大型催化裂化再生煙氣實(shí)現(xiàn)超低排放 ——從構(gòu)思到工業(yè)實(shí)踐

大氣網(wǎng)訊:摘要：國(guó)內(nèi)外催化裂化裝置再生煙氣治理一般采用濕法脫硫工藝，其特點(diǎn)是適應(yīng)性和脫硫效果較好，但投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，設(shè)備腐蝕、高含鹽廢水排放、煙羽拖尾等一系列問(wèn)題難以解決，急需尋找更好的處理方案。中國(guó)石油化工集團(tuán)公司針對(duì)催化裂化再生煙氣的特點(diǎn)，從再生過(guò)程的SOx和NOx產(chǎn)生源頭控制，集成開(kāi)發(fā)了負(fù)壓式半干法煙氣超低排放治理技術(shù)，在中國(guó)石油化工股份有限公司荊門分公司2.80 Mt/a重油催化裂化裝置成功投用。結(jié)果表明，排放煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)解決了SO3氣溶膠、煙羽、設(shè)備腐蝕、廢水等問(wèn)題。投資和運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)于鈉法脫硫，為國(guó)內(nèi)外催化裂化再生煙氣污染物超低排放治理提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：催化裂化裝置 再生煙氣 超低排放 半干法

催化裂化裝置煙氣污染物排放量在煉油廠污染物排放總量中占有較大比重。2014年以來(lái)，國(guó)內(nèi)催化裂化裝置絕大多數(shù)增上了煙氣脫硫除塵設(shè)施，極大地改善了污染物排放狀況，但是由于各方面條件的限制，大都選用濕法脫硫(濕法)工藝，其中絕大多數(shù)采用鈉法脫硫[1]。濕法工藝具有對(duì)單一SO2污染物脫除效率高的優(yōu)點(diǎn)，但投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，SO3氣溶膠脫除率低，粉塵排放控制難度大，且存在腐蝕設(shè)備、廢水二次治理、煙氣拖尾等一系列問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)火電和鋼鐵行業(yè)基本完成超低排放改造的背景下，石油化工行業(yè)面臨的環(huán)保形勢(shì)愈加嚴(yán)峻，超低排放是必然趨勢(shì)。

與此同時(shí)，國(guó)家和地方政府不斷出臺(tái)更加嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)煙氣排放的限值提出更為嚴(yán)苛的要求，具體煙氣排放限值如表1所示。

1、技術(shù)背景及構(gòu)思

1.1 濕法工藝存在的問(wèn)題

相關(guān)單位對(duì)2014年全面增設(shè)的催化裂化煙氣脫硫設(shè)施的運(yùn)行情況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以下主要問(wèn)題[2-6]。

(1)新型脫硫工藝應(yīng)用效果欠佳。國(guó)產(chǎn)有機(jī)胺法、Lextran脫硫脫硝一體化法等工藝存在諸多問(wèn)題。引進(jìn)有機(jī)胺法，出現(xiàn)電除霧故障、漿液法蘭泄漏、塔體腐蝕穿孔等一系列問(wèn)題。

(2)設(shè)備腐蝕較為普遍。具體情況有：脫硫塔塔體、變徑處、塔頂煙囪、綜合塔及脫硫塔內(nèi)襯非金屬聚脲材料起泡和脫落引起腐蝕；塔底板式換熱器板片、塔漿液緩沖池液下泵、事故池液下泵頻繁出現(xiàn)腐蝕、磨蝕；采用SCR脫硝，鍋爐省煤段爐管結(jié)鹽結(jié)垢進(jìn)而引發(fā)爐管腐蝕；氧化罐及其攪拌器、機(jī)泵的腐蝕；部分脫硫脫硝除塵設(shè)施事故池或漿液緩沖池內(nèi)襯脫落。企業(yè)被迫更新脫硫塔，更換煙囪。

(3)“三高”導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益受影響。催化裂化余熱鍋爐排煙溫度較高，一般在160～200 ℃左右，飽和煙氣所需水量較大，水耗較高，濕法為一般半干法脫硫的2倍左右；高鹽廢水濃度一般控制在2%左右，排出的高鹽水量相當(dāng)于所脫除污染物的100倍以上，高鹽廢水需要進(jìn)一步處理；按氫氧化鈉利用率95%、生石灰利用率85%估算，鈉法脫硫劑費(fèi)用約為半干法脫硫的3.3倍左右。

(4)藍(lán)煙、白煙拖尾影響企業(yè)形象。SO3遇水極易形成超細(xì)硫酸霧，再生煙氣攜帶的催化劑超細(xì)粉以及在脫硫過(guò)程中形成的鹽霧滴在濕法環(huán)境下極易形成難以捕集的氣溶膠，溢散到煙筒上方形成藍(lán)煙、白煙拖尾，造成視覺(jué)污染，影響企業(yè)形象。由于催化裂化再生型式的差異，煙氣中的SO3/SO2，NOx以及NH3含量會(huì)有較大差異。

1.2 催化裂化煙氣超低排放的技術(shù)構(gòu)思

2014年7—8月，中國(guó)石油化工股份有限公司廣州分公司(廣州石化)兩臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐和一臺(tái)煤粉爐相繼進(jìn)行技術(shù)改造，煙氣排放提前達(dá)到“超潔凈排放標(biāo)準(zhǔn)”[7]。

針對(duì)鈉法脫硫存在的問(wèn)題，結(jié)合廣州石化鍋爐實(shí)現(xiàn)超低排放的經(jīng)驗(yàn)，提出了催化裂化煙氣超低排放的技術(shù)構(gòu)思：①污染物源頭控制，考慮到再生型式的影響，擬選用不完全再生工藝源頭控制SO3和NOx的生成；②CO鍋爐精細(xì)設(shè)計(jì)，包括低NOx火嘴、低SO3轉(zhuǎn)化率的SCR催化劑，避免在源頭得到控制的SO3，NOx等污染物在CO鍋爐和余熱鍋爐段出現(xiàn)反彈；③集成嫁接半干法煙氣脫硫除塵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)脫硫除塵指標(biāo)的超低排放，同時(shí)徹底消除濕法工藝的視覺(jué)污染，并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性穩(wěn)定運(yùn)行。

2、工程設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目概況

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司(中國(guó)石化)針對(duì)催化裂化再生煙氣的特點(diǎn)，集成火電和鋼鐵行業(yè)半干法煙氣超低排放治理經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)合福建龍凈環(huán)保股份有限公司開(kāi)發(fā)了適用于催化裂化再生煙氣脫硫除塵的FSC負(fù)壓式循環(huán)流化床半干法(FSC半干法)超低排放處理工藝，實(shí)現(xiàn)了“源頭控制”和“末端治理”的良好結(jié)合。

2014年提出技術(shù)構(gòu)思，至2016年立項(xiàng)，中國(guó)石化對(duì)國(guó)內(nèi)外已有技術(shù)進(jìn)行充分調(diào)研和對(duì)比論證，最終決定脫硝采用SCR脫硝(預(yù)留COA脫硝，脫硝劑為亞氯酸鈉)+FSC半干法超低排放處理工藝，并列入中國(guó)石化“十條龍”攻關(guān)。

經(jīng)歷兩年的前期工作，裝置于2018年6月開(kāi)工建設(shè)，于2020年6月初一次投運(yùn)成功，SO2，NOx和粉塵排放均優(yōu)于超低排放指標(biāo)。同時(shí)消除了SO3氣溶膠，設(shè)備幾乎無(wú)腐蝕，過(guò)程無(wú)污水排放，有效避免了濕法工藝難以解決的問(wèn)題。

2.2 工藝流程

FSC半干法脫硫除塵裝置主要由脫硫反應(yīng)塔、布袋除塵器、吸收劑制備及供應(yīng)、物料再循環(huán)及外排、工藝水、流化風(fēng)、清潔煙氣再循環(huán)、脫硫灰?guī)?、電氣和儀表控制等系統(tǒng)組成。

脫硫除塵系統(tǒng)為負(fù)壓運(yùn)行方式，由脫硫引風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力源，工藝流程如圖1所示。

從FCC再生器來(lái)的煙氣自煙機(jī)出口經(jīng)水封罐后與部分補(bǔ)燃風(fēng)和補(bǔ)燃燃料氣混合，進(jìn)入CO焚燒段(水保護(hù)段)，溫度達(dá)到約875 ℃，之后進(jìn)入余熱鍋爐高壓蒸汽過(guò)熱段、中壓蒸汽過(guò)熱段、蒸發(fā)段后，再進(jìn)入SCR脫硝單元，在320～400 ℃脫除煙氣中的NOx，然后經(jīng)余熱鍋爐省煤器與鍋爐給水換熱后，溫度達(dá)到160 ℃左右進(jìn)入FSC脫硫反應(yīng)塔，與加入的消石灰、循環(huán)的脫硫灰等吸收劑混合后，通過(guò)文丘里管加速，形成顆粒湍動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)塔內(nèi)噴水，濕潤(rùn)顆粒表面，煙氣冷卻到適宜的反應(yīng)溫度，此時(shí)煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3酸性成分被除去，生成CaSO3·1/2H2O，CaSO4·1/2H2O等副產(chǎn)物。含有大量顆粒的煙氣經(jīng)過(guò)采用純PTFE超凈濾袋的布袋除塵器脫除粉塵，凈化煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送至煙囪排放，引風(fēng)機(jī)為一操一備，變頻控制，其電耗在相對(duì)于濕法增加的煙機(jī)發(fā)電中大部分得到補(bǔ)償。布袋除塵得到的脫硫灰大部分循環(huán)回脫硫塔，少部分送往脫硫灰?guī)?，?jīng)密閉卸料外運(yùn)出裝置。

2.3 實(shí)施效果

中國(guó)石油化工股份有限公司荊門分公司(荊門石化)2.80 Mt/a催化裂化再生煙氣脫硫除塵項(xiàng)目于2020年6月初一次投運(yùn)成功，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

(1)排放指標(biāo)。在氧體積分?jǐn)?shù)3.5%情況下，污染物排放達(dá)到燃煤鍋爐超低排放標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

(2)主要運(yùn)行指標(biāo)與鈉法脫硫除塵裝置對(duì)比情況，如表3所示。

表3 FSC半干法脫硫和鈉法脫硫主要指標(biāo)對(duì)比

(3)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比。荊門石化對(duì)運(yùn)行的鈉法脫硫和FSC半干法脫硫進(jìn)行對(duì)比，如表4所示。FSC半干法脫硫運(yùn)行費(fèi)用中電耗占比最大，為55%，這部分電耗在增加的煙機(jī)輸出功率(出力)中達(dá)到部分補(bǔ)償；其次是脫硫劑消耗，可以根據(jù)具體情況選擇性價(jià)比更高的生石灰。鈉法脫硫運(yùn)行費(fèi)用最高的是脫硫劑費(fèi)用，占60%以上；其次是電耗，占30%以上，單位費(fèi)用與FSC半干法工藝基本持平，但由于其消耗主要是濕法配套的機(jī)泵耗電，濕法工藝增加了煙機(jī)背壓，被迫提高余熱鍋爐的設(shè)計(jì)壓力，還使得煙機(jī)出力受到影響。

(4)腐蝕及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。裝置可高效脫除SO2，SO3等酸性氣體，煙氣露點(diǎn)大幅度下降，而運(yùn)行溫度基本在90 ℃以上，整套系統(tǒng)幾乎沒(méi)有腐蝕。系統(tǒng)整體為負(fù)壓運(yùn)行方式，自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定性好，檢查維修也比較方便，現(xiàn)場(chǎng)干凈無(wú)灰逸散。

(5)視覺(jué)效果。煙囪排煙無(wú)色透明。

1)主要是引風(fēng)機(jī)電力消耗，與濕法相比，F(xiàn)SC半干法工藝降低了煙機(jī)出口壓力，從而增加了煙機(jī)出力，這部分尚未包括在比較中。

2)目前使用脫硫劑氧化鈣純度為90%，單價(jià)1 020元/t，可選用純度80%～85%氧化鈣，單價(jià)為600元/t，進(jìn)一步降低脫硫劑費(fèi)用。

3)半干法脫硫副產(chǎn)品脫硫灰按10元/t外售資源化利用。

3、結(jié) 論

(1)荊門石化2.80 Mt/a催化裂化再生煙氣治理技術(shù)采用“源頭控制+末端治理”的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，達(dá)到了預(yù)期效果。

(2)脫硫除塵采用半干法超低排放工藝，集成SCR脫硝，一次開(kāi)車成功，排放煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，SO2質(zhì)量濃度不大于35 mg/m3，NOx質(zhì)量濃度不大于50 mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度不大于10 mg/m3，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

(3)此次采用的FSC半干法脫硫除塵系統(tǒng)系在全球首套大型催化裂化裝置上應(yīng)用并達(dá)到超低排放指標(biāo)，對(duì)今后裝置建設(shè)和設(shè)計(jì)有重要借鑒意義。

(4)FSC半干法工藝具有投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低、占地節(jié)省、無(wú)廢水排放、便于操作和維修、脫硫灰可以資源化利用、煙囪排煙透明等優(yōu)勢(shì)，是今后推廣應(yīng)用的重要技術(shù)。