煙氣堿洗工藝在硫磺裝置的應(yīng)用

賈天宇 吳玉冬 王永衛(wèi)（中國(guó)石油大連石化公司，遼寧 大連116031）

目前隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)工作越發(fā)重視，尤其是對(duì)石油煉制行業(yè)排放廢氣的要求。在2015年，國(guó)家頒布修訂了《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB31570-2015，對(duì)石油煉制行業(yè)煙氣SO2排放濃度提出了新要求，一般地區(qū)煙氣SO2排放濃度要求≤400mg/m3，特殊地區(qū)SO2排放濃度要求≤100mg/m3，大連石化公司所處的大連地區(qū)目前執(zhí)行一般地區(qū)煙氣SO2排放濃度要求。大連石化公司27萬(wàn)硫磺裝置煙氣經(jīng)過(guò)焚燒爐處理后，通過(guò)煙囪排放至大氣，煙氣SO2排放濃度在200mg/m3～300mg/m3之間，考慮到大連地區(qū)屬于安全環(huán)保的敏感地區(qū)和海濱城市，隨著環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格，執(zhí)行特別排放限值也是大勢(shì)所趨。從企業(yè)的發(fā)展和環(huán)保要求日趨嚴(yán)格來(lái)看，為了使硫磺裝置煙氣處理一次達(dá)標(biāo)，不再反復(fù)建設(shè)，決定在27萬(wàn)硫磺裝置尾氣處理后增上煙氣脫硫設(shè)施，以滿足所有工況下，煙氣中SO2的濃度滿足特別限值排放要求，即煙氣中SO2的濃度≤100 mg/m3。

1 堿洗脫硫裝置簡(jiǎn)介

1.1 堿洗工藝流程

本煙氣脫硫設(shè)施主要處理硫磺回收裝置的排放煙氣，排放的煙氣不再直接進(jìn)入放空煙囪，通過(guò)改造原硫磺裝置的尾爐風(fēng)機(jī)，提高煙氣排出壓力，讓煙氣進(jìn)入煙氣脫硫設(shè)施，通過(guò)動(dòng)力波堿洗法進(jìn)行脫硫改造，最終煙氣經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后再送入放空煙囪高點(diǎn)放空。

脫SO2尾氣處理單元利用動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)脫除氣相中的SO2酸性氣體，系統(tǒng)的核心是通過(guò)逆噴使得氣液接觸形成強(qiáng)湍流的區(qū)域。煙氣經(jīng)過(guò)整體式熱管換熱器后溫度由260℃降到150℃，隨后進(jìn)入一級(jí)進(jìn)料管的頂部，與通過(guò)大口徑的噴頭噴出的吸收液進(jìn)行逆向接觸。吸收液從噴頭出來(lái)后與氣體接觸形成泡沫區(qū)。泡沫區(qū)使液滴不斷的冷卻和更新，迅速冷卻煙氣和吸收SO2。接觸后的液體進(jìn)入分離器底部，煙氣進(jìn)入雙層折流板除霧器，除去夾帶的液滴，通過(guò)分離器頂部的整體式熱管換熱器升溫至170℃后進(jìn)入原煙囪排放。分離器底部收集到的液體再經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入逆噴頭，同時(shí)通過(guò)密度計(jì)控制排液，在循環(huán)液中維持一個(gè)適合的鹽濃度，排液送到廢水處理系統(tǒng)。動(dòng)力波系統(tǒng)的水損失主要是飽和尾氣帶走的水和硫酸鈉外排時(shí)攜帶的水份，這些水通過(guò)補(bǔ)加除鹽水來(lái)維持分離器底部循環(huán)槽的液位，除鹽水從硫磺裝置通過(guò)管道送至界區(qū)。原廠區(qū)管網(wǎng)送來(lái)的堿液在正常工況下，直接通過(guò)管線添加到循環(huán)液泵出口管線上，堿液的添加量由pH 值來(lái)控制。旁路及停工吹硫工況下堿液消耗量較大，此時(shí)單獨(dú)設(shè)置一根堿液注入管線和調(diào)節(jié)閥組注入到二級(jí)堿液循環(huán)泵后管線。同時(shí)為防止堿液管網(wǎng)堿液中斷，本裝置內(nèi)設(shè)置一臺(tái)容積15m3的堿罐，在管網(wǎng)中斷供堿時(shí)，堿液經(jīng)過(guò)堿液補(bǔ)充泵添加到循環(huán)液管線上，堿液泵按照一用一備設(shè)置。分離器內(nèi)除霧器系統(tǒng)由兩級(jí)組成，并包括去除沉積物的沖洗系統(tǒng)。本裝置凈化后煙氣經(jīng)煙道送至現(xiàn)有煙囪排至大氣。

1.2 堿洗脫硫的工藝原理

堿洗工藝首先利用煙氣中的SO2和SO3易溶解水，生成亞硫酸和硫酸，然后堿液中的氫氧化鈉與亞硫酸和硫酸進(jìn)行中和反應(yīng)生成硫酸鹽和水[2]。用氫氧化鈉吸收二氧化硫是除去煙氣中二氧化硫的最簡(jiǎn)單的方法。這種酸堿反應(yīng)迅速，對(duì)設(shè)備的損害程度最小。

煙氣中的SO2、SO3與氫氧化鈉的反應(yīng)如下：

2 動(dòng)力波堿洗工藝的技術(shù)特點(diǎn)

動(dòng)力波堿洗工藝技術(shù)能夠很好的滿足適應(yīng)波動(dòng)較大的工況。煙氣經(jīng)過(guò)煙氣換熱器后先進(jìn)入一級(jí)進(jìn)料管，一級(jí)進(jìn)料管設(shè)有一個(gè)大口徑噴頭，經(jīng)過(guò)逆噴后進(jìn)入二級(jí)進(jìn)料管，二級(jí)進(jìn)料管設(shè)有七個(gè)大口徑噴頭，經(jīng)過(guò)二級(jí)逆噴后的煙氣進(jìn)入堿洗塔實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣相經(jīng)過(guò)除霧器、煙氣換熱器排放到現(xiàn)有煙囪。液相在塔底經(jīng)過(guò)堿液循環(huán)泵送到進(jìn)料管中噴頭，一級(jí)堿液循環(huán)泵送到一級(jí)進(jìn)料管的噴頭，二級(jí)堿液循環(huán)泵送到二級(jí)進(jìn)料管的噴頭。在正常工況下，因煙氣中SO2的濃度相對(duì)較低，只開(kāi)啟一級(jí)堿液循環(huán)泵（兩用一備），把循環(huán)堿液送入一級(jí)進(jìn)料管的噴頭，實(shí)現(xiàn)脫除SO2。在硫磺裝置旁路工況及停車吹硫工況下，開(kāi)啟二級(jí)堿液循環(huán)泵，二級(jí)堿液循環(huán)泵流量很大，兩臺(tái)泵的總達(dá)到3400m3/h，通過(guò)大流量逆噴，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中高濃度SO2的脫除。

3 運(yùn)行情況

3.1 煙氣脫硫裝置主要運(yùn)行參數(shù)

煙氣脫硫裝置主要運(yùn)行參數(shù)包括循環(huán)液pH、相對(duì)密度以及凈化煙氣溫度。目前裝置正常工況下循環(huán)液pH 控制在7.1～7.5，相對(duì)密度控制1.03～1.05，凈化煙氣二氧化硫排放濃度得到有效降低，外排廢水中COD 控制在600mg/L 以內(nèi)；凈化煙氣通過(guò)煙氣換熱器后溫度在170℃以上，可以避免出現(xiàn)煙氣中SO2漏點(diǎn)腐蝕。

3.2 煙氣排放情況

自2019年3月23日煙氣脫硫裝置開(kāi)工以后，硫磺裝置煙氣二氧化硫排放濃度月平均數(shù)據(jù)的最大值為2.87 mg/m3、最小值為1.09 mg/m3；煙氣氮氧化物排放濃度月平均數(shù)據(jù)的最大值為20.3mg/m3、最小值為16.8mg/m3。煙氣脫硫裝置有效降低了煙氣SO2排放濃度。

3.3 廢水排放情況

煙氣脫硫裝置排放污水COD 基本在600 mg/L 以下，符合含油污水入口指標(biāo)要求。又因其排水量較小，對(duì)污水處理廠不會(huì)造成沖擊，對(duì)正產(chǎn)生產(chǎn)影響較小。

4 存在的問(wèn)題及采取的解決措施

4.1 煙氣換熱器投用

由于煙氣脫硫設(shè)施和硫磺主體裝置不是同步開(kāi)工，如果煙氣換熱器直接引入熱煙氣沖擊煙氣換熱器管束，會(huì)導(dǎo)致煙氣換熱器管束破裂。

為保護(hù)煙氣換熱器管束，裝置根據(jù)運(yùn)行工況，制定了煙氣換熱器投用方案。首先尾氣處理V系列停工備用單元，從氣焚燒爐F-2402 V 將助燃空氣引入煙氣換熱器，助燃空氣量為5000Nm3/h，確認(rèn)吹掃時(shí)間大于5分鐘，緩慢將吹掃風(fēng)量調(diào)整至10000Nm3/h，確認(rèn)爐膛壓力正常。緩慢引入尾氣處理IV系列運(yùn)行單元熱煙氣，確認(rèn)煙氣換熱器溫度緩慢上升，升溫速率控制20℃/分鐘，逐漸降低V系列爐膛吹掃風(fēng)量至5000Nm3/h，確認(rèn)IV系列熱煙氣全部引入煙氣換熱器，關(guān)閉V系列吹掃風(fēng)。

5 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)力波堿洗工藝技術(shù)流程簡(jiǎn)單、適用性好，抗波動(dòng)能力強(qiáng)、安全可靠，脫SO2效果好，裝置占地小，需要的公用工程品種少。結(jié)合大連石化公司硫磺裝置的運(yùn)行狀況、現(xiàn)場(chǎng)空間及硫磺裝置脫硫工藝技術(shù)，動(dòng)力波堿洗工藝技術(shù)在各方面都較好地滿足硫磺裝置SO2達(dá)標(biāo)排放改造要求。