煉油催化裂化裝置脫硫脫硝技術(shù)研究

張國(guó)甲?董春明

摘要：隨著環(huán)境保護(hù)要求的持續(xù)提升，政府環(huán)保部門(mén)對(duì)硫化合物、氮化合物排放的監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)催化裂化裝置再生煙氣脫進(jìn)行脫硫脫硝是節(jié)能減排的關(guān)鍵。某煉油廠采用SCR脫硝技術(shù)、新型湍沖文丘里脫硫技術(shù)對(duì)催化裂化裝置再生煙氣中硫化合物、硫化合物進(jìn)行處理，獲得了理想的節(jié)能環(huán)保效果。

關(guān)鍵詞：煉油;催化裂化;脫硫;脫銷(xiāo);技術(shù)

催化裂化是現(xiàn)階段煉油廠重要的二次加工技術(shù)，是汽油、柴油餾分的主要設(shè)備。催化裂化裝置運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生硫化合物、氮化合物、一氧化碳和顆粒物，大部分來(lái)自再生器燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣。催化淚花原料油中的某些含氮和硫的化合物在轉(zhuǎn)化為硫化合物、氮化合物，與再循環(huán)的廢氣一起釋放到大氣中，對(duì)空氣環(huán)境形成污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煉油廠的二氧化硫排放量占二氧化硫排放總量的6%左右，其中僅催化裂化再生煙氣中的二氧化硫占比約5%，是造成空氣污染和酸雨的主要原因，而且在光和熱的作用下與氮化合物和揮發(fā)性有機(jī)化合物反應(yīng)生成臭氧，從而導(dǎo)致光化學(xué)煙霧污染，此外，氮化合物也是導(dǎo)致催化裂化再生裝置出現(xiàn)硝脆和裂紋的主因，對(duì)安全生產(chǎn)非常不利，因此，有必要研究煉油催化裂化裝置脫硫脫硝技術(shù)，以確保催化裂化裝置穩(wěn)定運(yùn)行，減少污染。

一、煙氣脫硫脫硝工藝原理

該煉油廠1#催化裂化裝置采用濕式湍沖文丘里煙氣脫硫除塵工藝和NH3-SCR 脫硝工藝，工藝裝置由該煉油廠自主研發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

（一） 氨-選擇性催化還原NH3-SCR脫硝工藝原理

在氨-選擇性催化還原脫硝工藝中，在煙氣中加入氨作為還原劑。通過(guò)催化劑的作用，氮化合物被還原為氮?dú)夂退Ｔ摴に噷?duì)催化劑性能要求很高，通常，要求二氧化硫/三氧化硫轉(zhuǎn)化率小于1%，目的是降低銨鹽生成量。而且在工藝實(shí)踐中還要注意盡量減少氨氣泄漏。

（二） 除塵脫硫工藝原理

新型湍沖文丘里除塵脫硫工藝是一種反應(yīng)快速、除塵脫硫效率高的濕式除塵脫硫工藝。該工藝基于撞擊學(xué)理論，兩個(gè)同軸的氣體或氣液顆?；蛞旱蜗嘞蛄鲃?dòng)并發(fā)生碰撞，在慣性的作用下，顆粒穿過(guò)碰撞表面時(shí)，滲透回流并來(lái)回振蕩。在很高的相對(duì)速度下，顆粒在氣流中的留置時(shí)間更長(zhǎng)，提高了傳熱和傳質(zhì)效率。這項(xiàng)工藝的核心在于噴嘴設(shè)計(jì)。從噴嘴中噴出的液體在橫截面的各個(gè)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度不同，在離心力的作用下液體均勻放射狀分布。在圍觀層面上，液體旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)，并從中心擴(kuò)散到周?chē)采w反向射流塔筒的橫截面，與氣體發(fā)生強(qiáng)烈的湍流碰撞，使其處于理想的接觸和分散狀態(tài)，在特定參數(shù)下可以有效利用液相能和氣相能構(gòu)建動(dòng)態(tài)平衡泡沫區(qū)。

該工藝的主要特點(diǎn)包括：

（1）非霧化噴嘴。噴嘴較粗可以有效解決傳統(tǒng)濕法脫硫時(shí)噴嘴容易堵塞的問(wèn)題。

（2）良好的耐沖擊性。確保即便跑劑同樣可以實(shí)現(xiàn)理想的除塵脫硫目的。

（3）湍沖洗滌中有泡沫區(qū)域，對(duì)超細(xì)顆粒粉塵的除塵效果非常好。

該工藝的運(yùn)行機(jī)理是將二氧化硫溶解在水中產(chǎn)生的亞硫酸鹽溶液和堿性物質(zhì)發(fā)生酸堿中和。首先，煙氣中的二氧化硫與水接觸生成亞硫酸鹽，然后亞硫酸鹽與氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉。亞硫酸鈉與亞硫酸反應(yīng)生成更多的亞硫酸氫鈉。亞硫酸氫鈉與氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，部分生成的亞硫酸鈉被氧化為無(wú)害的硫酸鈉水溶液。

二、煙氣脫硫廢水處理工藝

該煉油廠自主研制的煙氣脫硫廢水處理工藝基本流程如下：

（1）利用洗滌吸收塔中的泥漿循環(huán)泵將脫硫廢水泵入脹鼓管式過(guò)濾器，在過(guò)濾器中進(jìn)行膜分離，去除顆粒物，得到的上清液在氧化罐中被空氣氧化，廢水中的化學(xué)需氧量大大減少。

（2）通過(guò)氧化處理后的廢水中懸浮物含量應(yīng)低于70mg/L，化學(xué)需氧量應(yīng)低于50mg/L。

（3）滿(mǎn)足上述要求的脫硫廢水被送至排水池，由排液泵外排。

（4）脹鼓管式過(guò)濾器可以將廢水濃縮至3-8%，濃縮后的廢水進(jìn)入渣漿濃縮緩沖罐沉降并濃縮至固體含量為15-30%，得到的污泥被送入真空帶式過(guò)濾器，繼續(xù)進(jìn)行濃縮脫水后得到的廢液進(jìn)入漿液緩沖池繼續(xù)沉降濃縮，得到的泥餅外運(yùn)處理。

三、 煙氣脫硫脫硝工藝流程

（一） 煙氣脫硝工藝流程

從催化裂化廢裝置中形成的煙氣從蒸發(fā)區(qū)的上部出口被引導(dǎo)至脫硝反應(yīng)單元。單元設(shè)有雙層催化劑，蒸發(fā)區(qū)煙氣出口部位設(shè)置氨氣噴嘴，并在脫硝單元前端通混合柵讓氨分布均勻后送入脫硝單元，煙氣穿過(guò)煙道并進(jìn)入下部蒸發(fā)區(qū)。為確保裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更理想地脫硝處理效果，該煉油廠采用以下幾個(gè)措施：

（1）脫硝催化劑選擇蜂窩式可以最大限度地增加催化劑接觸面積。

（2）安裝了吹灰設(shè)備定期進(jìn)行吹灰，有效防止堵催化劑通道堵塞。

（3）安裝導(dǎo)流板，使煙氣均勻分布。

（4）安裝密封裝置，是所有煙氣均通過(guò)催化劑層。

（5）暴力足夠的催化劑空間，如果在設(shè)備運(yùn)行后期催化活性下降，就能通過(guò)增設(shè)催化劑層的方式確保穩(wěn)定的脫硝效果。

（二）除塵脫硫工藝流程

該工藝分為四個(gè)環(huán)節(jié)，第一環(huán)節(jié)發(fā)生在急冷塔中的急冷段進(jìn)行。急冷噴嘴用于形成水膜以冷卻煙氣入口，收集二氧化硫和粉塵。第二環(huán)節(jié)是反向注入環(huán)節(jié)，使用湍流洗滌技術(shù)，多向噴嘴噴出液體與煙氣反向接觸，使煙氣降溫，使其飽和并清除大顆粒粉塵，吸收二氧化硫;第三環(huán)節(jié)是清潔吸收環(huán)節(jié)，飽和的煙氣通過(guò)消泡劑去除殘留的二氧化硫和細(xì)小顆粒。第四環(huán)節(jié)使電除霧環(huán)節(jié)，通過(guò)電除霧器去除水霧之后，煙氣通過(guò)煙囪排入大氣。

在除塵急冷塔、消泡裝置中持續(xù)補(bǔ)脫硫劑（氫氧化鈉），將漿料通過(guò)漿料循環(huán)泵送至除塵急冷塔以及綜合塔。在綜合塔中通過(guò)噴嘴煙氣從下到上進(jìn)行反向接觸并完全反應(yīng)。部分廢水從反向噴霧漿液循環(huán)泵的出口集管中抽出，然后送至脫硫廢水處理系統(tǒng)。廢水從除塵脫硫裝置送出，首先進(jìn)入漿料緩沖罐，與凝結(jié)劑均勻混合，然后通過(guò)緩沖罐送入脹鼓管式過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器處理后得到的上清液進(jìn)入氧化罐。經(jīng)過(guò)三階段氧化后，在化學(xué)需氧量和懸浮物指標(biāo)滿(mǎn)足要求的情況下，排入排水池，脹鼓管式過(guò)濾器底部排出的濃漿進(jìn)入渣漿濃縮緩沖罐沉降濃縮，再經(jīng)真空帶式過(guò)濾機(jī)濃縮脫水制成含固率40%左右的泥餅，將泥餅裝袋作為危險(xiǎn)廢棄物建有相關(guān)單位妥善處理。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，某煉油廠采用自主研發(fā)的催化裂化煙氣脫銷(xiāo)脫硫除塵工藝裝置能夠有效去除煙氣中的硫化合物、氮化合物以及粉塵等污染物，經(jīng)過(guò)脫銷(xiāo)脫硫除塵處理后的煙氣符合環(huán)保要求。該裝置運(yùn)行穩(wěn)定且具有出色的操作靈活性，可以和催化裂化裝置同步維護(hù)，以滿(mǎn)足長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求。

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作者簡(jiǎn)介：

張國(guó)甲（19840—），男，籍貫;吉林，學(xué)歷，碩士單位，大慶化工研究中心，職稱(chēng)，中級(jí)工程師，研究方向：石油煉制、煉油催化劑研發(fā)。