煙氣除塵工藝探討及布袋除塵器在MTO裝置應用分析

關鍵詞：MTO;再生煙氣;袋式除塵器

1 前言

中安聯合MTO裝置采用中石化自行開發的甲醇制烯烴工藝技術（S-MTO工藝）[1]，該工藝借鑒成熟的催化裂化流化床工藝，通過催化劑在流化床的連續反應--再生方式，在一定溫度壓力下，對甲醇進行轉化，生產聚合級乙烯、丙烯等基本有機化工原料。催化劑在高溫再生過程中，MTO裝置產生大量攜帶0～5μm催化劑細粉的再生煙氣，經三級旋風分離器分離、余熱回收后通過煙囪排向大氣。根據《石油化學工業污染物排放標準（GB31571-2015）》規定，新建企業自2015年7月1日起，大氣污染物顆粒物排放限值為20mg/m3，因此中安聯合MTO裝置必須配套煙氣除塵設施。

2 常見的煙氣除塵工藝介紹

MTO裝置原料甲醇總硫、氮化物含量極低（總硫≤0.5ppm，氮化物≤1ppm），催化劑在反應過程中生焦，在再生器燒焦后產生的高溫再生煙氣中SO2、NOx濃度（SO2平均10mg/m3，NOx平均30mg/m3）在《石油化學工業污染物排放標準（GB31571-2015）》規定的限值以內，但平均粉塵濃度為125mg/m3，遠遠超過排放限值20mg/m3。為滿足國家環保標準，在裝置設計階段，就要考慮選擇一種技術可行的除塵工藝。目前工業上常用的除塵技術有旋風除塵、濕法除塵、靜電除塵、袋式除塵等。

2.1 旋風除塵

旋風除塵器除塵機理是使含塵氣流作旋轉運動，借助于離心力將塵粒從氣流中分離并捕集于器壁，再借助重力作用使塵粒落入灰斗。除塵器由進氣管、排氣管、圓筒體、圓錐體和灰斗組成。旋風除塵器優點是：結構簡單，易于制造、安裝和維護管理，設備投資和操作費用都較低，已廣泛用于從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。它適用于非黏性及非纖維性粉塵的去除，大多用來去除5μm以上的粒子，并聯的多管旋風除塵器裝置對3μm的粒子也具有80～85%的除塵效率。它的主要缺點是對細小塵粒（<5μm）的去除效率較低。

2.2 濕法除塵

濕法除塵技術，也叫洗滌式除塵技術，是一種利用水（或其他液體）與含塵氣體相互接觸，伴隨有熱、質的傳遞，經過洗滌使塵粒與氣體分離的技術。

濕法除塵與干式除塵相比，優點是：設備投資少，構造比較簡單;凈化效率較高，能夠除掉0.1μm以上的塵粒;設備本身一般沒有可動部件，如制造材料質量好，不易發生故障。更突出的優點是，在除塵過程中還有降溫冷卻、增加濕度和凈化有害有毒氣體等作用，非常適合于高溫、高濕煙氣及非纖維性粉塵的處理，還可凈化易燃、易爆及有害氣體。缺點是：要消耗一定量的水（或液體）;粉塵回收困難;受酸堿性氣體腐蝕，應考慮防腐;粘性的粉塵易發生堵塞及掛灰現象;冬季需考慮防凍問題;除塵過程會造成水的二次污染。因此，濕法除塵適用于處理與水不發生化學反應、不發生粘結現象的各類粉塵及南方地區。濕法除塵一般用于催化裂化脫硫工藝中，用堿液洗滌催化劑，既能脫除SO2，也能脫除粉塵，使煙氣排放達標。

主要的濕法除塵技術包括MECS的DynaWave技術、Belco公司的EDV技術、Exxon公司的WGS技術、UOP公司的THIOPAQ生物法技術、Cansolv公司的Cansolv-SOx技術等[2]。目前催化裂化裝置普遍采用美國杜邦BELCO技術公司的EDV5000濕法煙氣洗滌技術和Exxon公司WGS濕法洗滌技術。

2.3 靜電除塵

靜電除塵主要工作原理是含塵氣體經過高壓靜電場時被電分離，塵粒與負離子結合帶上負電后，趨向陽極表面放電而沉積。以往常用于以煤為燃料的工廠、電站，收集煙氣中的煤灰和粉塵，也有用于冶金中用于收集錫、鋅、鉛、鋁等的氧化物。

靜電除塵主要優點是：凈化效率高，能夠捕集0.01um以上的細粒粉塵;阻力損失小，一般在20mm水柱以下;允許操作溫度高，一般可達250℃，特殊設計型號可達350～400℃甚至更高;處理氣體量大及自動化程度高。主要缺點是：設備構造復雜，要求設備調運和安裝以及維護管理水平高;對粉塵介質電阻有一定要求，對于不易帶電粉塵除塵效果不佳;受氣體溫度、濕度等操作條件影響較大。

2.4 袋式除塵

袋式除塵是一種較老的除塵技術，由于除塵效率高，不會造成二次污染，便于回收干料等性能，在國內外的應用越來越廣，占到所有除塵設備的80%以上。它的工作原理是含塵氣體由除塵器下部進氣管道，經導流板進入灰斗時，由于導流板的碰撞和氣體速度的降低等作用，粗粒粉塵將落入灰斗中，其余細小顆粒粉塵隨氣體進入濾袋室，由于濾料纖維及織物的慣性、擴散、阻隔、鉤掛、靜電等作用，粉塵被阻留在濾袋內，凈化后的氣體逸出袋外，經排氣管排出。濾袋上的積灰用氣體逆洗法、噴吹脈沖氣流法去除，清除下來的粉塵下到灰斗，集中起來回收處理。

由于濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾，袋式除塵器適用于捕集細小、干燥、非纖維性粉塵，在燃煤電站、水泥窯爐、瀝青攪拌、垃圾焚燒等煙氣凈化上有著廣泛應用。

袋式除塵器的主要優點是：除塵效率高，一般在99%以上，除塵器出口氣體含塵濃度在50mg/m3以內;結構簡單，維護操作方便;投資小，在保證同樣高除塵效率的前提下，造價低于電除塵器;對粉塵的特性不敏感，不受粉塵及電阻的影響。袋式除塵器的主要缺點是：濾袋常受機械力作用，損壞較快，濾袋檢修與更換工作量大;不適用于凈化含有油霧、水霧及粘結性強的粉塵;不宜凈化有爆炸危險或帶有火花的含塵氣體;不宜處理相對濕度較高的含塵氣體及高溫氣體。目前布袋材質中尼龍只能耐溫80℃，奧綸可以耐溫130℃，滌綸可以耐溫140℃，經過硅酮樹脂、石墨--聚四氟乙烯處理的玻璃纖維濾料可以耐溫250℃[3]。

3 MTO裝置再生煙氣除塵工藝比選

MTO裝置再生煙氣經再生器一級、二級及三級旋風分離器分離后，大部分催化劑已被回收利用，高溫煙氣再經煙機、余熱鍋爐回收壓力能、熱能，到達除塵器入口煙氣工藝參數如表1。粉塵中粒徑≤5μm達94w%，旋風除塵工藝很難滿足要求。MTO裝置采用中石化自主的S-MTO催化劑，該催化劑為SAPO-34分子篩[4]，很難帶電，而靜電除塵工藝要求粉塵易帶電移動，所以也不可以選擇靜電除塵技術。目前已成熟應用的MTO除塵工藝主要為濕法除塵和袋式除塵，但綜合考慮投資、除塵效果、后續廢水固廢等環保處理，MTO裝置采用袋式除塵工藝路線更為經濟可行。

4 MTO裝置袋式除塵器簡介及運行效果分析

中安聯合MTO裝置采用新型高效HDMC系列脈沖布袋除塵器，采用進口P84纖維+PTFE基布，PTFE乳液浸漬、高溫熱定型、PTFE覆膜，并對濾袋作滲膜處理，解決了濾袋耐高溫、耐腐蝕的問題，可滿足再生煙氣最高操作溫度240℃的工藝要求。

除塵器系統由箱體、袋室、灰斗和包裝機等組成，通過噴吹系統、卸料系統、加熱系統和振打器等來實現反吹清灰。煙氣除塵系統流程如圖1所示，再生煙氣自余熱鍋爐出，一路經進氣閥進入布袋除塵器，當含塵煙氣進入袋室前灰斗后，容積增大，使得氣流速度降低，加之氣流方向的改變，較粗的塵粒在灰斗就得到除塵。較細的塵粒隨煙氣在濾袋得到過濾后，通過氮氣反吹落入灰斗內。灰斗下部布置有穩流鉸刀輸送設備，將粉塵輸送至廢劑罐打包處理。除塵器配備有大功率引風機，通過在袋室出口抽氣，增加煙氣推動力，將凈化煙氣排至煙囪;同時保證箱體內負壓狀態，避免粉塵外泄至大氣。

MTO裝置首次投料試車以來，HDMC系列脈沖布袋除塵器運行狀態良好，煙氣除塵效果明顯，凈化煙氣粉塵濃度長期穩定在10 mg/m3以下（如表2），在《石油化學工業污染物排放標準（GB31571-2015）》規定限值以內。按煙氣粉塵平均脫除率估算，每年可減少煙氣粉塵排放量約150t，產生了極大的環保效益。

5 結論

①通過對工業上常用的旋風除塵、濕法除塵、靜電除塵、袋式除塵工藝優缺點進行分析比較，袋式除塵技術更適用于MTO裝置煙氣除塵;

②HDMC系列脈沖布袋除塵器在中安聯合MTO裝置實際運行效果良好，煙氣排放符合國家排放標準。

參考文獻：

[1]趙飛.國內四種工業化MTO工藝分析[J].化工管理雜志， 2018，26（086）：129-130.

[2]楊德祥，余龍紅，吳雷.催化煙氣濕法洗滌脫硫技術探討[J].石油化工設計，2008，25（3）：1-4.

[3]趙然.鍋爐煙氣除塵技術及除塵器的選擇[J].科技資訊，2013（32）：139-140.

[4]唐君琴，葉麗萍，應衛勇，房鼎業，等.硅鋁比對SAPO-34催化劑在甲醇制烯烴反應中催化性能的影響[J].石油化工，2010，39（1）：22-27.

作者簡介：

還傳庚（1964- ），男，本科，工程師，研究方向：煤制烯烴行業安全環保管理。