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催化裂化烟气脱硫除尘技术的应用

北极星大气网  来源:炼油技术与工程  作者:栾海涛 商红志等  2019/12/2 13:29:31  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:介绍高效布袋除尘+ 碱液湿法脱硫工艺在青岛安邦炼化有限公司0. 5 Mt /a 催化裂化装置烟气脱硫除尘系统的应用情况。催化裂化装置余热锅炉和酸性气焚烧炉混合烟气经过脱硫和除尘设施净化后,SO2质量浓度从2 930 mg /m3 降至12 mg /m3 ,颗粒物质浓度从200 mg /m3 降至4 mg /m3 ,满足《石油炼制工业污染物排放标准》( GB 31570—2015) 要求。针对催化裂化混合烟气颗粒物粒径小、SO2浓度高的特点,该技术具有工艺流程简单、脱硫除尘效率高、能量利用合理等优势,在催化裂化装置烟气治理领域具有良好的应用前景。

青岛安邦炼化有限公司( 简称青岛安邦) 0. 5Mt /a 催化裂化装置,采用“高效布袋除尘+ 碱液湿法脱硫”工艺对烟气进行治理。该技术除尘采用高效布袋除尘器,配套32% NaOH湿法脱硫工艺。催化裂化烟气脱硫和除尘装置投用后,污染物排放量得到明显改善。对烟气脱硫和除尘净化系统在运行过程存在的问题进行分析,并提出处理措施。

1 技术路线选择

催化裂化烟气湿法脱硫治理技术,在烟气净化过程中优势明显。催化裂化烟气湿法脱硫和除尘过程按脱硫产物是否回收,分为可再生循环吸收法和抛弃法两大类。可再生循环吸收法将脱硫副产物以硫酸、硫磺、硫铵等形式加以回收,废水排放量较少、脱硫剂消耗低,但工艺流程较为复杂,投资较高。抛弃法脱硫得到的物料没有回收价值或者无法回收,脱硫过程产生大量废水,但其工艺流程简单、投资相对较低,在国内应用较多。

催化裂化烟气治理技术在国外已发展多年,技术相对成熟。美国Belco公司的EDV 烟气净化工艺、美国Exxon公司的WGS 烟气净化工艺、德国GEA公司的EP-ABSORBER 烟气净化工艺,在国内炼油厂应用较多。国外技术烟气净化效果较好,但也存在液气比大、压力降较高、需要高额技术引进费等劣势。国内对催化裂化烟气脱硫技术研究起步相对较晚,但近年来发展非常迅速,主要有两种技术路线。

旋流除尘+ 碱液湿法脱硫工艺: 采用旋流除尘和脱硫系统,使用碱性溶液作为吸收剂,在脱硫塔内通过洗涤达到除尘和脱硫目的。采用湿法除尘和脱硫一体化,易导致脱硫溶液颗粒物磨损设备与管道。脱硫后排放废水含高浓度催化剂颗粒物,难以治理。

布袋除尘+ 碱液湿法脱硫工艺: 采用先布袋除尘、后氢氧化钠碱液脱硫的技术路线。催化剂颗粒物通过布袋除尘器收集后装袋回收,对后端脱硫系统无影响。除尘器布袋为耐高温PM2. 5专用滤料,对催化裂化烟气有良好的净化作用。脱硫后排放废水颗粒物含量低,无需废水处理设施即可达标排放。

青岛安邦采用高效布袋除尘+ 碱液湿法脱硫组合工艺路线,可适应烟气污染物浓度大幅度波动,满足国家和地方环保排放要求。

2 烟气排放状况

催化裂化装置余热锅炉外排烟气量约90km3 /h,SO2质量浓度约1 500 mg /m3,颗粒物质量浓度约200 mg /m3,最大值约1 000 mg /m3。催化剂再生过程NOx质量浓度约130 mg /m3,应用降低氮氧化物助剂NOx质量浓度降至40 mg /m3,余热锅炉烟气参数见表1( 文中所列参数均指标准状态下的参数) 。

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0. 5 Mt /a 催化裂化装置再生烟气粉尘粒径分布见表2,烟气中0 ~ 5 μm 颗粒物占75. 6%,颗粒物粒径较小且硬度大。烟气中水蒸气质量分数为10% ~ 15%,运行烟气温度为220 ~ 250 ℃。

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为解决厂区酸性气治理问题,增加酸性废气焚烧炉一台。酸性气焚烧炉排放烟气参数见表3,酸性废气烟气量为10 dam3 /h,SO2质量浓度约18 500 mg /m3,NOx质量浓度约120 mg /m3,无颗粒物排放。

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3 工艺技术简况

3. 1 设计工况

0. 5 Mt /a 催化裂化装置混合烟气排放参数见表4。由表4 可以看出,催化裂化装置混合烟气排放SO2质量浓度为2 930 mg /m3,NOx质量浓度为48 mg /m3,颗粒物质量浓度为200 mg /m3。SO2质量浓度大于50 mg /m3,颗粒物质量浓度大于30 mg /m3,超出石油炼制工业污染物排放标准; 混合后烟气NOx质量浓度小于100 mg /m3,满足排放标准。因此,青岛安邦0. 5 Mt /a 催化裂化装置烟气治理改造仅建设脱硫除尘设施。

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3. 2 工艺原理

烟气中SO2与水发生如下反应:

SO2 + H2O → H2SO3

H2SO3在短时间内与氢氧化钠溶液发生反应:

H2SO3 + 2NaOH → Na2SO3 + 2H2O

Na2SO3 + H2SO3 → 2NaHSO3

NaHSO3 + NaOH → Na2SO3 + H2O

氧化曝气池通入O2将亚硫酸钠氧化成硫酸钠:

Na2SO3 + 1 /2O2 → Na2SO4

3. 3 工艺流程

2016 年9 月,0. 5 Mt /a 催化裂化装置烟气脱硫和除尘装置投入试运行,流程如图1 所示。催化裂化烟气自余热锅炉来,经过烟-水换热器与软化水换热至180 ℃进入布袋除尘器。软化水通过烟气加热至95 ℃,送入余热锅炉除氧器。再生烟气经过加压后与酸性气焚烧炉烟气混合进入烟-烟换热器,除尘烟气与净化烟气换热后进入脱硫塔。烟气与32%NaOH 逆流接触脱除烟气中二氧化硫,脱硫溶液通过塔釜排入氧化曝气池。

4 运行状况与分析

4. 1 烟气排放

烟气脱硫和除尘装置运行参数见表5。催化裂化装置废气排放量100 dam3 /h,颗粒物排放浓度小于20 mg /m3,SO2排放浓度小于50 mg /m3,NOx排放浓度小于100 mg /m3,满足《石油炼制工业污染物排放标准》( GB 31570—2015) 。烟气脱硫除尘装置碱液消耗量约50 t /d,由于酸性气焚烧烟气并入脱硫系统致使碱液消耗量较高。

4. 2 外排废水

脱硫塔旁设有氧化曝气池,通过罗茨鼓风机对脱硫废水进行充分曝气氧化。考虑到脱硫废水含盐浓度较高,为避免对厂区现有污水处理系统产生不利影响,将脱硫废水排入污水处理场混凝沉淀池,达标后统一排放。外排废水参数见表6,脱硫除尘装置外排废水量约7 m3 /h,进入到脱硫废水颗粒物约324 g /h,满足《山东省半岛流域水污染综合排放标准》( DB 37 /676—2007) 第一类和第二类污染物最高允许排放要求。

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5 工艺技术特点

0. 5 Mt /a 催化裂化烟气脱硫和除尘装置自投用以来,各项脱硫除尘指标正常。“高效布袋除尘+ 碱液湿法脱硫”技术可长周期运转,生产同步率100%。脱硫剂溶液可以循环使用,节省运行费用、减少脱硫废水排放量,不需要设置专门的废水处理设施。烟气颗粒物在烟气脱硫前端过滤,降低颗粒物对下游设备影响。烟气颗粒物浓度波动不会对烟气净化系统造成损害,也不会影响烟气净化效果。

催化裂化烟气脱硫和除尘装置针对不同温位余热,进行合理的安排和利用。余热锅炉进入布袋除尘器前设置烟-水换热器,降低烟气温度、回收烟气热量。除尘器与脱硫塔之间设置烟-烟换热器,提高脱硫后气体排放温度,降低脱硫塔入口烟气温度,有效减少水的汽化损耗。脱硫后排放烟气达到80 ℃以上,避免形成烟囱雨。

6 存在的问题及处理措施

6. 1 烟气温度异常及处理措施

烟气温度异常可分为烟气温度超高和烟气温度偏低两种情况,主要会对布袋除尘器产生影响。如果余热锅炉出口烟气温度超出设计参数范围,会对除尘器滤袋造成高温损伤。可提高调节烟-水换热器软化水量,来降低进布袋除尘器前烟气温度。若烟气温度偏低则可能造成结露、腐蚀等问题。烟气温度较低时,烟气将被自动切出净化系统,避免对烟气净化设施造成损害。

6. 2 余热锅炉旁路密封

催化裂化装置余热锅炉设有旁路,正常运行时旁路烟道挡板关闭。但在实际运行过程,由于烟道挡板密封不严,余热锅炉再生烟气窜烟囱,导致烟囱烟气排放污染物超标。通过将余热锅炉旁路烟道挡板改为四偏心蝶阀,很好地解决了烟气泄漏问题,并且回收烟气热量。

7 结束语

青岛安邦0. 5 Mt /a 催化裂化装置采用“高效布袋除尘+ 碱液湿法脱硫”工艺技术,可有效降低催化余热锅炉和酸性气焚烧炉烟气SO2和颗粒物浓度,满足环保排放要求。烟气脱硫和除尘装置投入运行后每年可减排SO2约2 334 t,减排颗粒物约156 t。由于酸性气焚烧炉并入烟气脱硫除尘系统,使碱液消耗量较高,后期将通过酸性气治理技术对其改进,使企业经济效益与生态环境得到协调发展。

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