不堵塞，不結(jié)垢，效率高，運(yùn)行費(fèi)用低等。湍流傳質(zhì)技術(shù)在全國各地燃煤鍋爐及工業(yè)窯爐煙氣凈化的工程應(yīng)用中，能很好滿足上述這些要求，效果良好，該技術(shù)是目前我國濕法除塵脫硫一體設(shè)備的典范，具有國際先進(jìn)水平[1]。

1 油頁巖干餾裝置脫硫現(xiàn)狀

每套油頁巖干餾裝置由干餾單元、加熱單元和回收單元組成。每套加熱單元由加熱爐及附屬設(shè)施組成，燃燒瓦斯在加熱爐內(nèi)燃燒后的煙氣直接通過煙囪排放。為更好完成國家規(guī)定減排指標(biāo)，需增加煙氣除塵、脫硫設(shè)備，確保煙氣中 SO2和粉塵達(dá)標(biāo)排放。

1.1 煙氣的特點(diǎn)分析

干餾工藝中加熱爐為間歇蓄熱式的供熱設(shè)備，它的作用是將80 ℃低溫干餾瓦斯加熱到750 ℃后作為熱載體供頁巖干餾所需熱量。因油品回收系統(tǒng)的效率問題，循環(huán)瓦斯仍然攜帶約20 g/Nm3頁巖油，在加熱爐蓄熱和燃燒兩個(gè)過程中，循環(huán)瓦斯所攜帶的頁巖油先是吸附在蓄熱格子磚上；然后部分頁巖油又會(huì)解吸而隨著燃燒的熱煙氣排放，因此，煙氣中含油量平均約為900 mg/Nm3。這一點(diǎn)與焦化、電廠等行業(yè)所排放的煙氣有區(qū)別。針對(duì)煙氣含油的特點(diǎn)，必須對(duì)煙氣進(jìn)行除油、除塵預(yù)處理，避免煙氣含油影響脫硫塔的脫硫效率。

1.2 傳統(tǒng)脫硫設(shè)備的特點(diǎn)

干餾裝置的煙氣脫硫設(shè)施因煙氣除油效果不好，使得脫硫液中含有大量頁巖油及油泥，造成脫硫管線、脫硫塔內(nèi)噴頭堵塞。以及脫硫塔、泵等設(shè)備材質(zhì)腐蝕等問題，常常使脫硫設(shè)施不能正常運(yùn)行，且脫硫效率低下。

2 脫硫工藝流程及主要設(shè)備

脫硫工藝采用鈉-鈣雙堿法，與傳統(tǒng)脫硫工藝所采用的填料塔、噴淋塔、板式塔等脫硫塔設(shè)備不同，采用湍流式脫硫塔，塔內(nèi)無噴頭。同時(shí)在工藝中增加湍流式洗滌除油設(shè)備。

2.1 脫硫工藝簡述

加熱爐燃燒后的煙氣進(jìn)入湍流式洗滌除油塔，使洗滌水與煙氣在湍流發(fā)生器中充分接觸，使煙氣中大部分油類物質(zhì)和粉塵被水吸附洗滌。凈化后的煙氣進(jìn)入湍流式脫硫塔，脫硫液與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)煙氣的凈化。凈化后的煙氣經(jīng)脫硫塔上部的高效氣液分離器脫除水霧后，通過煙囪排放。進(jìn)入水中的油類物質(zhì)和粉塵經(jīng)塔下循環(huán)水池沉降、浮油后，采用收油機(jī)將浮油收入儲(chǔ)油池；而吸收二氧化硫后的脫硫吸收液自流進(jìn)入混合再生池，與石灰漿液反應(yīng)生成難溶的亞硫酸鈣后進(jìn)入沉淀池，在池中經(jīng)鼓入的空氣氧化成石膏，沉淀后用抓斗機(jī)撈出，上清液則返回清液池[2]。

2.2 脫硫工藝原理

2.2.1 脫硫反應(yīng)

公式（1）為啟動(dòng)階段 Na2CO3溶液吸收 SO2的反應(yīng)，公式（2）為再生液pH=9時(shí)，NaOH溶液吸收SO2的主反應(yīng)，公式（3）為溶液pH值為5～9較低時(shí)的主反應(yīng)。

2.2.2 氧化過程

公式（5）為副反應(yīng)。

2.2.3 再生過程

2.2.4 氧化過程

2.3 工藝流程

2.3.1 煙氣流程

燃燒瓦斯→加熱爐燃燒煙氣→煙道出口→除油器→湍流過濾器→汽水分離器→引風(fēng)機(jī)→進(jìn)入煙道→煙囪→大氣[3]。

2.3.2 循環(huán)水流程

循環(huán)水池→循環(huán)水泵→布水器→湍流過濾器→集水排水器→循環(huán)水池→再生池→渣水分離→排渣→抓斗機(jī)。

2.4 主要設(shè)備

主體設(shè)備有湍流式洗滌除油器、脫硫塔、除霧器。配套設(shè)備有循環(huán)水泵、攪拌器、布水器、再生泵等。除油器、脫硫塔為核心設(shè)備。其內(nèi)部的關(guān)鍵設(shè)備為湍流過濾器，因此，脫硫塔也稱湍流式傳質(zhì)塔[4]。

湍流式傳質(zhì)塔是通過塔底強(qiáng)力風(fēng)機(jī)形成強(qiáng)大速度氣流，改變流道的寬度和方向，增強(qiáng)氣流的擴(kuò)散能力形成湍流場，氣液固三相進(jìn)入湍流場被撞擊分散，大大提高相間的接觸面積：氣、液、固比表面積。同時(shí)，基元間實(shí)現(xiàn)高速的表面更新，保持穩(wěn)定高速的傳質(zhì)，這就大大提高了設(shè)備的分離、反應(yīng)效率。因此，在湍流場中，液體的比表面積比傳統(tǒng)的脫硫設(shè)備如噴淋塔、填料塔等的液體比表面積增加幾十倍。

通常情況下，100 g 60 ℃的水最多可溶解60 g二氧化硫，按照雙膜理論設(shè)計(jì)的噴淋塔、填料塔等，只能溶解0.004 g二氧化硫。而超強(qiáng)湍流傳質(zhì)除塵脫硫技術(shù)，可溶解4 g以上的二氧化硫。如此超強(qiáng)的溶解力，是脫除二氧化硫的關(guān)鍵所在。在這種超強(qiáng)傳質(zhì)情況下，小于5 μm的超細(xì)粉塵在氣液比表面積大大增加的條件下，絕大部分都被捕捉，實(shí)現(xiàn)高效凈化。此外，在除塵脫硫塔上方裝有脫水器，能將煙氣所攜帶的部分水進(jìn)行脫除，經(jīng)脫水后的煙氣含濕量僅有2.79﹪。

3 湍流傳質(zhì)脫硫與傳統(tǒng)脫硫的對(duì)比

為說明湍流傳質(zhì)脫硫技術(shù)的應(yīng)用效果，在同樣采用鈉-鈣雙堿脫硫工藝的前提下，通過除油設(shè)備與脫硫設(shè)備均采用湍流傳質(zhì)塔，與傳統(tǒng)的脫硫工藝中除油設(shè)備采用文丘里多管濕法除油器，脫硫設(shè)備采用多腔噴淋脫硫塔進(jìn)行脫硫效果對(duì)比說明。對(duì)比情況見表1。

4 結(jié) 論

⑴干餾裝置的煙氣中含有大量的難以處理的輕質(zhì)頁巖油，傳統(tǒng)脫硫技術(shù)中除油設(shè)備的除油效率不高，影響了后序脫硫工藝的脫硫效率。建議應(yīng)對(duì)煙氣中所含的頁巖油進(jìn)行監(jiān)測分析，并采用高效湍流式除油塔進(jìn)行脫油除塵，除油效率≥90%，有針對(duì)性的解決了這個(gè)問題[4]。

⑵湍流式脫硫塔為除塵脫硫一體，可處理含塵量多、二氧化硫濃度高的煙氣操作彈性大，穩(wěn)定性強(qiáng)。

⑶脫硫塔塔內(nèi)不設(shè)噴頭，無噴頭堵塞現(xiàn)象。解決了脫硫液含油、含塵量較多，導(dǎo)致噴頭、管線堵塞問題。

⑷針對(duì)設(shè)備、管線易腐蝕現(xiàn)象，改進(jìn)脫硫設(shè)備的材質(zhì)，除油塔、脫硫塔等設(shè)備全部采用不銹鋼材質(zhì)，循環(huán)泵等設(shè)備均采用高分子聚乙烯或耐磨聚氨酯作防腐之襯里，材質(zhì)更加耐腐蝕，使用壽命更長。

⑸為解決引風(fēng)機(jī)帶水問題⑹。在脫硫塔內(nèi)裝有除霧裝置有效實(shí)現(xiàn)了氣液分離，確保排放煙氣中的 含濕量＜75 mg/Nm3。

表1 湍流傳質(zhì)脫硫技術(shù)與傳統(tǒng)脫硫技術(shù)的主要指標(biāo)對(duì)比表Table 1 The main indicators of turbulent mass transfer desulfurization technology and tradition desulphurization technology comparison table

綜上所述，湍流傳質(zhì)脫硫技術(shù)設(shè)備先進(jìn)，脫硫系統(tǒng)可用率高于98%，二氧化硫排放濃度低于150 mg/Nm3，脫硫效率≥95%; 煙塵排放濃度低于 50 mg/Nm3，是目前油母頁巖干餾行業(yè)應(yīng)用中最為先進(jìn)、可靠的脫硫工藝。

［1］李明澤，黃建寧，孫連克.煤煙脫硫工藝簡述[J].重型機(jī)械，2010（增2）:93-95.

［2］黃建寧,李森林.運(yùn)用冶金焦化生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)油頁巖煉制新工藝[J].重型機(jī)械，2009（4）:12-15.

［3］蒲恩奇.大氣污染治理工程[M].北京:高等教育出版社,1999:216-236.

［4］郝吉明,等.大氣污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,2010:324-3 70.

［5］李森林.新型頁巖油回收工藝研究[J].陜西冶金，2008（1）:41-44.