煉化企業(yè)自產(chǎn)石油焦的清潔利用

郭 濤

中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）建有2套延遲焦化裝置，年產(chǎn)石油焦約400 kt。上海石化熱電部建有3臺循環(huán)流化床（CFB）鍋爐，3臺鍋爐的設(shè)計燃料為煙煤和石油焦混燒，可以全部消耗上海石化自產(chǎn)的石油焦，而且鍋爐排放達標。煉化企業(yè)自產(chǎn)石油焦在其自備電站CFB爐上的應(yīng)用是石油焦最清潔利用的措施。

1 石油焦的產(chǎn)生和用途

石油焦是一種富含碳的固體，是在世界范圍內(nèi)所有石油煉化企業(yè)在原油提煉以及重質(zhì)烴等復雜有機分子裂解為更簡單、價值更高、更輕質(zhì)的石油產(chǎn)品的過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物，占原油加工量的3%左右，含有諸多污染物，其中硫質(zhì)量分數(shù)一般為3%～6.5%。

根據(jù)品質(zhì)不同，石油焦可以作為工業(yè)制造過程中的碳源，或是用作燃料，在發(fā)展中國家的使用尤其如此（見表1，數(shù)據(jù)來源于美國燃料與制造商聯(lián)合會）。

表1 世界石油焦用途分類 %

一些金屬在制造過程中需要使用電極級別或“煅燒”后的石油焦，即來自輕質(zhì)、低硫、低金屬含量原油的殘余副產(chǎn)物。通過煅燒可以讓這種石油焦去除灰分，從而變得更純。這些石油焦中硫的質(zhì)量分數(shù)相對較低（約3%），而且碳純度較高，因而可用于提供電解鋁、冶煉鋼或二氧化鈦所需的碳。例如，煅燒石油焦以制造陽極（用作導體的大塊固體），將氧化鋁電解還原成金屬鋁；而針狀焦（另一種純度更高的石油焦）則用于制造電爐煉鋼所需的石墨電極。

但大部分的石油焦還是被用作燃料。粗略估計，全球生產(chǎn)的80%左右的石油焦都是高硫、燃料級石油焦，由于石油焦中碳元素質(zhì)量分數(shù)為90%～97%，發(fā)熱量較高，其低位發(fā)熱量約為原煤的1.5～2倍，常常被用作工業(yè)燃料。中國市場上石油焦用途分類見表2。

表2 中國石油焦用途分類 %

2 石油焦用于CFB鍋爐焚燒

與常規(guī)燃料煤炭相比，石油焦具有高熱值、低灰分、低揮發(fā)分、高硫分、難燃盡等特點。石油焦的基碳高、含熱量高，揮發(fā)分比煤炭低，低位發(fā)熱量遠高于煙煤，灰分比燃煤小得多，煙氣中的總灰量略小于煤粉鍋爐，石油焦的煙塵排放特性基本與燃煤的煙塵排放特性一致，金屬含量相當。

2.1 CFB鍋爐焚燒石油焦的優(yōu)勢

CFB鍋爐是一種燃料清潔燃燒的鍋爐型式，通過在爐內(nèi)添加石灰石達到高效脫硫的目的，使CFB鍋爐出口的SO2排放質(zhì)量濃度小于煤粉爐出口的SO2排放質(zhì)量濃度。再經(jīng)過鍋爐尾部煙氣脫硫裝置的處理，通過煙囪排至大氣的SO2排放質(zhì)量濃度完全可以滿足到最新BG 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的超低排放指標的要求。

CFB鍋爐燃燒溫度低，又可實現(xiàn)分級燃燒，NOx排放中只有燃料型NOx，無熱力型NOx，是一種低NOx排放的鍋爐。CFB鍋爐中石油焦摻燒比例越高，NOx排放越低。與燒煤的煤粉爐比，CFB鍋爐的初始NOx排放質(zhì)量濃度也低得多，一般在150 mg／m3左右，只需配置選擇性非催化還原（SNCR）脫硝裝置，脫硝效率達70%，就可實現(xiàn)NOx低于50 mg／m3的排放指標，若配置SCR脫硝裝置，可實現(xiàn)更低的排放指標。而在配置低NOx燃燒器情況下，煤粉爐的初始NOx排放質(zhì)量濃度也不會低于300 mg／m3，必須配置SCR脫硝裝置才能使NOx達標排放。

石油焦的煙塵排放特性與燃煤的煙塵排放特性基本一致，煙塵的排放質(zhì)量濃度取決于除塵器的除塵效率。總體上石油焦的灰分比燃煤小得多，煙氣中的總灰量略低于煤粉鍋爐。

2.2 CFB鍋爐焚燒石油焦案例

上海石化熱電部有3臺循環(huán)流化床（CFB）鍋爐，1臺為620 t／h的 CFB鍋爐，2臺為310 t／h的CFB鍋爐。3臺鍋爐的設(shè)計燃料為煙煤和石油焦混燒，可以全部消耗自產(chǎn)的石油焦。

620 t／h CFB的設(shè)計額定蒸發(fā)量（ECR）為571 t／h，最大蒸發(fā)量（BMCR）為 620 t／h，瞬時最大蒸發(fā)量為670 t／h，主蒸汽壓力為9.81 MPa，主蒸汽溫度為540℃，鍋爐效率為92.36%。620 t／h鍋爐主要物料參數(shù)見表3，其中石油焦和煤的質(zhì)量比為3∶7。

表 3 620 t／h鍋爐主要物料參數(shù) t／h

310 t／h CFB的 ECR為310 t／h，主蒸汽壓力為9.81 MPa，主汽溫度540℃，鍋爐效率為90.6%。310 t／h鍋爐主要燃燒參數(shù)見表4。

表 4 310 t／h鍋爐主要燃燒參數(shù) t／h

石油焦熱值高，對鍋爐的磨損小，上海石化3臺CFB鍋爐運行近10年，摻燒效果一直較好，CFB鍋爐高效脫硫的特性正好彌補了石油焦含硫量高的劣勢。通過脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保改造后，與全煤工況煤粉爐相比，大氣污染物排放質(zhì)量濃度相當，甚至更低。表5為上海石化熱電部4套煙氣在線檢測系統(tǒng)（CEMS）2015年大氣污染物排放質(zhì)量濃度平均值。

表5 2015年大氣污染物排放質(zhì)量濃度平均值 mg／m3

從表5可以看出：燃用石油焦的CFB鍋爐其煙塵排放質(zhì)量濃度基本與煤粉爐相差無幾，SO2排放和NOx排放明顯比全燒煤的煤粉爐低。完全滿足國家目前執(zhí)行的排放標準（GB 13223—2011）的要求。

在近期上海市環(huán)保局委托第三方進行的例行環(huán)保監(jiān)測報告中，燃用石油焦的CFB鍋爐在煙氣排放、飛灰特性等各個方面的污染物（氮氧化物、粉塵、二氧化硫、重金屬、二噁英等）監(jiān)測數(shù)據(jù)均滿足國家標準的要求。

中國石油化工股份有限公司廣州分公司的兩臺CFB鍋爐焚燒自產(chǎn)石油焦，通過改造已實現(xiàn)超低排放的目標，并得到了廣州市環(huán)保局的認可。

據(jù)了解，中國石油化工股份有限公司燕山分公司通過CFB鍋爐焚燒石油焦作為危險廢棄處理項目已立項。

2.3 CFB鍋爐焚燒石油焦環(huán)保效益

石油焦是目前世界范圍內(nèi)所有石油煉化企業(yè)中對原油重油組分進行加工的常見副產(chǎn)品，其產(chǎn)量占原油加工量的3%左右，石油焦系煉化企業(yè)的必然產(chǎn)物，目前，部分省市已將石油焦列為危廢處理，其必然占用社會資源，增加處理費用，長途運輸過程中還將產(chǎn)生粉塵污染，產(chǎn)生細顆粒物PM 2.5。

在CFB鍋爐內(nèi)燃燒自產(chǎn)石油焦，配備相應(yīng)脫硫、脫硝、除塵設(shè)施，是減少石油焦煅燒污染和運輸過程產(chǎn)生粉塵的最佳選擇。

3 結(jié)語

煉化企業(yè)籌建CFB鍋爐焚燒石油焦進行集中清潔利用更科學、更環(huán)保，更適合中國國情，合理使用自有的CFB鍋爐燃用自產(chǎn)的石油焦，是對于石油焦內(nèi)部消化、綜合利用的最好方式，值得推廣。