鈣-鈉雙堿法在油母頁巖煉油企業(yè)煙氣脫硫中的應(yīng)用研究

胡廣軍

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究中心，遼寧 撫順 113000）

油母頁巖是剝離煤層的產(chǎn)物，是一種重要的能源資源，也是一種可燃性固體礦產(chǎn)，可通過低溫干餾的方法產(chǎn)生類似天然石油的頁巖油。頁巖油低溫干餾過程產(chǎn)生的主要污染物是加熱爐煙氣，它是可燃?xì)怏w燃燒的產(chǎn)物。加熱爐煙氣以SO為主要污染物，其濃度可達(dá)2 000 mg/m。當(dāng)前，環(huán)境保護(hù)要求逐步提高，我國SO排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。為了提高社會(huì)效益和環(huán)境效益，必須嚴(yán)格控制固定污染源大氣污染物的排放量，尤其是SO。本文通過煙氣脫硫技術(shù)比選，將鈣-鈉雙堿法應(yīng)用在油母頁巖煉油企業(yè)煙氣脫硫中，以改善生態(tài)環(huán)境，提高綜合效益。

1 煙氣脫硫技術(shù)比選

根據(jù)操作過程的物相不同，煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、干法和半干法。

1.1 濕法煙氣脫硫技術(shù)

濕法煙氣脫硫技術(shù)以氣液反應(yīng)為基本機(jī)理，反應(yīng)速度快，脫硫效率高，一般均高于90%，技術(shù)成熟，適用面廣，生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠，在眾多的脫硫技術(shù)中，其始終占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，生成物是液體或淤渣，較難處理，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，洗滌后煙氣需要再熱，能耗高，占地面積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高。

一是鈣-鈉雙堿法。該方法利用石灰漿液吸收煙氣中的SO，反應(yīng)后的吸收液與鈉堿反應(yīng)而得以再生，并生成石膏。二是石灰石-石膏法。該方法利用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的SO，生成亞硫酸鈣。三是檸檬吸收法。該方法原理是SO與檸檬酸鹽液體中H發(fā)生反應(yīng)，生成HSO絡(luò)合物。該方法僅適于低濃度SO煙氣，應(yīng)用范圍比較窄。

1.2 干法煙氣脫硫技術(shù)

干法煙氣脫硫技術(shù)以氣固反應(yīng)為基本機(jī)理，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、操作方便、能耗低、生成物便于處置、無污水處理系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，反應(yīng)速率慢，吸收劑利用率低，磨損、結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重，脫硫效率低，設(shè)備維護(hù)難度較大，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性不高，且壽命較短。

一是活性炭吸附法。該方法原理是SO被活性炭吸附并被催化氧化為SO，再與水反應(yīng)生成HSO。二是電子束輻射法。該方法用高能電子束照射煙氣，生成大量的活性物質(zhì)，將煙氣中的SO氧化為SO，進(jìn)一步生成HSO。三是荷電干式吸收劑噴射脫硫法。該方法原理是通過高壓靜電電暈充電區(qū)的SO吸收劑帶有靜電荷，將其噴射到煙氣流中，以同性排斥原理來達(dá)到去除SO的目的，脫硫效率大于90%。但此方法產(chǎn)生的高強(qiáng)度輻射對(duì)人體有害，需要設(shè)置防輻射屏蔽。四是金屬氧化物脫硫法。該方法原理是金屬氧化物對(duì)S0具有較強(qiáng)的吸附性，在常溫或低溫下，金屬氧化物吸附S0；高溫情況下，金屬氧化物與SO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

1.3 半干法煙氣脫硫技術(shù)

一是噴霧干燥法。該方法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，生成的干態(tài)硫酸鈣易處理，沒有嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕和堵塞情況，耗水量低。但是，脫硫效率低，自動(dòng)化要求比較高，吸收劑用量不易控制，吸收效率低。二是半干半濕法。半干半濕法的脫硫效率和脫硫劑利用率介于干法與濕法之間，其主要適用于中小鍋爐的煙氣治理。三是粉末-顆粒噴動(dòng)床煙氣脫硫法。該方法原理是含SO的煙氣經(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入粉末-顆粒噴動(dòng)床，在床內(nèi)與噴動(dòng)粒子充分混合，借助和熱煙氣的接觸，脫硫與干燥同時(shí)進(jìn)行，脫硫產(chǎn)物以干態(tài)粉末形式從分離器中吹出。

綜上，根據(jù)油母頁巖煉油企業(yè)干餾裝置運(yùn)行技術(shù)參數(shù)和煙氣污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果，針對(duì)煙氣排放特點(diǎn)，本著技術(shù)先進(jìn)實(shí)用、安全可靠、操作維修簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低的原則，初步設(shè)計(jì)采用濕法脫硫技術(shù)中的鈣-鈉雙堿法煙氣脫硫工藝，主體設(shè)備采用高效的噴淋脫硫塔。該技術(shù)的實(shí)施具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，可確保油母頁巖煉油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2 技術(shù)應(yīng)用研究

撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司頁巖煉油廠現(xiàn)有8套干餾裝置，每套干餾裝置的瓦斯燃燒交換系統(tǒng)有3臺(tái)加熱爐。加熱爐內(nèi)瓦斯燃燒后，煙氣通過排氣筒排放至大氣環(huán)境中。煙氣中SO等有害氣體對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響較大。為完成國家規(guī)定的煉油廠減排指標(biāo)，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求，必須加強(qiáng)煙氣污染物排放濃度的控制。該項(xiàng)目以濕法脫硫技術(shù)中的鈣-鈉雙堿法作為油母頁巖低溫干餾煙氣中SO的處理措施。

2.1 控制目標(biāo)

為保證脫硫裝置平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)SO達(dá)標(biāo)排放，有必要開展加熱爐煙氣脫硫技術(shù)研究。脫硫系統(tǒng)改造應(yīng)滿足以下要求：脫硫效率大于80%，SO排放濃度控制在200 mg/Nm以下；脫硫后不產(chǎn)生二次污染；盡量降低脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用；整套脫硫系統(tǒng)布置切合現(xiàn)有場(chǎng)地特征，布設(shè)合理，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，操作容易，維修方便，管理簡(jiǎn)單，占地面積小，工程投資少。

2.2 煙氣控制標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算結(jié)果

該項(xiàng)目煙氣排放執(zhí)行《工業(yè)窯爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9078—1996）中1997年1月1日起新、改、擴(kuò)建的工業(yè)窯爐標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)窯爐SO排放標(biāo)準(zhǔn)限值如表1所示。從標(biāo)準(zhǔn)限值來看，SO含量不得大于850 mg/m。經(jīng)計(jì)算，各參數(shù)結(jié)果如表2所示。

表1 工業(yè)窯爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值

表2 不同參數(shù)的計(jì)算結(jié)果

3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 運(yùn)行成本

運(yùn)行成本包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)和人工費(fèi)，如表3所示。本項(xiàng)目煙氣脫硫系統(tǒng)裝機(jī)容量為276 kW，運(yùn)行功率為110 kW，運(yùn)行系數(shù)取0.7，經(jīng)計(jì)算，日運(yùn)行負(fù)荷為1 848 kW·h，工業(yè)電費(fèi)按0.5元/（kW·h）計(jì)。藥劑費(fèi)分為兩部分：日耗石灰量為1 920 kg，以300元/t計(jì)；日耗堿量為125 kg，以800元/t計(jì)。定崗人員有5人，月工資按2 000元計(jì)，即人工費(fèi)。經(jīng)合計(jì)，日運(yùn)行成本為1 930元/d。年運(yùn)行時(shí)間為7 200 h，經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目煙氣脫硫系統(tǒng)的年運(yùn)行成本為57.9萬元。

表3 運(yùn)行成本分析

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益包括SO環(huán)保減排費(fèi)用、廢油回收費(fèi)用和石膏回收費(fèi)用，如表4所示。一是SO環(huán)保減排費(fèi)用。SO回收量為74.6 kg/h，每天回收1 790 kg，同時(shí)頁巖煉油廠異味得到進(jìn)一步控制。二是廢油回收費(fèi)用。日回收純廢油546～1 020 kg，以3 000元/t計(jì)。三是石膏回收費(fèi)用。日回收石膏泥餅5.4 t，外賣磚廠，以32元/t計(jì)。經(jīng)合計(jì)，年回收效益為86.56～129.22萬元。

表4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4 結(jié)論

作為一種典型的煙氣脫硫技術(shù)，鈣-鈉雙堿法可以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行且SO達(dá)標(biāo)排放，這是完全可行的。經(jīng)分析，脫硫后副產(chǎn)物具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，大氣污染也得到有效治理。