石油煉化企業(yè)煙氣脫硫技術(shù)研究綜述

張森田

(中海油石化工程有限公司,山東 青島 266101)

近年來國內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)保持良好發(fā)展態(tài)勢(shì)，城市化建設(shè)進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)，但與此同時(shí)，也帶來了一系列的空氣污染等環(huán)境問題，尤其是石油煉化企業(yè)的煙氣排放問題更是日漸凸顯。為了降低石油煉化企業(yè)的煙氣污染問題，企業(yè)在排放之前必須要通過脫硫技術(shù)來凈化煙氣，從而來降低煙氣所造成的環(huán)境污染問題，由于石油煉化企業(yè)所采用的加工工藝各不相同，因此在煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用上也存在一定差異，根據(jù)具體情況的不同實(shí)施不同的技術(shù)手段。目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域內(nèi)的研究初步獲取成果，在此背景下，圍繞石油煉化企業(yè)煙氣脫硫技術(shù)理論研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，能夠?yàn)閷?shí)踐工作的開展提供充分的理論參考與借鑒。

1 濕法煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展

濕法煙氣脫硫技術(shù)的主要特點(diǎn)是將脫硫系統(tǒng)設(shè)置于排煙管道的末尾位置，脫硫過程當(dāng)中的反應(yīng)溫度在露點(diǎn)以下，因此經(jīng)由濕法脫硫處理的煙氣需再次接受加熱處理之后才能將其排出，這是比較常用的煙氣脫硫技術(shù)，又可將其細(xì)分為石灰石-石膏濕法、氧化鎂濕法、雙堿法、以及氨法等。

1.1 石灰石-石膏濕法

華淞[1](2016)在研究中著重針對(duì)石灰石-石膏濕法的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，提出該脫硫技術(shù)手段的工藝原材料以石灰石、石灰為主，這兩種材料均為市場常見材料，作為脫硫吸收劑是較為合理的，也可以將石灰石打磨成為粉狀，與水調(diào)和攪拌成為漿液進(jìn)行使用。同時(shí)，研究中提出在吸收塔當(dāng)中，石灰石吸收劑與煙氣充分融合，石灰石中的碳酸鈣成分會(huì)與煙氣中的二氧化硫產(chǎn)生反應(yīng)，并且在氧化空氣注入其中后發(fā)生繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而二氧化硫?qū)?huì)被完全脫除，成為石膏形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步對(duì)脫硫技術(shù)處理后的煙氣進(jìn)行除霧器的處理，使殘留的液滴完全處理干凈，最后進(jìn)行加熱升溫處理，方可排除煙氣，并且脫硫石膏可進(jìn)行脫水處理進(jìn)而回收，達(dá)到循環(huán)利用的效果。

梁磊[2](2016)在研究中提出，石灰石-石膏濕法的主要特點(diǎn)是將空氣鼓入到空氣當(dāng)中，強(qiáng)制性的將煙氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，并且生成了石膏這一副產(chǎn)品，同時(shí)將氧氣鼓入到石灰石漿液中后，在空氣的作用下，漿液更加均勻，從而使得石灰石漿液對(duì)二氧化硫的脫硫率可以得到90%左右。石灰石-石膏濕法脫硫的方式經(jīng)濟(jì)成本投入較低，無論是在制造、運(yùn)輸或者保存等方面都較為便利，從20世紀(jì)80年代開始便在煙氣脫硫當(dāng)中應(yīng)用，是較早出現(xiàn)并沿用至今的一種濕法脫硫技術(shù)手段，不僅在石油煉化企業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，同時(shí)也在火電廠等工業(yè)企業(yè)廢氣排放中得以應(yīng)用，應(yīng)用范圍十分廣泛。

應(yīng)當(dāng)引起注意的是，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)也存在一定的弊端，主要是處理過程中所消耗的時(shí)間相對(duì)較長，需要一定的前期投入，占地面積較大，操作過程較為復(fù)雜，并且脫硫后的副產(chǎn)品石膏的后續(xù)處理麻煩，并且發(fā)生管道堵塞的可能性較高，因此石油煉化企業(yè)應(yīng)當(dāng)要根據(jù)自身的規(guī)模與實(shí)際需求來確定是否適宜使用濕法煙氣脫硫技術(shù)。

1.2 氧化鎂濕法

田露等[3](2018)在研究中針對(duì)氧化鎂濕法脫硫技術(shù)手段展開分析。實(shí)際上，氧化鎂濕法脫硫技術(shù)與石灰石-石膏脫硫技術(shù)手段多有相似之處，兩者之間的區(qū)別在于將吸收劑改為氧化鎂。應(yīng)用方法是將氧化鎂配置為溶液，進(jìn)而將其置于吸收塔當(dāng)中，隨后二氧化硫便會(huì)被氧化成為無水硫酸鎂，反應(yīng)物水溶性高，不會(huì)造成管路的堵塞，并且可以進(jìn)行循環(huán)利用，相較于石灰石-石膏所產(chǎn)生的石膏這一不易處理的副產(chǎn)品，氧化鎂的后續(xù)處理工作較為便捷。目前氧化鎂脫硫技術(shù)手段的成熟度較高，尤其是在日本、美國、德國以及臺(tái)灣地區(qū)的應(yīng)用較為廣泛和成熟，相對(duì)而言國內(nèi)僅有部分地區(qū)開始應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。氧化鎂脫硫技術(shù)的不足之處在于工藝步驟過于復(fù)雜和繁瑣，前期投入成本相對(duì)較高。

1.3 雙堿法

趙龍[4](2017)在研究中針對(duì)雙堿法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了研究。所謂雙堿法是將鈉基脫硫劑作為吸附劑，將其置于吸收塔內(nèi)對(duì)二氧化硫進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這主要是由于鈉基脫硫劑具有極強(qiáng)的堿性，在吸收二氧化硫之后，所留下的產(chǎn)物具有高度溶解的特征，基本上不會(huì)發(fā)生過度飽和或者出現(xiàn)結(jié)晶，也就避免了石灰石-石膏在脫硫過程中所產(chǎn)生的堵塞導(dǎo)管的問題。同時(shí)，使用鈉基脫硫劑進(jìn)行脫硫處理后的產(chǎn)物可投入到循環(huán)使用當(dāng)中，將其置于再生池內(nèi)，加入氫氧化鈣后便可還原再生，隨后鈉基硫劑便可繼續(xù)作為脫硫吸附劑進(jìn)行循環(huán)利用。總結(jié)來看，雙堿法的使用可以分為三個(gè)步驟，即吸收、再生以及固體分離。雙堿法最初產(chǎn)生于美國，因此在美國的使用較為廣泛。相對(duì)而言，雙堿法的優(yōu)勢(shì)在于規(guī)避了對(duì)吸收塔的磨損、堵塞的問題，并且使用過程中的安全性較高，費(fèi)用投入相對(duì)較低，脫硫工作效率相對(duì)較高，但同時(shí)也存在不足之處，主要是由于工序步驟更加復(fù)雜，使整體成本投入升高。

1.4 氨法

李紫薇[5](2016)在研究中針對(duì)氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。氨法脫硫技術(shù)中是將氨水作為吸收劑，化學(xué)反應(yīng)后所產(chǎn)生的硫酸銨是副產(chǎn)品。在具體操作過程中，首先需要將煙氣導(dǎo)入至反應(yīng)塔當(dāng)中，從塔頂?shù)奈恢脤彼畤娙肫渲?，與煙氣進(jìn)行充分的接觸，隨后煙氣中的二氧化硫成分與氨水發(fā)生發(fā)生進(jìn)而被清除，經(jīng)過處理的煙氣經(jīng)過反應(yīng)塔通道的除霧器，其中的霧滴被清除干凈，隨后進(jìn)入到升溫加熱器當(dāng)中接受加熱，最后被排放。通常情況下，氨法脫硫后所產(chǎn)生的硫酸銨的濃度在30%左右，在硫酸銨容洗滌塔內(nèi)配出之后，企業(yè)便可以把硫酸銨副產(chǎn)品進(jìn)行二次利用，主要用途是作為液態(tài)氮肥銷售，或者也可以對(duì)硫酸銨進(jìn)行二次加工，將液態(tài)硫酸銨進(jìn)行蒸發(fā)、干燥等加工，形成晶體、顆粒狀的化肥銷售。

2 半干法煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展

半干法煙氣脫硫技術(shù)是介于干法脫硫技術(shù)與濕法脫硫技術(shù)兩者之間的手段，當(dāng)中比較常用的包括噴霧干燥法、循環(huán)流化床法。

2.1 噴霧干燥法

梁興[6](2017)主要針對(duì)半干法煙氣脫硫技術(shù)中的噴霧干燥法進(jìn)行分析。噴霧干燥法是以石灰作為吸附劑，將石灰、水制作成為石灰漿，將其泵入吸收塔的霧化裝置內(nèi)，石灰漿被霧化為液滴，隨后煙氣進(jìn)入反應(yīng)塔內(nèi)并與石灰液滴發(fā)生反應(yīng)，二氧化硫在化學(xué)反應(yīng)的作用下被清除，并且石灰漿內(nèi)的水分將會(huì)被蒸發(fā)，煙氣的溫度開始下降，進(jìn)而被排除。其中的脫硫反應(yīng)物、未充分接觸和使用的石灰漿吸收劑將被轉(zhuǎn)化為顆粒物，經(jīng)過吸收塔管道完全排出。

2.2 循環(huán)流化床法

張滌宇[7](2016)針對(duì)循環(huán)流化床法在半干法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用展開探討。循環(huán)流化床法的吸收劑通常采用干態(tài)消石灰粉，或者也可以根據(jù)實(shí)際情況使用能夠?qū)Χ趸虬l(fā)生吸附反應(yīng)的干粉，作用原理是將煙氣由吸收塔底部也就是流化床的底部引入，底部是文丘里裝置，煙氣進(jìn)入其中后會(huì)與吸收劑進(jìn)行充分的接觸與融合，顆粒與氣體互相之間發(fā)生劇烈的摩擦反應(yīng)，流化床由此形成。隨后噴霧水霧是煙氣的溫度降低，生成硫酸鈣、亞硫酸鈣，煙氣排除之后，顆粒物經(jīng)由管道重新吸入至吸收塔，進(jìn)行循環(huán)利用。相較于其他脫硫技術(shù)方法，循環(huán)流化床方法的可循環(huán)利用率最高，甚至可達(dá)上百次，因此較為實(shí)用。

3 干法煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展

干法煙氣脫硫技術(shù)指的是使用粉狀吸收劑、顆粒狀吸收劑、吸附劑以及催化劑等形式來對(duì)煙氣中所含有的二氧化硫成為進(jìn)行凈化，主要是以石灰干法、活性炭吸附法及電子束照射法為主。

3.1 石灰干法

王小明[8](2018)針對(duì)石灰干法脫硫技術(shù)手段的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。石灰干法處理煙氣的原理是將布袋除塵器視為反應(yīng)器，在除塵器的管道上事前噴灑均勻的石灰粉，隨后將煙氣導(dǎo)入到除塵器當(dāng)中，開啟引風(fēng)機(jī)后，附著在管道表層的石灰粉塵便會(huì)同煙氣一同進(jìn)入到布袋除塵器當(dāng)中，隨后石灰與煙氣兩者之間便會(huì)發(fā)生固-固反應(yīng)，生成亞硫酸鈣。石灰干法最初產(chǎn)生于日本，用途是處理垃圾焚燒廠所產(chǎn)生的煙塵污染氣體，因此在日本的使用較為廣泛，主要是為了除去煙氣中去氯化氫，通過石灰干法處理的煙氣便可達(dá)到正常排放標(biāo)準(zhǔn)。相較于其他脫硫技術(shù)，石灰干法具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，操作便捷，工藝簡單，前期投入以及運(yùn)行過程中的成本投入均相對(duì)較低，便于管理和維護(hù)，因此便避免了管道堵塞以及腐蝕等問題，反應(yīng)物同樣可以重復(fù)使用。

3.2 活性炭吸附法

林馳前[9](2016)在研究中主要對(duì)活性炭吸附法在脫硫技術(shù)中的價(jià)值展開探究?；钚蕴课椒ǖ淖饔脵C(jī)制是將煙氣引入可移動(dòng)的吸收塔當(dāng)中，提前在其中放置活性炭，在煙氣進(jìn)入后，二氧化硫便會(huì)被活性炭所吸附，完成脫硫的目的。隨后將活性炭置于高溫條件下，便可解吸再生，一般而言，每次所損失的活性炭占比在2%左右?；钚蕴课降姆椒壳皟H在日本應(yīng)用，原因在于盡管脫硫效果好，脫硫率在95%到98%之間，超過其他脫硫技術(shù)，但成本投入也相對(duì)較高，需要配備封閉的皮帶傳送機(jī)器、吸收塔以及解吸塔等，因此超出了很多石油煉化企業(yè)的承受能力，暫時(shí)無法大面積推廣。

3.3 電子束照射法

黃培楊等[10](2015)的研究重點(diǎn)集中在干法煙氣脫硫技術(shù)中的電子束照射法。電子束照射法的作用機(jī)制是在反應(yīng)器當(dāng)中鼓入按期，煙氣進(jìn)入其中后，使用電子加速器對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的煙氣進(jìn)行照射，在電子束的照射下，使得煙氣中的氧氣、水蒸氣被快速激發(fā)，進(jìn)而生成具有較強(qiáng)能力的自由基。自由基能夠使二氧化硫被快速氧化，生成硫酸，隨后與反應(yīng)器內(nèi)的氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸氧。電子束照射的脫硫技術(shù)手段源自日本，從上個(gè)世紀(jì)70開始便開始進(jìn)行研究，隨后我國電力部門與日本建立合作關(guān)系，進(jìn)一步增強(qiáng)電子束照射技術(shù)的成熟度。電子束照射技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)為操作簡單便捷，可控制性強(qiáng)，副產(chǎn)物可用于化肥的生產(chǎn)，但是不足之處是脫硫過程伴有高輻射的危害，必須要進(jìn)行防輻射屏蔽處理。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代人綠色、環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷覺醒，人們對(duì)于工業(yè)企業(yè)排污的要求越來越高，希望通過對(duì)空氣排污技術(shù)水平的提升來起到凈化空氣的作用，因此應(yīng)當(dāng)要對(duì)煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用引起重視。就現(xiàn)階段來看，目前石油煉化企業(yè)的煙氣脫硫技術(shù)當(dāng)中，比較常用的幾個(gè)類型主要包括有濕法煙氣脫硫技術(shù)、半干法煙氣脫硫技術(shù)以及干法煙氣脫硫技術(shù)等，例如石灰石-石膏濕法、氧化鎂、雙堿法、噴霧干燥法、循環(huán)流化床法、石灰干法、活性炭吸附法以及電子束照射法等。在未來的發(fā)展中，煙氣脫硫技術(shù)手段的水平將會(huì)越來越成熟，并且石油煉化企業(yè)也應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的實(shí)際情況來選擇合適的技術(shù)，確保處理得當(dāng)。