催化裂化再生煙氣DRG脫硫除塵系統研究

高玉巖

(遼寧省鞍山市岫巖縣環境保護局，遼寧鞍山114300)

1 引言

我國煉油企業以前主要加工低硫原油，從FCC(催化裂化)裝置排出的SOX量并不大，環保要求也不嚴格。隨著沿海沿江煉油廠加工進口原油，特別是中東含硫原油數量的增加，FCC裝置原料的含硫量加大，大量的SOX及顆粒物已經成為主要的空氣污染源。因此，減少煉油廠SOX排放正受到前所未有的關注［1，2］。

目前濕法仍是煙氣SO2脫除的主要方法，主要有石灰石(石灰)法、雙堿法、鎂法、氨法等。其中雙堿法的優點是塔內鈉基清液吸收，可大大減少塔結垢機會;在較低的液氣比下可得到較高的脫硫率;石灰的利用率較高［3，4］。在濕法煙氣脫硫中吸收塔種類較多，主要有噴淋空塔托盤塔、液柱塔、噴射鼓泡塔、氣動脫硫除塵塔等［5］。其中氣動脫硫除塵塔充分利用空氣動力學原理，在處理煙氣SO2及粉塵方面效果顯著。

2 雙堿法脫硫機理

采用純堿吸收SO2，吸收液再用石灰進行再生，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣的少量沉淀物，再生后的溶液最終返回吸收塔，如此循環使用。循環吸收過程中發生的反應如下［6］:

吸收反應:

再生反應:

氧化反應:

某石化公司DRG工藝系統試驗裝置與基本流程，見圖1。

原煙氣自酸化塔煙氣入口進入塔內，循環漿液通過吸收部分SO2后pH值降低;煙氣經酸化塔后進入氣動脫硫除塵塔進一步脫硫，同時除去大部分粉塵;凈煙氣經過氣動脫硫除塵塔塔頂煙囪排入大氣。

系統初始運行時以純堿為脫硫劑，在氣動脫硫除塵塔內生成亞硫酸鈉與亞硫酸氫鈉;這部分漿液排出塔外，與石灰乳(主要成分是Ca(OH)2)反應生成再生漿液，漿液的主要成分是亞硫酸鈉、少量的NaOH和亞硫酸鈣(固體)。再生漿液經過濃縮罐沉淀分離。濃縮罐溢流去軟化罐，純堿除鈣軟化后，鈉鹽溶液返回氣動脫硫塔循環利用。濃縮罐底流漿液亞硫酸鈣進入生長罐，用酸化塔排出的酸性溶液對生長罐內的亞硫酸鈣漿液進行酸化處理，使漿液的pH值降低。生長罐上清液返回酸化塔，底流中通入氧化空氣，使亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(即石膏)。硫酸鈣在生長罐內充分結晶形成大顆粒的固體石膏，再利用石膏旋流器和皮帶脫水機對石膏漿液進行固液分離。

氣動脫硫除塵塔主要由煙氣入口段、煙氣穩定段、貯漿段、氣動脫硫單元、氣水分離器、煙氣出口段組成。氣動脫硫除塵塔核心部件為氣動脫硫單元，它充分利用空氣動力學原理，煙氣從氣動脫硫單元下方進入，在旋流器的作用下，形成具有一定速度的向上的旋轉氣流，將單元上端注入的吸收液托住反復旋切，形成一段動態穩定的液粒懸浮層。因氣相流速高、剪切力強，故液相和氣相的聚散組合瞬時、隨機發生，氣液兩相的比表面積高，摻混強度大，傳質效率高，從而達到有害氣體吸收、粉塵捕集的目的。該脫硫除塵裝置主要設計數據見表1。

圖1 DRG工藝系統試驗裝置與基本流程

表1 試驗脫硫除塵裝置主要設計數據

3 運行參數分析

3.1 脫硫除塵效率的影響因素分析

利用圖1中裝置進行試驗，采用正交實驗法以減少試驗次數，最終確定影響脫硫因素的合理范圍，對操作條件進行優化。影響脫硫系統穩定高效運行的因素較多，根據工程經驗主要影響因素有酸化塔液氣比(L/G)(A)、氣動脫硫除塵塔漿液pH值(B)、氣動脫硫除塵塔漿液Na+濃度(C)、氣動脫硫除塵塔液氣比(L/G)(D)。確定的因素與水平見表2。

表2 因素水平表

本試驗共有4個因素，且不考慮因素間的交互作用，選用正交表L16(44)來安排試驗。試驗主要煙氣參數見表1，試驗時進口煙氣SO2含量800mg/Nm3(表3)。

表3 試驗方案和結果

根據極差Rj的大小可知影響脫硫效率因素的主次順序為B＞D＞C＞A。

圖2 因素－指標圖

根據圖2可知4個影響因素數值越高，脫硫效率越高。氣動脫硫除塵塔漿液pH值對脫硫效率影響最大。pH值在7以下時，隨著pH值降低，脫硫效率下降很快。pH值在7以上時，其對脫硫效率影響減弱，但仍有上升趨勢。雖然pH值越高，脫硫率越高，但pH值太高，容易導致塔外漿液結垢現象和石灰利用率下降。因此脫硫除塵塔漿液的pH值控制在7.0～7.5左右比較合理。

氣動脫硫除塵塔液氣比(L/G)也是影響脫硫效率的另一大因素，液氣比越大，脫硫效率越高。液/氣比(L/G)在4.0以下時，脫硫率隨著液氣比的提高上升很快。但由于漿液循環量的增大，循環漿液泵(電耗)也會增大，增加了運行費用。所以脫硫除塵塔液/氣比(L/G)為3.0～5.0比較合理。

Na+濃度提高也會提高脫硫效率，但影響力遠不及氣動脫硫除塵塔漿液 pH和液氣比(L/G)，另外Na+濃度提高意味著純堿的耗量增加。脫硫除塵塔鈉鹽的含量控制在8%～10%左右比較合適。

酸化塔液氣比(L/G)對脫硫效率影響最小。由于沒有吸收劑，酸化塔對SO2主要是物理吸收。但液氣比不能太小，否則影響脫硫漿液酸化，石膏品質下降。綜合考慮，酸化塔液氣比(L/G)控制在3.0～4.0比較合理。

通過調試，主要設備中酸化塔液氣比(L/G)控制在3.5左右;氣動脫硫除塵塔鈉鹽的含量控制在10%左右，pH值控制在7.0左右，液/氣比(L/G)為 4，此時脫硫除塵效果滿足要求而且經濟合理。粉塵的捕集主要與塔的結構有關系，運用氣動技術，塔的氣動段具有很高的粉塵去除率。

在已確定的參數下，脫硫除塵裝置入口不同SO2、粉塵濃度下的脫除率分別見圖3和圖4。此脫硫除塵裝置具有較高SO2、粉塵去除率，而且適用工況范圍廣，對催化裂化煙氣SO2含量變化較大、粉塵粒徑細、含塵量波動大具有很強的適應性。

3.2 石膏品質的影響因素

石膏品質的保證是指石膏組成成分達到規定的保證值，主要有游離水含量(wt%)≤10%、CaSO4·2H2O含量(wt%)≥90%、可溶性 Cl－≤100mg/kg。

石膏中游離水含量的控制通過石膏旋流器和皮帶脫水機可以實現;石膏中可溶性Cl－濃度的控制通過外排一定的廢水量實現。

圖3 不同SO2濃度下的脫硫效率

圖4 不同粉塵濃度下的粉塵脫除率

出產石膏的主要成分CaSO4·2H2O含量與生長罐中的CaSO4·2H2O的生長環境有關系，主要是pH值。由(7)式，CaSO4·2H2O是由CaSO3· 1/2H2O氧化而來，圖5是氧化速率與pH值的關系［5］。

圖5 氧化速率與pH值的關系

利用圖1中裝置進行試驗，石膏中CaSO4·2H2O含量(wt%)含量與pH值關系見表4，由表可知pH值的影響基本與圖5相符。一般生長罐pH值控制在4.5～6之間比較合理。

表4 CaSO4·2H2O含量與pH值關系

4 結語

應用雙減法與氣動技術(DRG技術)相結合的脫硫除塵技術處理催化裂化再生煙氣，脫硫除塵塔漿液的 pH 值控制在 7.0 ～7.5，液/氣比(L/G)為 3.0 ～5.0，鈉鹽的含量控制在8% ～10%，酸化塔液氣比(L/G)為3.0 ～4.0，生長罐 pH 值控制在 4.5 ～6，脫硫效率一般可達到95%以上，除塵效率可達到90%以上，出產石膏品質較好;另外DRG技術對催化裂化再生煙氣的SO2含量變化大、微細粉塵含量波動性強的特點具有很強的適應性。

［1］吳中標，楊明珍.燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫設施運行與管理［M］.北京:北京出版社，2007.

［2］郭東明.脫硫工程技術與設備［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［3］馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京:中國環境科學出版社，1985.

［4］內維爾.大氣污染控制工程(影印版)［M］.北京:清華大學出版社，2000.

［5］莫建松.雙堿法煙氣脫硫工藝的可靠性研究及工業應用［D］.杭州:浙江大學，2006.

［6］周至祥，段建中.火力發電廠濕法煙氣脫硫技術手冊［M］.北京:中國電力出版社，2006.