炼化企业SO2减排潜力分析

吴百春，范俊欣，杨 柳，贾 勇，钟 秦

(1.中国石油 安全环保技术研究院，北京 100007;2.南京理工大学 化工学院，江苏 南京 210094)

炼化行业是继电力行业之后的又一大SO2主要排放源。近年来，炼化企业发展迅速，产生的SO2排放量逐年稳步增长，加剧了我国大气环境质量的恶化［1－3］。节能减排是事关我国经济和社会可持续发展的关键，并被列入国家“十二五”规划纲要，同时对炼化企业SO2的排放控制提出了更高的要求。本文对炼化企业的SO2减排潜力进行了分析。

1 炼化企业SO2排放源

炼化企业SO2排放源包括自备电厂燃煤锅炉排放和生产过程中燃料燃烧及工艺排放。其中自备电厂燃煤SO2排放量约占总排放量的40%，生产过程中燃烧燃料SO2排放量占总排放量的8%，工艺SO2排放量占总排放量的52%。

自备电厂SO2排放主要来自为炼化过程提供热电的燃煤锅炉，其排放量取决于燃煤量。由于我国炼化生产装置规模小、设计水平低、生产工艺相对落后，使得煤消耗量和SO2排放量均偏高［4］。烟气脱硫依然是国内外各行业控制燃煤电厂SO2排放量的主要方法。

生产过程中的含硫物主要来自炼厂气中的H2S。根据原油的含硫量及加工深度不同，炼厂气中H2S的质量浓度一般为8 000 ～10 000 mg/m3［5］。通常，炼厂气作为燃料或化工原料使用前，需要进行脱硫处理。最常采用的处理方法是将炼厂气送入Claus装置回收硫磺，尾气再进一步回收、净化处理后，实现达标排放。

发达国家采取了一些措施来控制 SO2的排放［6］。德国颁布了《大型燃烧装置法》，严格规定了SO2的排放标准;英国主要通过更换燃料来控制SO2的排放;美国针对SO2污染建立了环境质量管理体系，制定SO2排放标准，采取各种措施减少SO2排放，已取得一定效果;日本也制定了《大气污染控制法》，并加大对烟气脱硫技术的投资，使SO2排放得到有效削减的同时促进了环保产业的发展。

我国充分借鉴了国外在SO2污染控制方面的经验，结合各行业SO2减排现状及技术特点，确立减排影响因素，并建立数学模型分析各因素对SO2的减排潜力。

2 自备电厂SO2减排量潜力分析

2.1 SO2减排量数学模型

结合炼化企业的现状及特点，炼化企业自备电厂主要的SO2减排因素包括:国内生产总值、电力弹性系数、煤炭消耗量、燃煤含硫量、烟气脱硫的装机容量(包括现有脱硫机组容量和新增脱硫机组容量)、脱硫系统脱硫效率与运行状况、关停小机组容量、SO2排污收费标准等。自备电厂SO2减排量数学模型见式(1)。

式中:MSO2为SO2减排量，104t;C1为关停小机组容量，104kW;C2为现有机组脱硫容量，104kW;C3为新增脱硫机组容量，104kW;St，ar为燃煤中硫质量分数，%;t1为关停小机组年运行时间，h;t2为现有脱硫机组年运行时间，h;t3为新增脱硫机组年运行时间，h;α1为小机组供电标准煤耗，g/(kW·h);α2为现有脱硫机组供电标准煤耗，g/(kW·h);α3为新增脱硫机组供电标准煤耗，g/(kW·h);K1为小机组燃煤中的硫经燃烧后氧化成SO2的比例，%;K2为大机组燃煤中的硫经燃烧后氧化成SO2的比例，%;η为脱硫系统运行效率，%。

2.2 自备电厂SO2减排量影响因素分析

炼化企业自备电厂主要用于企业内部生产，可以不考虑国内生产总值、电力弹性系数及SO2排污收费等对SO2减排量的影响。采用单因素敏感性分析法［7］，将SO2减排量作为敏感性研究对象，分析各个因素变化时对SO2减排量的影响程度，即得到敏感度。敏感度是用SO2减排量变化率除以减排因素的变动范围所得的数值，其大小决定着该减排因素对SO2减排量的重要性，数值越大表示减排因素越重要。以某一机组脱硫工程为例，将基准数据 C1=5 ×107kW，t1=5 000 h，α1=450 g/(kW·h);C2=1.67 × 108kW，t2=5 500 h，α2=3 600 g/(kW·h);C3=3.26 ×108kW，t3=5 500 h，α3=310 g/(kW·h);St，ar=0.9，η =90，K1=0.85，K2=K3=0.90代入式(1)中，计算出基准 SO2减排量为1.466 ×107t。

2.2.1 C1对SO2减排量的敏感性分析

假设其他因素不变，C1变化对SO2减排量及敏感度的影响见表1。由表1数据可得C1的敏感度平均值为0.117 5。

表1 C1对SO2减排量的敏感性分析

2.2.2 C2对SO2减排量的敏感性分析

假设其他因素不变，C2变化对SO2减排量和敏感度的影响见表2。由表2数据可得C2的敏感度平均值为0.328 5。

表2 C2对SO2减排量的敏感性分析

2.2.3 C3对SO2减排量的敏感性分析

假设其他因素不变，C3变化对SO2减排量和敏感性的影响见表3。由表3数据可得C3对SO2减排量的敏感度平均值为0.554 0。

表3 C3对SO2减排的敏感性分析

2.2.4 St，ar对 SO2减排量的敏感性分析

假设其他因素不变，St，ar变化对 SO2减排量和敏感性的影响见表4。由表4数据可得St，ar的敏感度平均值为0.998 5。

表4 St，ar对 SO2减排的敏感性分析

2.2.5 η对SO2减排量的敏感性分析

假设其他因素不变，η变化对SO2减排量和敏感性的影响见表5。由表5数据可得η的敏感度平均值为 0.882 5。

表5 η对SO2减排的敏感性分析结果

2.3 自备电厂SO2减排对策及潜力分析

(1)增加脱硫设施，采用先进的烟气脱硫技术，建立脱硫设施在线监管机制，现有在建、新建、扩建的电厂应配套建设脱硫设施，同时监控其运行和脱硫效果，保证其投运率和脱硫效率，实现清洁生产，其对电厂SO2减排量的贡献率为60%。

(2)新增大容量、高参数的大机组，关停小机组，以大代小，为有效实施脱硫减排设施创造条件，并可提高脱硫设施的运行效率，降低烟气脱硫设施单位投资和运行成本，既节能又减排，其对电厂SO2减排量的贡献率为23%。

(3)自备电厂燃煤中硫质量分数大多为1%左右，可改烧清洁燃料，采用低硫清洁煤和低硫油，以尽可能地改变以煤为主的能源结构，其对电厂SO2减排量的贡献率为17%。

3 生产过程中的SO2减排潜力分析

3.1 生产过程中的SO2排放源

炼化企业生产过程中的SO2排放源主要有3类:催化裂化催化剂再生烟气;酸性气回收装置尾气;工艺加热炉烟气。其中前2项属于工艺排放，后1项属于燃烧排放。

3.1.1 催化裂化催化剂再生烟气

催化裂化是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。其工艺过程包括3个主要单元:反应单元、催化剂再生单元、反应产物分离单元。而SO2主要产生在催化剂再生单元的烟气中。

3.1.2 酸性气回收装置尾气

酸性气回收装置是以炼化企业溶剂再生、酸性水汽提过程产生的富含H2S气体为原料，生产硫磺或硫酸的装置。目前世界各国的炼油过程主要用Claus制硫工艺回收硫磺［8］，会存在未反应完全的SO2排出。

3.1.3 工艺加热炉烟气

工艺加热炉主要用于对原油的加热，提供分馏过程中物料气化所需热量和保证反应过程中物料的温度，所用燃料主要有炼厂气、燃料油等。目前各企业均采用醇胺脱硫工艺控制炼厂气中H2S含量，尾气再经焚烧排放SO2。

3.2 生产过程中的SO2减排对策及潜力分析

3.2.1 催化裂化催化剂再生烟气 SO2减排潜力分析

降低催化裂化催化剂再生烟气中的SO2含量有3个途径:(1)降低催化裂化原料的硫含量，将催化裂化原料加氢预处理，可使其中硫质量分数小于0.3%，国内已有开发成熟的技术，并得到了较大规模的应用;(2)使用硫转移催化剂，此技术国内已开发多年，用于较低硫含量原料的催化裂化，SO2降低较明显;(3)烟气脱硫是目前大部分炼化企业都亟待解决的问题，脱硫工艺尚存在一些与催化裂化装置平稳连接的技术问题。实施三者联合工艺，其对生产过程中SO2减排量的贡献率为16%。

3.2.2 酸性气回收装置尾气SO2减排潜力分析

经统计，我国炼化企业共拥有硫磺回收装置86套，其中中国石化47套，平均硫回收率94.21%;中国石油26套，平均硫回收率61.68%。Claus工艺对硫磺的回收率(二级转化或三级转化)约为92% ～94%，如果尾气经热焚烧后排放，排放尾气中SO2质量浓度一般高于30 000 mg/m3。因此仍需增设烟气脱硫设施，可显著减少SO2的排放量。实施Claus硫回收—尾气净化—烟气脱硫联合工艺，其对生产过程中SO2减排量的贡献率为69%。

3.2.3 工艺加热炉烟气SO2减排潜力分析

炼化企业工艺加热炉燃料燃烧烟气中SO2减排有两种途径:一是采用低硫燃料;二是烟气脱硫。目前，大部分炼化企业使用的燃料气都先采用二乙醇胺脱硫工艺进行脱硫处理，工艺成熟，脱硫效率高，经脱硫后燃料气中硫质量浓度小于20 mg/m3，产生的烟气中SO2质量浓度小于57 mg/m3，进一步脱硫潜力较小。对于采用高硫燃料的加热炉，其排放烟气还需增设烟气脱硫设施，以降低SO2排放量。其对生产过程中SO2减排量的贡献率为15%。

4 结论

a)炼化企业SO2排放源包括自备电厂燃煤锅炉排放和生产过程中燃料燃烧及工艺排放。

b)建立了自备电厂SO2减排量数学模型。自备电厂燃煤锅炉SO2减排措施包括:增设脱硫设施，或改进现有脱硫工艺，提高脱硫效率，其对电厂SO2减排量的贡献率为60%;关停小机组，新增大机组，其贡献率为23%;降低燃料硫含量，包括使用低硫煤或更换燃料，其贡献率为17%。

c)生产过程中催化裂化催化剂再生烟气的脱硫减排措施:一是降低原料硫含量;二是使用硫转移催化剂;三是烟气脱硫，实施三者联合工艺，其对生产过程中SO2减排量的贡献率为16%。酸性气回收装置尾气实施Claus硫回收—尾气净化—烟气脱硫联合工艺，其对生产过程中SO2减排量的贡献率为69%。炼化企业工艺加热炉燃料燃烧烟气中SO2减排有两种途径:一是采用低硫燃料;二是烟气脱硫。可使燃烧产生烟气SO2浓度小于57 mg/m3，其对生产过程中SO2减排量的贡献率为15%。

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