煉化企業SO2減排潛力分析

吳百春，范俊欣，楊 柳，賈 勇，鐘 秦

(1.中國石油 安全環保技術研究院，北京 100007;2.南京理工大學 化工學院，江蘇 南京 210094)

煉化行業是繼電力行業之后的又一大SO2主要排放源。近年來，煉化企業發展迅速，產生的SO2排放量逐年穩步增長，加劇了我國大氣環境質量的惡化［1－3］。節能減排是事關我國經濟和社會可持續發展的關鍵，并被列入國家“十二五”規劃綱要，同時對煉化企業SO2的排放控制提出了更高的要求。本文對煉化企業的SO2減排潛力進行了分析。

1 煉化企業SO2排放源

煉化企業SO2排放源包括自備電廠燃煤鍋爐排放和生產過程中燃料燃燒及工藝排放。其中自備電廠燃煤SO2排放量約占總排放量的40%，生產過程中燃燒燃料SO2排放量占總排放量的8%，工藝SO2排放量占總排放量的52%。

自備電廠SO2排放主要來自為煉化過程提供熱電的燃煤鍋爐，其排放量取決于燃煤量。由于我國煉化生產裝置規模小、設計水平低、生產工藝相對落后，使得煤消耗量和SO2排放量均偏高［4］。煙氣脫硫依然是國內外各行業控制燃煤電廠SO2排放量的主要方法。

生產過程中的含硫物主要來自煉廠氣中的H2S。根據原油的含硫量及加工深度不同，煉廠氣中H2S的質量濃度一般為8 000 ～10 000 mg/m3［5］。通常，煉廠氣作為燃料或化工原料使用前，需要進行脫硫處理。最常采用的處理方法是將煉廠氣送入Claus裝置回收硫磺，尾氣再進一步回收、凈化處理后，實現達標排放。

發達國家采取了一些措施來控制 SO2的排放［6］。德國頒布了《大型燃燒裝置法》，嚴格規定了SO2的排放標準;英國主要通過更換燃料來控制SO2的排放;美國針對SO2污染建立了環境質量管理體系，制定SO2排放標準，采取各種措施減少SO2排放，已取得一定效果;日本也制定了《大氣污染控制法》，并加大對煙氣脫硫技術的投資，使SO2排放得到有效削減的同時促進了環保產業的發展。

我國充分借鑒了國外在SO2污染控制方面的經驗，結合各行業SO2減排現狀及技術特點，確立減排影響因素，并建立數學模型分析各因素對SO2的減排潛力。

2 自備電廠SO2減排量潛力分析

2.1 SO2減排量數學模型

結合煉化企業的現狀及特點，煉化企業自備電廠主要的SO2減排因素包括:國內生產總值、電力彈性系數、煤炭消耗量、燃煤含硫量、煙氣脫硫的裝機容量(包括現有脫硫機組容量和新增脫硫機組容量)、脫硫系統脫硫效率與運行狀況、關停小機組容量、SO2排污收費標準等。自備電廠SO2減排量數學模型見式(1)。

式中:MSO2為SO2減排量，104t;C1為關停小機組容量，104kW;C2為現有機組脫硫容量，104kW;C3為新增脫硫機組容量，104kW;St，ar為燃煤中硫質量分數，%;t1為關停小機組年運行時間，h;t2為現有脫硫機組年運行時間，h;t3為新增脫硫機組年運行時間，h;α1為小機組供電標準煤耗，g/(kW·h);α2為現有脫硫機組供電標準煤耗，g/(kW·h);α3為新增脫硫機組供電標準煤耗，g/(kW·h);K1為小機組燃煤中的硫經燃燒后氧化成SO2的比例，%;K2為大機組燃煤中的硫經燃燒后氧化成SO2的比例，%;η為脫硫系統運行效率，%。

2.2 自備電廠SO2減排量影響因素分析

煉化企業自備電廠主要用于企業內部生產，可以不考慮國內生產總值、電力彈性系數及SO2排污收費等對SO2減排量的影響。采用單因素敏感性分析法［7］，將SO2減排量作為敏感性研究對象，分析各個因素變化時對SO2減排量的影響程度，即得到敏感度。敏感度是用SO2減排量變化率除以減排因素的變動范圍所得的數值，其大小決定著該減排因素對SO2減排量的重要性，數值越大表示減排因素越重要。以某一機組脫硫工程為例，將基準數據 C1=5 ×107kW，t1=5 000 h，α1=450 g/(kW·h);C2=1.67 × 108kW，t2=5 500 h，α2=3 600 g/(kW·h);C3=3.26 ×108kW，t3=5 500 h，α3=310 g/(kW·h);St，ar=0.9，η =90，K1=0.85，K2=K3=0.90代入式(1)中，計算出基準 SO2減排量為1.466 ×107t。

2.2.1 C1對SO2減排量的敏感性分析

假設其他因素不變，C1變化對SO2減排量及敏感度的影響見表1。由表1數據可得C1的敏感度平均值為0.117 5。

表1 C1對SO2減排量的敏感性分析

2.2.2 C2對SO2減排量的敏感性分析

假設其他因素不變，C2變化對SO2減排量和敏感度的影響見表2。由表2數據可得C2的敏感度平均值為0.328 5。

表2 C2對SO2減排量的敏感性分析

2.2.3 C3對SO2減排量的敏感性分析

假設其他因素不變，C3變化對SO2減排量和敏感性的影響見表3。由表3數據可得C3對SO2減排量的敏感度平均值為0.554 0。

表3 C3對SO2減排的敏感性分析

2.2.4 St，ar對 SO2減排量的敏感性分析

假設其他因素不變，St，ar變化對 SO2減排量和敏感性的影響見表4。由表4數據可得St，ar的敏感度平均值為0.998 5。

表4 St，ar對 SO2減排的敏感性分析

2.2.5 η對SO2減排量的敏感性分析

假設其他因素不變，η變化對SO2減排量和敏感性的影響見表5。由表5數據可得η的敏感度平均值為 0.882 5。

表5 η對SO2減排的敏感性分析結果

2.3 自備電廠SO2減排對策及潛力分析

(1)增加脫硫設施，采用先進的煙氣脫硫技術，建立脫硫設施在線監管機制，現有在建、新建、擴建的電廠應配套建設脫硫設施，同時監控其運行和脫硫效果，保證其投運率和脫硫效率，實現清潔生產，其對電廠SO2減排量的貢獻率為60%。

(2)新增大容量、高參數的大機組，關停小機組，以大代小，為有效實施脫硫減排設施創造條件，并可提高脫硫設施的運行效率，降低煙氣脫硫設施單位投資和運行成本，既節能又減排，其對電廠SO2減排量的貢獻率為23%。

(3)自備電廠燃煤中硫質量分數大多為1%左右，可改燒清潔燃料，采用低硫清潔煤和低硫油，以盡可能地改變以煤為主的能源結構，其對電廠SO2減排量的貢獻率為17%。

3 生產過程中的SO2減排潛力分析

3.1 生產過程中的SO2排放源

煉化企業生產過程中的SO2排放源主要有3類:催化裂化催化劑再生煙氣;酸性氣回收裝置尾氣;工藝加熱爐煙氣。其中前2項屬于工藝排放，后1項屬于燃燒排放。

3.1.1 催化裂化催化劑再生煙氣

催化裂化是在熱和催化劑的作用下使重質油發生裂化反應，轉變為裂化氣、汽油和柴油等的過程。其工藝過程包括3個主要單元:反應單元、催化劑再生單元、反應產物分離單元。而SO2主要產生在催化劑再生單元的煙氣中。

3.1.2 酸性氣回收裝置尾氣

酸性氣回收裝置是以煉化企業溶劑再生、酸性水汽提過程產生的富含H2S氣體為原料，生產硫磺或硫酸的裝置。目前世界各國的煉油過程主要用Claus制硫工藝回收硫磺［8］，會存在未反應完全的SO2排出。

3.1.3 工藝加熱爐煙氣

工藝加熱爐主要用于對原油的加熱，提供分餾過程中物料氣化所需熱量和保證反應過程中物料的溫度，所用燃料主要有煉廠氣、燃料油等。目前各企業均采用醇胺脫硫工藝控制煉廠氣中H2S含量，尾氣再經焚燒排放SO2。

3.2 生產過程中的SO2減排對策及潛力分析

3.2.1 催化裂化催化劑再生煙氣 SO2減排潛力分析

降低催化裂化催化劑再生煙氣中的SO2含量有3個途徑:(1)降低催化裂化原料的硫含量，將催化裂化原料加氫預處理，可使其中硫質量分數小于0.3%，國內已有開發成熟的技術，并得到了較大規模的應用;(2)使用硫轉移催化劑，此技術國內已開發多年，用于較低硫含量原料的催化裂化，SO2降低較明顯;(3)煙氣脫硫是目前大部分煉化企業都亟待解決的問題，脫硫工藝尚存在一些與催化裂化裝置平穩連接的技術問題。實施三者聯合工藝，其對生產過程中SO2減排量的貢獻率為16%。

3.2.2 酸性氣回收裝置尾氣SO2減排潛力分析

經統計，我國煉化企業共擁有硫磺回收裝置86套，其中中國石化47套，平均硫回收率94.21%;中國石油26套，平均硫回收率61.68%。Claus工藝對硫磺的回收率(二級轉化或三級轉化)約為92% ～94%，如果尾氣經熱焚燒后排放，排放尾氣中SO2質量濃度一般高于30 000 mg/m3。因此仍需增設煙氣脫硫設施，可顯著減少SO2的排放量。實施Claus硫回收—尾氣凈化—煙氣脫硫聯合工藝，其對生產過程中SO2減排量的貢獻率為69%。

3.2.3 工藝加熱爐煙氣SO2減排潛力分析

煉化企業工藝加熱爐燃料燃燒煙氣中SO2減排有兩種途徑:一是采用低硫燃料;二是煙氣脫硫。目前，大部分煉化企業使用的燃料氣都先采用二乙醇胺脫硫工藝進行脫硫處理，工藝成熟，脫硫效率高，經脫硫后燃料氣中硫質量濃度小于20 mg/m3，產生的煙氣中SO2質量濃度小于57 mg/m3，進一步脫硫潛力較小。對于采用高硫燃料的加熱爐，其排放煙氣還需增設煙氣脫硫設施，以降低SO2排放量。其對生產過程中SO2減排量的貢獻率為15%。

4 結論

a)煉化企業SO2排放源包括自備電廠燃煤鍋爐排放和生產過程中燃料燃燒及工藝排放。

b)建立了自備電廠SO2減排量數學模型。自備電廠燃煤鍋爐SO2減排措施包括:增設脫硫設施，或改進現有脫硫工藝，提高脫硫效率，其對電廠SO2減排量的貢獻率為60%;關停小機組，新增大機組，其貢獻率為23%;降低燃料硫含量，包括使用低硫煤或更換燃料，其貢獻率為17%。

c)生產過程中催化裂化催化劑再生煙氣的脫硫減排措施:一是降低原料硫含量;二是使用硫轉移催化劑;三是煙氣脫硫，實施三者聯合工藝，其對生產過程中SO2減排量的貢獻率為16%。酸性氣回收裝置尾氣實施Claus硫回收—尾氣凈化—煙氣脫硫聯合工藝，其對生產過程中SO2減排量的貢獻率為69%。煉化企業工藝加熱爐燃料燃燒煙氣中SO2減排有兩種途徑:一是采用低硫燃料;二是煙氣脫硫?？墒谷紵a生煙氣SO2濃度小于57 mg/m3，其對生產過程中SO2減排量的貢獻率為15%。

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