JWGS 技術(shù)在催化裂化裝置的實(shí)踐與應(yīng)用

邱春 徐自偉（中國石油玉門油田分公司）

1 現(xiàn)狀

玉門油田分公司煉油化工總廠80×104t/a 重油催化裂化裝置煙氣除塵脫硫系統(tǒng)建于2014 年，系統(tǒng)采用中石油自主JWGS 工藝技術(shù)，主要包括煙氣洗滌系統(tǒng)及廢液處理系統(tǒng)（PTU）兩部分。系統(tǒng)自投運(yùn)以來，運(yùn)行平穩(wěn)，煙氣中的二氧化硫、顆粒物含量顯著下降，減排效果顯著，實(shí)現(xiàn)了廢氣達(dá)標(biāo)排放，不僅改善了企業(yè)周邊環(huán)境，還實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，應(yīng)用效果良好。

2 JWGS 技術(shù)工藝特點(diǎn)

煙氣除塵脫硫系統(tǒng)運(yùn)用JWGS 濕法洗滌技術(shù)，即采用噴射文丘（JEV）濕氣洗滌系統(tǒng)（WGS）技術(shù)[1]，其煙氣除塵脫硫工藝流程見圖1。該工藝具有以下特點(diǎn)：

圖1 煙氣除塵脫硫工藝流程

1）采用文丘里噴射技術(shù)，煙氣入口壓力適應(yīng)能力強(qiáng)，不影響催化煙機(jī)系統(tǒng)做功。

2）對催化裝置事故狀態(tài)適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其是在催化裝置大量跑劑和余熱鍋爐切除狀態(tài)下，不影響裝置正常運(yùn)行。

3）技術(shù)成熟可靠，投資和運(yùn)行成本較EDV 技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。

2.1 煙氣洗滌系統(tǒng)

煙氣以水平方式進(jìn)入噴射文丘里管，文丘里管上部噴射循環(huán)液，由于液體的抽吸作用，煙氣與循環(huán)液在喉管處劇烈混合，經(jīng)擴(kuò)散段后進(jìn)入彎頭處脫除二氧化硫及固體顆粒物。煙氣與循環(huán)液通過切線方式進(jìn)入洗滌塔，氣體先經(jīng)塔盤整流、分液，再經(jīng)填料層分液后由洗滌塔上部煙囪排入大氣。

2.2 廢液處理系統(tǒng)

煙氣洗滌系統(tǒng)排出的廢液與絮凝劑混合后，輸送至澄清器，顆粒物在澄清器內(nèi)經(jīng)絮凝沉降后從底部排出，澄清液由頂部自流至氧化罐，氧化處理后的污水自氧化罐頂溢流至污水緩沖罐，再經(jīng)污水外送泵增壓后排至水處理車間檢測池。澄清器底部排出物經(jīng)污泥泵增壓后送至板框式過濾機(jī)，脫水后的污泥排入密閉垃圾箱內(nèi)，作為“危險(xiǎn)廢物”定期處置。

3 煙氣除塵脫硫裝置運(yùn)行情況

2014 年，80×104t/a 重油催化裂化裝置煙氣除塵脫硫投料運(yùn)行，目前該裝置運(yùn)行平穩(wěn)，污染物排放滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)了減排目標(biāo)。

3.1 原料性質(zhì)

煙氣除塵脫硫單元原料為80×104t/a 重油催化裂化裝置再生煙氣，煙氣性質(zhì)見表1。2017 年7 月再生煙氣中主要污染物平均值顆粒物為170 mg/m3，硫化物為865 mg/m3，氮化物為127 mg/m3。洗滌塔主要操作參數(shù)見表2。

表1 再生煙氣性質(zhì)

表2 主要操作參數(shù)

從表2 可以看出，洗滌塔入口壓力較低，平均為0.25 kPa 左右，而文丘里洗滌器采用JEV 型洗滌器，因此可采用較小的氣液比，約為75～150。該裝置氣液比為79.5，液、氣接觸充分。同時(shí)，洗滌塔循環(huán)液性質(zhì)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，但存在Cl-含量偏高的情形，會(huì)加劇設(shè)備腐蝕，不利于裝置長周期運(yùn)行。

3.2 產(chǎn)品性質(zhì)及指標(biāo)分析

3.2.1 凈化污水指標(biāo)分析

目前，玉門煉油化工總廠催化裂化裝置外排污水pH 值控制在8.85～8.89，符合煙氣脫硫外排污水排放指標(biāo)pH 值6～9；外排污水COD 含量控制在46～57 mg/L，滿足煙氣脫硫外排污水排放指標(biāo)COD 含量小于60 mg/l 的要求；外排污水總懸浮顆粒物為59～65 mg/L，滿足煙氣脫硫外排污水排放指標(biāo)總固體懸浮物小于70 mg/L。2017 年洗滌塔循環(huán)液和凈化污水分析數(shù)據(jù)見表3。

表3 2017 年洗滌塔循環(huán)液和凈化污水分析數(shù)據(jù)

3.2.2 凈化煙氣排放指標(biāo)分析

目前，玉門煉油化工總廠催化裂化裝置凈化煙氣中二氧化硫小于或等于100 mg/m3[2]平均含量為18 mg/m3，符合煙氣排放指標(biāo)二氧化硫含量不大于100 mg/m3，凈化煙氣中顆粒物平均為27 mg/m3，符合煙氣脫硫煙氣排放指標(biāo)顆粒物含量不大于50 mg/m3。凈化煙氣中氮化物含量滿足小于或等于200 mg/m3的要求，凈化煙氣達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)凈化煙氣濕度由入口的7.03%上升至出口的9.03%，對周邊空氣起到了加濕作用，但由于濕度較大，而我廠地處西北高山地區(qū)，冬季環(huán)境溫度低，煙氣中水汽經(jīng)冷凝降落地面后容易產(chǎn)生積冰，對該處環(huán)境面貌造成一定破壞。

表4 2017 年煙氣分析數(shù)據(jù)

通過表4 可以看出，催化裂化裝置煙氣除塵脫硫單元運(yùn)行工況良好，凈化煙氣、凈化污水等各項(xiàng)指標(biāo)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放，起到了改善空氣質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境的目的。

3.3 煙氣中二氧化硫及顆粒物脫除率

通過表4 可知：洗滌塔入口二氧化硫含量平均值為1 322 mg/m3，洗滌塔出口二氧化硫含量平均值為18 mg/m3，二氧化硫脫出率達(dá)到了98.6%，二氧化硫脫除量為165.47 kg/h，按照每年8 400 h 計(jì)算二氧化硫脫除量為1 389.95 t，按每年365 天計(jì)算二氧化硫脫除量為1 449.52 t。同理，洗滌塔入口顆粒物含量平均值為237 mg/m3，洗滌塔出口顆粒物含量平均值為27 mg/m3，顆粒物脫出率達(dá)到了88.6%，顆粒物脫除量為26.65 kg/h，按照每年8 400 h 計(jì)算顆粒物脫除量為223.9 t，按每年365 天計(jì)算顆粒物脫除量為233.45 t。從脫除量的數(shù)據(jù)可以看出，煙氣除塵脫硫設(shè)施的運(yùn)行給環(huán)境改善帶來了極大的促進(jìn)作用。

4 優(yōu)化操作保障運(yùn)行

隨著《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布，要求現(xiàn)有企業(yè)在2017 年7 月1 日起執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。催化裂化裝置煙氣及凈化污水已實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，滿足了最新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，針對煙氣外排口數(shù)據(jù)偶爾接近限值的現(xiàn)象，裝置人員通過優(yōu)化和調(diào)整操作，可有效避免出現(xiàn)超標(biāo)排放事件。

4.1 使用液堿代替片堿

煙氣除塵脫硫系統(tǒng)在建設(shè)投產(chǎn)初期一直使用片堿，采用人工加堿，無法保證堿液濃度穩(wěn)定，也給現(xiàn)場操作帶來一定安全隱患。經(jīng)裝置一段時(shí)間的運(yùn)行探索，決定采用液堿代替片堿，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制堿液濃度，穩(wěn)定了pH 值，有效保障了系統(tǒng)的運(yùn)行。

4.2 做好煙氣除塵脫硫單元防腐蝕及防堵塞工作，保證長周期運(yùn)行

隨著國家對環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，為確保煙氣達(dá)標(biāo)排放，必須保證煙氣除塵脫硫裝置長周期、穩(wěn)定運(yùn)行[3]。通過表3 可知，正常運(yùn)行時(shí)洗滌塔循環(huán)液中Cl-達(dá)到200～500 mg/L，超出設(shè)計(jì)值不大于300 mg/L 的要求；總懸浮顆粒物達(dá)到0.35%～0.45%；總?cè)芙恹}達(dá)到3.5%～4.5%。較高Cl-、總懸浮顆粒物及總?cè)芙恹}含量[4]，易造成Cl-富集從而引起設(shè)備點(diǎn)腐蝕，懸浮顆粒物（主要是催化劑粉塵）和溶解鹽的沉積、結(jié)晶易導(dǎo)致管線、設(shè)備的磨損及堵塞，影響煙氣除塵脫硫單元的長周期運(yùn)行。為解決上述問題，可采取以下對策：

1）適當(dāng)增加洗滌塔補(bǔ)水量及廢液外排量。達(dá)到控制洗滌塔循環(huán)液Cl-含量不大于300 mg/l，固體懸浮物含量不大于0.4%，總?cè)芙恹}含量不大于4%，防止管道、設(shè)備的腐蝕、磨損及堵塞[5]。

2）增加澄清器污泥壓濾頻次，由2 天/次改為1天/次，防止污泥在澄清器內(nèi)板結(jié)，壓縮澄清器空間，造成污水澄清時(shí)間縮短，影響污水凈化效果。發(fā)現(xiàn)污泥板結(jié)時(shí)，啟用澄清器沖洗水進(jìn)行沖洗，務(wù)必將澄清器內(nèi)污泥清洗干凈。

3）定期對管線、設(shè)備進(jìn)行檢查，尤其是文丘里噴嘴，防止因磨損造成噴嘴孔徑變大，影響噴嘴水幕范圍，造成再生煙氣除塵、脫硫效果下降。同時(shí)，日常巡檢過程中定時(shí)檢查洗滌塔循環(huán)液環(huán)進(jìn)噴嘴的壓力，確保壓力大于0.75 MPa，且兩個(gè)噴嘴入口壓力一致，防止再生煙氣偏流。

4.3 進(jìn)一步降低煙氣除塵脫硫單元能耗

1）根據(jù)煙氣除塵脫硫單元實(shí)際運(yùn)行情況，該單元能耗仍有較大改善潛力，主要表現(xiàn)為降低1.0 MPa 蒸汽消耗。1.0 MPa 蒸汽主要用于冬季防凍，每年用量約為2 100 t，占該單元總能耗的8.55%。按照安排，采用換熱水代替蒸汽用于冬季防凍，對降低裝置能耗具有較大貢獻(xiàn)。2016 年大檢修期間，裝置通過技改，將煙氣脫硫系統(tǒng)蒸汽伴熱改造為換熱水伴熱，降低了裝置蒸汽用量，每年可節(jié)約蒸汽用量約4 000 t。

2）適當(dāng)調(diào)整洗滌塔操作工況[6]。洗滌塔操作工況的調(diào)整，不僅要達(dá)到煙氣除塵、脫硫效果，實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放，還要兼顧節(jié)能降耗的要求。當(dāng)前液堿單價(jià)約為775 元/t，pH 值由7.0 降低至6.0，液堿消耗減少0.2～0.5 t/h。因此，僅液堿一項(xiàng)每天可節(jié)約成本9 300 元。調(diào)整操作工況后，洗滌塔循環(huán)泵每天可節(jié)約電費(fèi)270.5 元，洗滌塔操作調(diào)整在保證達(dá)標(biāo)排放前提下，可分兩步進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，一是適當(dāng)降低洗滌塔循環(huán)液pH 值，根據(jù)操作反饋數(shù)據(jù)減少液堿用量。二是降低洗滌塔循環(huán)液流量至1 450 m3/h左右，在保證達(dá)標(biāo)排放的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

通過上述措施，充分保證了煙氣脫硫系統(tǒng)的有效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了污染物達(dá)標(biāo)排放，使操作更可控，切實(shí)保障了生產(chǎn)的安全與環(huán)保。但在運(yùn)行過程中，外排煙氣冬季“下雨”現(xiàn)象仍未徹底解決，下一步我們將積極探索，實(shí)施改進(jìn)，避免冬季“下雨”現(xiàn)象，在保障環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的前提下著力改善裝置局部環(huán)境面貌。

5 結(jié)束語

JWGS 技術(shù)在80×104t/a 重油催化裂化裝置煙氣除塵脫硫單元運(yùn)行狀況良好，凈化煙氣及污水各項(xiàng)指標(biāo)滿足達(dá)標(biāo)排放要求。煙氣除塵脫硫單元的投入運(yùn)行，不僅使煙氣實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放，通過裝置技改，還有效降低了裝置蒸汽用量，每年可節(jié)約蒸汽約4 000 t。經(jīng)裝置進(jìn)一步精細(xì)化調(diào)整操作后，一是液堿的消耗量降低，每天可節(jié)約液堿成本9 300元；二是洗滌塔循環(huán)液流量由1 636 m3/h 調(diào)整至1 450 m3/h 后，電流由78 A 降至75 A，每天可節(jié)約電力成本270.5 元，在保證達(dá)標(biāo)排放的情況下實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。