煙氣除塵技術(shù)在DMTO裝置上的應(yīng)用分析

劉松濤

（中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著我國環(huán)境保護(hù)工作新階段，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)正成為市場準(zhǔn)入的重要條件。截止2019年12月，我國已建30多套（含在建）DMTO裝置，再生器燒焦產(chǎn)生的再生煙氣是DMTO裝置的主要廢氣污染源，煙氣中含有少量CO、催化劑顆粒、氮?dú)獾任镔|(zhì)。由于DMTO裝置對原料甲醇中的堿度、堿金屬、總金屬含量等指標(biāo)有特殊要求，所以再生煙氣中不含SOx，同時NOx含量較低，已能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此煙氣排放指標(biāo)主要針對催化劑顆粒物含量?，F(xiàn)階段大部分DMTO裝置未安裝再生煙氣除塵設(shè)施，再生煙氣出余熱鍋爐后直接排至大氣，經(jīng)余鍋換熱后排除的煙氣中催化劑顆粒濃度約為37mg/m3。新頒布的《GB 31571-2015石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求大氣污染物中顆粒物排放濃度≤20mg/m3，余熱鍋爐出口未處理煙氣中催化劑顆粒濃度超過新頒布標(biāo)準(zhǔn)。

為滿足GB 31571-2015標(biāo)準(zhǔn)要求，DMTO裝置需設(shè)置煙氣除塵設(shè)施，再生煙氣經(jīng)煙氣除塵設(shè)施處理達(dá)標(biāo)后才允許排放大氣。煙氣除塵技術(shù)在煉化、冶金、熱電等行業(yè)已得到十分廣泛的應(yīng)用，除塵器分離煙氣中的催化劑顆粒以達(dá)到凈化煙氣的目的。

1 工藝技術(shù)介紹

1.1 DMTO反應(yīng)機(jī)理及再生煙氣流程簡述

DMTO反應(yīng)過程是甲醇先脫水生成二甲醚，然后二甲醚與原料甲醇的平衡混合物脫水繼續(xù)轉(zhuǎn)化為以乙烯、丙烯為主的低碳烯烴，少量C2=～C5=的低碳烯烴由于環(huán)化、脫氫、氫轉(zhuǎn)移、縮合、烷基化等反應(yīng)進(jìn)一步生成分子量不同的飽和烴、芳烴、C6＋烯烴及焦炭[1]。

再生煙氣部分原工藝流程為附著焦炭的待生催化劑在再生器內(nèi)與主風(fēng)逆流接觸燒焦后，進(jìn)入再生汽提器汽提，汽提后的再生催化劑在蒸汽的輸送下進(jìn)入反應(yīng)器與甲醇反應(yīng)。催化劑燒焦產(chǎn)生的煙氣經(jīng)再生器一、二級旋風(fēng)分離器除去攜帶的大部分催化劑后，再經(jīng)再生器三級旋風(fēng)分離器和再生器四級旋風(fēng)分離器除去煙氣中所夾帶的催化劑，經(jīng)雙動滑閥、煙氣降壓孔板后送至CO焚燒爐、余熱鍋爐回收熱量后，由煙囪排入大氣。根據(jù)選用的煙氣除塵技術(shù)及煙氣操作條件，可確定新增除塵器的安裝位置。

1.2 高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)介紹

高溫?zé)煔膺^濾器的過濾模塊一般采用超高溫濾材制造，比如金屬纖維氈、高硅氧濾材、陶瓷纖維濾材、陶瓷覆膜濾材等[2]，其中陶瓷類濾材可長期穩(wěn)定運(yùn)行在煙氣溫度為800℃的工況[3]。因此高溫?zé)煔膺^濾器可以安裝在再生三旋煙氣出口，含催化劑顆粒的煙氣經(jīng)再生三級旋風(fēng)分離器氣固分離后，煙氣進(jìn)入過濾器的過濾模塊，通過過濾模塊的篩分作用，固體顆粒被截留于過濾模塊的外表面，過濾后潔凈氣體排出。當(dāng)過濾模塊表面濾餅達(dá)到一定厚度后，過濾壓差達(dá)到設(shè)定值，過濾器執(zhí)行反吹再生程序。反吹過程中，作用于過濾模塊內(nèi)部，對其外表面的濾餅層進(jìn)行剝離。反吹氣從過濾模塊的內(nèi)表面向外表面流動，使過濾模塊外表面的濾餅在瞬間脫落，完成再生過程。

目前，高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)在常減壓裝置、催化裂化裝置和DMTO裝置的催化劑罐頂過濾系統(tǒng)中均有應(yīng)用業(yè)績，但是作為DMTO裝置再生煙氣除塵設(shè)施尚未進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。高溫?zé)煔膺^濾系統(tǒng)放在余熱鍋爐前，反吹氣體氣量小，投資成本及設(shè)備占地面積?。辉偕隹趬毫蓾M足高溫?zé)煔庀到y(tǒng)對入口煙氣操作壓力的要求，不需要新增風(fēng)機(jī)；煙氣除塵后再進(jìn)余熱鍋爐，可大幅降低鍋爐中積灰現(xiàn)象，保證鍋爐的換熱效率。

1.3 低壓脈沖袋式除塵技術(shù)工藝介紹（袋式除塵技術(shù)）

低壓脈沖袋式除塵技術(shù)主要工藝流程是含催化劑顆粒再生煙氣進(jìn)入裝有濾袋的箱體，再生煙氣經(jīng)濾袋凈化，催化劑顆粒被分離在濾袋外表面，凈化后煙氣由箱體上部排出。通過已設(shè)定反吹時間周期，進(jìn)行脈沖反吹清灰。由控制器定時發(fā)出脈沖信號，通過控制閥使各脈沖閥按順序開啟。反吹氣體高速噴入濾袋，引發(fā)氣流吹落附著在濾袋外表面上的催化劑細(xì)粉，細(xì)粉集中回收后排出裝置。

低壓脈沖袋式除塵技術(shù)具有除塵效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、壓降低（＜1.5kPa）等特點(diǎn)，因此此低壓脈沖技術(shù)逐漸成為袋式除塵技術(shù)的一種主要的袋式除塵類型。由于濾袋材質(zhì)的限制，影響濾袋過濾效率的因素有很多，如機(jī)械破損、化學(xué)腐蝕、高溫?zé)?、結(jié)露堵塞引起的糊袋、細(xì)粉的磨損等，濾袋過濾效率下降或損壞都會影響到裝置穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

因此，為保證煙氣除塵器系統(tǒng)能夠長期平穩(wěn)運(yùn)行，避免煙氣超溫出現(xiàn)燒袋現(xiàn)象，操作要求進(jìn)入除塵系統(tǒng)再生煙氣溫度應(yīng)控制在150～240℃，若煙氣超溫可通過噴霧降低再生煙氣溫度。但是為避免濾袋糊袋現(xiàn)象，介質(zhì)中水蒸汽含量要盡可能低，并減小煙氣和脈沖氣體之間的溫差。所以說袋式除塵設(shè)施在實(shí)際操作對煙氣條件要求較高，尤其是煙氣溫度高或攜帶水蒸氣量較大時不推薦使用。

1.4 濕法除塵技術(shù)

濕法除塵技術(shù)在煙氣脫硫裝置上的應(yīng)用已十分廣泛，技術(shù)相對成熟。DMTO裝置再生煙氣與催化裝置再生煙氣或燃煤鍋爐煙氣組成不同，DMTO裝置再生煙氣不含SOx，因此不存在硫腐蝕的問題。濕法除塵系統(tǒng)主要包括煙氣除塵、工藝廢水處理兩部分。煙氣除塵部分采用除塵急冷塔，再生煙氣、工藝水在急冷塔內(nèi)相向流動，由于慣性作用，催化劑顆粒穿過撞擊面滲向反向流。

濕法除塵技術(shù)工藝流程為：再生煙氣從余熱鍋爐出來后進(jìn)入除塵急冷塔，煙氣中的大部分催化劑顆粒被洗滌去除。經(jīng)過急冷塔降溫、洗滌的煙氣進(jìn)入綜合塔，進(jìn)行氣液分離。在洗滌過程中，煙氣所含大部分催化劑被洗滌下來，煙氣夾帶少量催化劑進(jìn)入下一處理過程。因此，為進(jìn)一步提高除塵效果，減少外排煙氣中游離態(tài)的水含量，降低煙囪冒白煙現(xiàn)象，煙氣排放大氣前設(shè)置有濕式靜電除塵器，確保煙氣處理至達(dá)標(biāo)，凈化煙氣通過煙囪排放。含有催化劑顆粒的漿液經(jīng)泵輸送至過濾器處理，過濾器排出的濃漿液經(jīng)板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。濾餅從板框壓濾機(jī)中卸出、裝袋，運(yùn)出裝置處理。

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濕法煙氣除塵設(shè)施配置緊湊，采用一體化、除塵、防堵塞設(shè)計；具有運(yùn)行穩(wěn)定、除塵效率高，操作彈性大等特點(diǎn)，在裝置操作波動或者旋分故障等情況下出現(xiàn)跑劑也可保證煙氣達(dá)標(biāo)排放。此類煙氣除塵技術(shù)已成功應(yīng)用在多套催化煙氣脫硫裝置及部分DMTO裝置上，處理后的煙氣實(shí)際含催化劑質(zhì)量濃度始終保持在12～17mg/nm3，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

濕法除塵與干法除塵技術(shù)相比，濕法除塵技術(shù)需要維護(hù)的設(shè)備數(shù)量多，車間需派人員定期巡檢。廢液處理過程中產(chǎn)生了含少量催化劑的廢水，裝置污水排放量增加，增加二次污染，對已經(jīng)開工DMTO裝置的污處理廠有一定影響。

2 除塵設(shè)施項目投資、占地、能耗統(tǒng)計

2.1 高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)

常規(guī)高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)主要設(shè)備一覽表見表1。由于各專利商提供的高溫?zé)煔膺^濾除塵技術(shù)使用的過濾模塊或工藝流程存在一些差別，所以除塵設(shè)施投資費(fèi)用、占地也不同，現(xiàn)階段，高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)投資費(fèi)用一般在2300萬元左右。

表1 高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)主要設(shè)備表

2.2 低壓脈沖袋式除塵技術(shù)

袋式除塵設(shè)施主要由袋式除塵器本體、保護(hù)系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分組成。袋式除塵器主要設(shè)備一覽表見表2。系統(tǒng)規(guī)劃占地面積約21m×18m=378m2，投資費(fèi)用約1200萬元。

濾袋是整個袋式除塵設(shè)施的核心部件，濾料質(zhì)量直接影響除塵器的除塵效率、裝置長周期運(yùn)行、運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)出余熱鍋爐出口再生煙氣操作條件，專利商一般選用P84（聚酰亞胺）覆膜濾袋，濾袋采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，更換方便。由于濾袋采用特殊材質(zhì)制造，生產(chǎn)成本高，濾袋更換費(fèi)用占設(shè)備維護(hù)總費(fèi)用的70%以上。因此，在生產(chǎn)過程中的要做好除塵器的相關(guān)維護(hù)工作：如定期檢測壓縮空氣含水量；車間巡檢時檢查脈沖清灰系統(tǒng)是否正常工作；檢查差壓變送器的等關(guān)鍵儀表控制系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)是否有誤等。

表2 袋式除塵器主要設(shè)備表

2.3 濕法除塵技術(shù)

濕法煙氣除塵技術(shù)由煙氣除塵部分及工藝廢水處理部分兩部分組成，主要包括除塵急冷塔、綜合塔、濕式靜電除塵器等設(shè)備。由于煙氣除塵部分實(shí)際包含了洗滌和靜電除塵、除霧兩項內(nèi)容，所以煙氣除塵部分費(fèi)用比較高，投資費(fèi)用約1800萬元，工藝廢水處理部分投資費(fèi)用約415萬元。濕法除塵器主要設(shè)備表見表3。規(guī)劃占地面積約 26m×10m=260m2。

表3 濕法除塵器主要設(shè)備表

2.4 能耗比較

由于干法、濕法除塵技術(shù)工藝原理、工藝流程的不同，因此除塵系統(tǒng)公用工程消耗也存在差異。干法除塵系統(tǒng)與濕法除塵系統(tǒng)能耗統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表4。由于袋式除塵器需要低壓蒸汽為除塵器灰斗伴熱，蒸汽消耗對單位能耗的影響較大，所以脈沖袋式除塵設(shè)施單位能耗略高于其它除塵技術(shù)。余鍋前高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)一般采用低壓氮?dú)庾鳛榉创到橘|(zhì)，間歇操作，裝置能耗效益優(yōu)勢明顯。

除塵工藝決定了催化劑回收方式，干法除塵僅需將回收的催化劑細(xì)粉運(yùn)出裝置進(jìn)行處理，也可以與旋分系統(tǒng)收集的細(xì)粉一起送至廢催化劑罐。濕法除塵設(shè)施通過廢液處理系統(tǒng)將含催化劑細(xì)粉的廢液送至板框壓濾機(jī)，壓濾后廢渣裝袋處理，同時廢液需要排至污水處理廠進(jìn)行處理。

表4 除塵系統(tǒng)能耗統(tǒng)計表

3 結(jié)語

高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)的過濾面積小，投資低，并且在余熱鍋爐前將煙氣中催化劑細(xì)粉除掉，余熱鍋爐積灰大幅度降低，余熱鍋爐取熱穩(wěn)定，不受積灰的干擾，排煙溫度降低，余熱鍋爐產(chǎn)汽量增加。高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)在常減壓裝置、催化裝置和DMTO裝置中的催化劑罐頂過濾系統(tǒng)中均有應(yīng)用業(yè)績，但是作為DMTO裝置煙氣除塵設(shè)施上尚未進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。

低壓脈沖袋式除塵技術(shù)具有工藝流程簡化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資低，無二次污染等特點(diǎn)。由于生產(chǎn)過程不可避免的會有跑劑、煙氣超溫等情況發(fā)生，致使濾袋出現(xiàn)機(jī)械損壞、高溫硬化、結(jié)露堵塞等問題，導(dǎo)致除塵器分離效率下降。袋式除塵設(shè)施的濾袋更換費(fèi)用高，后期可關(guān)注高性價比濾袋的開發(fā)利用，降低袋式除塵設(shè)施維護(hù)費(fèi)用，使其更加具有市場競爭力。

綜上所述，干法過濾除塵技術(shù)僅包含煙氣除塵操作流程，不需要另設(shè)廢液處理系統(tǒng)，所以濕法除塵的占地和投資均高于干式除塵，但濕法除塵技術(shù)在煉油裝置的煙氣處理系統(tǒng)應(yīng)用業(yè)績多，相對成熟可靠。干法除塵技術(shù)，具有其占地小，投資省，無廢渣、廢水處理等特點(diǎn)，在余熱鍋爐前設(shè)置高溫?zé)煔膺^濾技術(shù)可有效解決余熱鍋爐積灰的問題，可能是未來DMTO裝置煙氣除塵技術(shù)發(fā)展的主要方向。