非金屬材料在煉廠煙氣脫硫裝置的應(yīng)用

呂鵬波

（中國石化青島石油化工有限責(zé)任公司設(shè)備工程處，山東青島 266043）

0 引言

青島石化公司催化裂化CO 煙氣脫硫裝置選用了鈉堿法脫硫工藝，裝置原料煙氣中含SO2、催化劑顆粒等會對設(shè)備造成損傷，給裝置安全運行帶來隱患。如何在裝置建設(shè)初期的設(shè)備選材方面預(yù)防設(shè)備腐蝕是個無法回避的問題。鈉堿法脫硫工藝技術(shù)大部分流程的運行溫度都在65 ℃以下，給非金屬材料的應(yīng)用提供了條件，在設(shè)備選型階段考慮選用非金屬材料，不但能有效防止設(shè)備腐蝕的產(chǎn)生，還可以降低裝置的建設(shè)、維護成本。

1 鈉堿法脫硫工藝技術(shù)概述

1.1 鈉堿法脫硫工藝原理

鈉法脫硫與其他脫硫劑的脫硫機理相似，都是堿性物質(zhì)與二氧化硫溶于水生成的亞硫酸溶液進行酸堿中和反應(yīng)，并通過調(diào)節(jié)氫氧化鈉的加入量來調(diào)節(jié)循環(huán)液的pH 值。吸收二氧化硫所需的液氣比和噴嘴數(shù)量的選擇是依據(jù)二氧化硫的入口濃度、排放的需求和飽和氣體的溫度來決定。首先，煙氣中的二氧化硫與水接觸，生成亞硫酸：SO2+H2O→H2SO3。然后，亞硫酸與NaOH 反應(yīng)生成Na2SO3，Na2SO3與H2SO3進一步反應(yīng)生成NaHSO3，NaHSO3又與NaOH 反應(yīng)加速生成亞硫酸鈉；生成的亞硫酸鈉作為吸收劑循環(huán)使用，H2SO3+NaOH→Na2SO3+2H2O，Na2SO3+H2SO3→NaHSO3，NaHSO3+NaOH →2Na2SO3+2H2O。

1.2 鈉堿法脫硫典型工藝技術(shù)

鈉堿法脫硫典型的工藝技術(shù)有雙循環(huán)喘沖文丘里技術(shù)、EVD 洗滌技術(shù)等，2 種工藝在流程上有較大區(qū)別，但在腐蝕因素、腐蝕機理方面區(qū)別不大，本文著重介紹雙循環(huán)喘沖文丘里技術(shù)。

雙循環(huán)喘沖文丘里技術(shù)是中國石化自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫除塵技術(shù)，采用兩級脫硫除塵，脫硫除塵效率高，雙循環(huán)喘沖文丘里技術(shù)的工藝流程見圖1。催化裂化裝置余熱鍋爐的煙氣進入除塵激冷塔，煙氣進入湍沖段，在湍沖段內(nèi)降溫至飽和狀態(tài)，煙氣中的大部分二氧化硫、顆粒物以及其他酸性氣體被吸收。降溫至飽和狀態(tài)的煙氣進入綜合塔，上升進入消泡器，通過消泡器進入二段洗滌吸收段，煙氣通過消泡器，更細的粉塵得到濃縮和過濾，煙氣在除霧器除去水霧后經(jīng)綜合塔上部煙囪排入大氣。

2 鈉堿法脫硫工藝過程腐蝕因素

圖1 雙循環(huán)喘沖文丘里技術(shù)的工藝流程

2.1 SO2，SO3

催化裂化CO 煙氣中的存在SO2，SO3，經(jīng)過急冷、逆噴后溫度由（170～200）℃降到60 ℃以下，形成露點腐蝕的環(huán)境，碳鋼、低合金鋼、300 系列的不銹鋼在此環(huán)境中腐蝕速率較高，無法滿足長周期安全運行，根據(jù)工程經(jīng)驗就必須選用耐蝕性更好的合金材料如904L、合金20、C-276，等等。

2.2 Cl-

催化裂化煙氣中含有Cl-，用來配置溶液的新鮮水也含有Cl-，而脫硫劑吸收過程中存在傳熱，水分會被不斷蒸發(fā)，整個循環(huán)漿液會產(chǎn)生Cl-濃縮，在循環(huán)弱的區(qū)域或存在積液的部位更會存在高濃度Cl-環(huán)境，選材上300 系列奧氏體不銹鋼會排除，考慮雙相不銹鋼鋼、高鎳合金鋼等等。

2.3 催化劑顆粒

催化裂化煙氣經(jīng)過洗滌，煙氣中的催化劑顆粒被循環(huán)液帶走，循環(huán)液含有一定量的催化劑顆粒，循環(huán)液的所有流程中都要經(jīng)受催化劑顆粒的磨蝕、沖蝕。

2.4 其他

催化裂化煙氣隨著裝置原料、助燃劑、反應(yīng)溫度的變換會產(chǎn)生其他腐蝕因素，如NH3（銨鹽垢下腐蝕）、HCl，等等；煙氣中大量的CO2也是一種潛在的腐蝕因素，在循環(huán)液偏堿性的情況下也容易想成碳酸鹽提高循環(huán)液中的固體含量，加速磨蝕、沖蝕；作為吸收劑的NaOH 溶液本身也是腐蝕因素，有堿脆、堿應(yīng)力開裂的風(fēng)險。

3 非金屬材料在鈉堿法脫硫裝置的應(yīng)用

催化裂化CO 煙氣鈉堿法脫硫工藝過程中的腐蝕因素、腐蝕機理基本是明確的，所以煙氣流程中的設(shè)備、管線選材主要考慮露點腐蝕問題；循環(huán)液流程中的設(shè)備、管線選材主要考慮Cl-腐蝕及催化劑顆粒磨蝕、沖蝕等問題。選擇高合金鋼、雙相不銹鋼雖可以解決這些腐蝕問題，但設(shè)備的制造周期長、一次性投資高的短板較為突出，而非金屬材料不但可以解決腐蝕問題，在設(shè)備制造周期、一次性投資方面也遠優(yōu)于選用高合金鋼、雙相不銹鋼。

3.1 吸收塔的內(nèi)防腐材料推薦

吸收塔材料的選擇要同時考慮露點腐蝕、Cl-腐蝕等問題。吸收塔整體選用耐蝕性好的合金鋼，雖可以有效解決腐蝕問題，但設(shè)備購置費用過高且制造周期長，而采用非金屬襯層Q345R+玻璃鱗片或Q345R+聚脲的方案不但能有效解決腐蝕問題，也可以大幅降低設(shè)備購置費及制造周期。

玻璃鱗片襯層主要由合成樹脂、玻璃鱗片、增塑劑、觸變劑、偶聯(lián)劑等組成，抗?jié)B能力強，能有效隔離介質(zhì)與設(shè)備金屬層的接觸；玻璃鱗片襯層固化后收縮小，附著力強，表面強度高，抗沖擊耐磨性能好，局部修復(fù)施工簡單；玻璃鱗片襯層可根據(jù)成膜物的不同應(yīng)用于不同的溫度區(qū)間，成膜物為環(huán)氧及環(huán)氧改性樹脂可以使用在80 ℃環(huán)境中，成膜物為氯磺化聚乙烯可使用在100 ℃的環(huán)境中（圖2）。

圖2 玻璃鱗片涂層防腐示意

聚脲襯層是由端異氰酸酯基半預(yù)聚體、端氨基聚醚和胺擴鏈劑為基料，經(jīng)高溫高壓撞擊混合設(shè)備噴涂而成的。聚脲襯層施工簡單，可以快速固化，能在任意曲面、斜面及垂直面噴涂成型；涂層柔韌、致密無接縫，有效隔絕介質(zhì)及空氣的滲入，具有較高的附著力和抗沖擊強度。

玻璃鱗片襯層和聚脲襯層在中國石化催化裂化CO 煙氣脫硫脫硝裝置上有不少的應(yīng)用案例，效果良好。但因為施工質(zhì)量問題也出現(xiàn)了不同程度的襯層脫落問題，施工過程控制金屬表面清潔度、粗糙度，控制施工環(huán)境濕度和控制襯層厚度等是襯層能否長周期運行的關(guān)鍵。

3.2 煙囪選材推薦

煙囪材料的選擇要重點考慮露點腐蝕及煙氣夾帶的氣溶膠等顆粒的磨蝕，現(xiàn)有的工程經(jīng)驗中選用304 已出現(xiàn)不同程度的腐蝕，足以說明304 不能作為可靠的煙囪材料使用，而選用正確防腐基材的玻璃鋼材料可以有效的避免腐蝕的產(chǎn)生。

玻璃鋼煙囪一般由內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層、外表層組成，其中內(nèi)襯層由富樹脂層和中間層組成。玻璃鋼煙囪需要選擇合適的樹脂、無堿性增強材料、添加抗老化劑等等才能保證設(shè)備的可靠性。富樹脂層需要選擇抗酸性能強的乙烯基樹脂，并且該層的樹脂含量要＞90%，厚度≥0.5 mm。中間層要選擇與富樹脂層相同的耐酸樹脂，并且保證樹脂含量在70%～80%，厚度≥3.5 mm，該層為防滲阻隔層，可以有效防止內(nèi)表面裂紋向外擴散，并阻隔腐蝕性介質(zhì)接觸結(jié)構(gòu)層。為了降低成本結(jié)構(gòu)層、外表層應(yīng)選擇熱穩(wěn)定性高的雙酚A 型樹脂，運行溫度超過80℃宜選用乙烯基樹脂。外表層要加入抗紫外線吸收劑、阻燃劑提高煙囪的抗老化能力和阻燃性。

玻璃鋼煙囪已經(jīng)有很多成功應(yīng)用案例，要保證長周期運行不但要保證選擇正確的基材，還要在施工工藝上做出詳細要求。

3.3 工藝管線及閥門的選材推薦

循環(huán)漿液管線、閥門的選材需要同時考慮CL-腐蝕、催化劑磨蝕的因素，玻璃鋼和PTFE 襯里可以解決該問題。玻璃鋼材料的優(yōu)點是輕質(zhì)高強，有較高的耐腐蝕性耐磨性，用于循環(huán)漿液管線完全滿足要求。PTFE 耐腐蝕、耐磨性、可塑性高，用于閥門襯里可以滿足要求。

4 結(jié)語

非金屬材料的應(yīng)用受介質(zhì)溫度、壓力限制較多，但在耐腐蝕性、耐磨性、制造成本、制造周期等方面的優(yōu)勢明顯，鈉堿法脫硫工藝過程不存在溫度、壓力的限制，因此青島石化公司CO 煙氣脫硫裝置使用了PU（吸收塔）、PO（污水處理）、FRP（煙囪、吸收塔內(nèi)構(gòu)件和漿液線）、PTFE（閥門、急冷塔）等非金屬材料，裝置運行至今未出現(xiàn)腐蝕問題。

非金屬材料完全可以滿足鈉堿法脫硫裝置的防腐蝕要求，選擇正確的非金屬材料、詳細制定非金屬材料施工工藝、嚴(yán)格控制施工及制造質(zhì)量是裝置能否長周期運行的關(guān)鍵。