煉化企業自產石油焦的清潔利用

郭 濤

中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）建有2套延遲焦化裝置，年產石油焦約400 kt。上海石化熱電部建有3臺循環流化床（CFB）鍋爐，3臺鍋爐的設計燃料為煙煤和石油焦混燒，可以全部消耗上海石化自產的石油焦，而且鍋爐排放達標。煉化企業自產石油焦在其自備電站CFB爐上的應用是石油焦最清潔利用的措施。

1 石油焦的產生和用途

石油焦是一種富含碳的固體，是在世界范圍內所有石油煉化企業在原油提煉以及重質烴等復雜有機分子裂解為更簡單、價值更高、更輕質的石油產品的過程中所產生的副產物，占原油加工量的3%左右，含有諸多污染物，其中硫質量分數一般為3%～6.5%。

根據品質不同，石油焦可以作為工業制造過程中的碳源，或是用作燃料，在發展中國家的使用尤其如此（見表1，數據來源于美國燃料與制造商聯合會）。

表1 世界石油焦用途分類 %

一些金屬在制造過程中需要使用電極級別或“煅燒”后的石油焦，即來自輕質、低硫、低金屬含量原油的殘余副產物。通過煅燒可以讓這種石油焦去除灰分，從而變得更純。這些石油焦中硫的質量分數相對較低（約3%），而且碳純度較高，因而可用于提供電解鋁、冶煉鋼或二氧化鈦所需的碳。例如，煅燒石油焦以制造陽極（用作導體的大塊固體），將氧化鋁電解還原成金屬鋁；而針狀焦（另一種純度更高的石油焦）則用于制造電爐煉鋼所需的石墨電極。

但大部分的石油焦還是被用作燃料。粗略估計，全球生產的80%左右的石油焦都是高硫、燃料級石油焦，由于石油焦中碳元素質量分數為90%～97%，發熱量較高，其低位發熱量約為原煤的1.5～2倍，常常被用作工業燃料。中國市場上石油焦用途分類見表2。

表2 中國石油焦用途分類 %

2 石油焦用于CFB鍋爐焚燒

與常規燃料煤炭相比，石油焦具有高熱值、低灰分、低揮發分、高硫分、難燃盡等特點。石油焦的基碳高、含熱量高，揮發分比煤炭低，低位發熱量遠高于煙煤，灰分比燃煤小得多，煙氣中的總灰量略小于煤粉鍋爐，石油焦的煙塵排放特性基本與燃煤的煙塵排放特性一致，金屬含量相當。

2.1 CFB鍋爐焚燒石油焦的優勢

CFB鍋爐是一種燃料清潔燃燒的鍋爐型式，通過在爐內添加石灰石達到高效脫硫的目的，使CFB鍋爐出口的SO2排放質量濃度小于煤粉爐出口的SO2排放質量濃度。再經過鍋爐尾部煙氣脫硫裝置的處理，通過煙囪排至大氣的SO2排放質量濃度完全可以滿足到最新BG 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》的超低排放指標的要求。

CFB鍋爐燃燒溫度低，又可實現分級燃燒，NOx排放中只有燃料型NOx，無熱力型NOx，是一種低NOx排放的鍋爐。CFB鍋爐中石油焦摻燒比例越高，NOx排放越低。與燒煤的煤粉爐比，CFB鍋爐的初始NOx排放質量濃度也低得多，一般在150 mg／m3左右，只需配置選擇性非催化還原（SNCR）脫硝裝置，脫硝效率達70%，就可實現NOx低于50 mg／m3的排放指標，若配置SCR脫硝裝置，可實現更低的排放指標。而在配置低NOx燃燒器情況下，煤粉爐的初始NOx排放質量濃度也不會低于300 mg／m3，必須配置SCR脫硝裝置才能使NOx達標排放。

石油焦的煙塵排放特性與燃煤的煙塵排放特性基本一致，煙塵的排放質量濃度取決于除塵器的除塵效率。總體上石油焦的灰分比燃煤小得多，煙氣中的總灰量略低于煤粉鍋爐。

2.2 CFB鍋爐焚燒石油焦案例

上海石化熱電部有3臺循環流化床（CFB）鍋爐，1臺為620 t／h的 CFB鍋爐，2臺為310 t／h的CFB鍋爐。3臺鍋爐的設計燃料為煙煤和石油焦混燒，可以全部消耗自產的石油焦。

620 t／h CFB的設計額定蒸發量（ECR）為571 t／h，最大蒸發量（BMCR）為 620 t／h，瞬時最大蒸發量為670 t／h，主蒸汽壓力為9.81 MPa，主蒸汽溫度為540℃，鍋爐效率為92.36%。620 t／h鍋爐主要物料參數見表3，其中石油焦和煤的質量比為3∶7。

表 3 620 t／h鍋爐主要物料參數 t／h

310 t／h CFB的 ECR為310 t／h，主蒸汽壓力為9.81 MPa，主汽溫度540℃，鍋爐效率為90.6%。310 t／h鍋爐主要燃燒參數見表4。

表 4 310 t／h鍋爐主要燃燒參數 t／h

石油焦熱值高，對鍋爐的磨損小，上海石化3臺CFB鍋爐運行近10年，摻燒效果一直較好，CFB鍋爐高效脫硫的特性正好彌補了石油焦含硫量高的劣勢。通過脫硫、脫硝、除塵等環保改造后，與全煤工況煤粉爐相比，大氣污染物排放質量濃度相當，甚至更低。表5為上海石化熱電部4套煙氣在線檢測系統（CEMS）2015年大氣污染物排放質量濃度平均值。

表5 2015年大氣污染物排放質量濃度平均值 mg／m3

從表5可以看出：燃用石油焦的CFB鍋爐其煙塵排放質量濃度基本與煤粉爐相差無幾，SO2排放和NOx排放明顯比全燒煤的煤粉爐低。完全滿足國家目前執行的排放標準（GB 13223—2011）的要求。

在近期上海市環保局委托第三方進行的例行環保監測報告中，燃用石油焦的CFB鍋爐在煙氣排放、飛灰特性等各個方面的污染物（氮氧化物、粉塵、二氧化硫、重金屬、二噁英等）監測數據均滿足國家標準的要求。

中國石油化工股份有限公司廣州分公司的兩臺CFB鍋爐焚燒自產石油焦，通過改造已實現超低排放的目標，并得到了廣州市環保局的認可。

據了解，中國石油化工股份有限公司燕山分公司通過CFB鍋爐焚燒石油焦作為危險廢棄處理項目已立項。

2.3 CFB鍋爐焚燒石油焦環保效益

石油焦是目前世界范圍內所有石油煉化企業中對原油重油組分進行加工的常見副產品，其產量占原油加工量的3%左右，石油焦系煉化企業的必然產物，目前，部分省市已將石油焦列為危廢處理，其必然占用社會資源，增加處理費用，長途運輸過程中還將產生粉塵污染，產生細顆粒物PM 2.5。

在CFB鍋爐內燃燒自產石油焦，配備相應脫硫、脫硝、除塵設施，是減少石油焦煅燒污染和運輸過程產生粉塵的最佳選擇。

3 結語

煉化企業籌建CFB鍋爐焚燒石油焦進行集中清潔利用更科學、更環保，更適合中國國情，合理使用自有的CFB鍋爐燃用自產的石油焦，是對于石油焦內部消化、綜合利用的最好方式，值得推廣。