催化裂化再生烟气DRG脱硫除尘系统研究

高玉岩

(辽宁省鞍山市岫岩县环境保护局，辽宁鞍山114300)

1 引言

我国炼油企业以前主要加工低硫原油，从FCC(催化裂化)装置排出的SOX量并不大，环保要求也不严格。随着沿海沿江炼油厂加工进口原油，特别是中东含硫原油数量的增加，FCC装置原料的含硫量加大，大量的SOX及颗粒物已经成为主要的空气污染源。因此，减少炼油厂SOX排放正受到前所未有的关注［1，2］。

目前湿法仍是烟气SO2脱除的主要方法，主要有石灰石(石灰)法、双碱法、镁法、氨法等。其中双碱法的优点是塔内钠基清液吸收，可大大减少塔结垢机会;在较低的液气比下可得到较高的脱硫率;石灰的利用率较高［3，4］。在湿法烟气脱硫中吸收塔种类较多，主要有喷淋空塔托盘塔、液柱塔、喷射鼓泡塔、气动脱硫除尘塔等［5］。其中气动脱硫除尘塔充分利用空气动力学原理，在处理烟气SO2及粉尘方面效果显著。

2 双碱法脱硫机理

采用纯碱吸收SO2，吸收液再用石灰进行再生，生成亚硫酸钙和硫酸钙的少量沉淀物，再生后的溶液最终返回吸收塔，如此循环使用。循环吸收过程中发生的反应如下［6］:

吸收反应:

再生反应:

氧化反应:

某石化公司DRG工艺系统试验装置与基本流程，见图1。

原烟气自酸化塔烟气入口进入塔内，循环浆液通过吸收部分SO2后pH值降低;烟气经酸化塔后进入气动脱硫除尘塔进一步脱硫，同时除去大部分粉尘;净烟气经过气动脱硫除尘塔塔顶烟囱排入大气。

系统初始运行时以纯碱为脱硫剂，在气动脱硫除尘塔内生成亚硫酸钠与亚硫酸氢钠;这部分浆液排出塔外，与石灰乳(主要成分是Ca(OH)2)反应生成再生浆液，浆液的主要成分是亚硫酸钠、少量的NaOH和亚硫酸钙(固体)。再生浆液经过浓缩罐沉淀分离。浓缩罐溢流去软化罐，纯碱除钙软化后，钠盐溶液返回气动脱硫塔循环利用。浓缩罐底流浆液亚硫酸钙进入生长罐，用酸化塔排出的酸性溶液对生长罐内的亚硫酸钙浆液进行酸化处理，使浆液的pH值降低。生长罐上清液返回酸化塔，底流中通入氧化空气，使亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。硫酸钙在生长罐内充分结晶形成大颗粒的固体石膏，再利用石膏旋流器和皮带脱水机对石膏浆液进行固液分离。

气动脱硫除尘塔主要由烟气入口段、烟气稳定段、贮浆段、气动脱硫单元、气水分离器、烟气出口段组成。气动脱硫除尘塔核心部件为气动脱硫单元，它充分利用空气动力学原理，烟气从气动脱硫单元下方进入，在旋流器的作用下，形成具有一定速度的向上的旋转气流，将单元上端注入的吸收液托住反复旋切，形成一段动态稳定的液粒悬浮层。因气相流速高、剪切力强，故液相和气相的聚散组合瞬时、随机发生，气液两相的比表面积高，掺混强度大，传质效率高，从而达到有害气体吸收、粉尘捕集的目的。该脱硫除尘装置主要设计数据见表1。

图1 DRG工艺系统试验装置与基本流程

表1 试验脱硫除尘装置主要设计数据

3 运行参数分析

3.1 脱硫除尘效率的影响因素分析

利用图1中装置进行试验，采用正交实验法以减少试验次数，最终确定影响脱硫因素的合理范围，对操作条件进行优化。影响脱硫系统稳定高效运行的因素较多，根据工程经验主要影响因素有酸化塔液气比(L/G)(A)、气动脱硫除尘塔浆液pH值(B)、气动脱硫除尘塔浆液Na+浓度(C)、气动脱硫除尘塔液气比(L/G)(D)。确定的因素与水平见表2。

表2 因素水平表

本试验共有4个因素，且不考虑因素间的交互作用，选用正交表L16(44)来安排试验。试验主要烟气参数见表1，试验时进口烟气SO2含量800mg/Nm3(表3)。

表3 试验方案和结果

根据极差Rj的大小可知影响脱硫效率因素的主次顺序为B＞D＞C＞A。

图2 因素－指标图

根据图2可知4个影响因素数值越高，脱硫效率越高。气动脱硫除尘塔浆液pH值对脱硫效率影响最大。pH值在7以下时，随着pH值降低，脱硫效率下降很快。pH值在7以上时，其对脱硫效率影响减弱，但仍有上升趋势。虽然pH值越高，脱硫率越高，但pH值太高，容易导致塔外浆液结垢现象和石灰利用率下降。因此脱硫除尘塔浆液的pH值控制在7.0～7.5左右比较合理。

气动脱硫除尘塔液气比(L/G)也是影响脱硫效率的另一大因素，液气比越大，脱硫效率越高。液/气比(L/G)在4.0以下时，脱硫率随着液气比的提高上升很快。但由于浆液循环量的增大，循环浆液泵(电耗)也会增大，增加了运行费用。所以脱硫除尘塔液/气比(L/G)为3.0～5.0比较合理。

Na+浓度提高也会提高脱硫效率，但影响力远不及气动脱硫除尘塔浆液 pH和液气比(L/G)，另外Na+浓度提高意味着纯碱的耗量增加。脱硫除尘塔钠盐的含量控制在8%～10%左右比较合适。

酸化塔液气比(L/G)对脱硫效率影响最小。由于没有吸收剂，酸化塔对SO2主要是物理吸收。但液气比不能太小，否则影响脱硫浆液酸化，石膏品质下降。综合考虑，酸化塔液气比(L/G)控制在3.0～4.0比较合理。

通过调试，主要设备中酸化塔液气比(L/G)控制在3.5左右;气动脱硫除尘塔钠盐的含量控制在10%左右，pH值控制在7.0左右，液/气比(L/G)为 4，此时脱硫除尘效果满足要求而且经济合理。粉尘的捕集主要与塔的结构有关系，运用气动技术，塔的气动段具有很高的粉尘去除率。

在已确定的参数下，脱硫除尘装置入口不同SO2、粉尘浓度下的脱除率分别见图3和图4。此脱硫除尘装置具有较高SO2、粉尘去除率，而且适用工况范围广，对催化裂化烟气SO2含量变化较大、粉尘粒径细、含尘量波动大具有很强的适应性。

3.2 石膏品质的影响因素

石膏品质的保证是指石膏组成成分达到规定的保证值，主要有游离水含量(wt%)≤10%、CaSO4·2H2O含量(wt%)≥90%、可溶性 Cl－≤100mg/kg。

石膏中游离水含量的控制通过石膏旋流器和皮带脱水机可以实现;石膏中可溶性Cl－浓度的控制通过外排一定的废水量实现。

图3 不同SO2浓度下的脱硫效率

图4 不同粉尘浓度下的粉尘脱除率

出产石膏的主要成分CaSO4·2H2O含量与生长罐中的CaSO4·2H2O的生长环境有关系，主要是pH值。由(7)式，CaSO4·2H2O是由CaSO3· 1/2H2O氧化而来，图5是氧化速率与pH值的关系［5］。

图5 氧化速率与pH值的关系

利用图1中装置进行试验，石膏中CaSO4·2H2O含量(wt%)含量与pH值关系见表4，由表可知pH值的影响基本与图5相符。一般生长罐pH值控制在4.5～6之间比较合理。

表4 CaSO4·2H2O含量与pH值关系

4 结语

应用双减法与气动技术(DRG技术)相结合的脱硫除尘技术处理催化裂化再生烟气，脱硫除尘塔浆液的 pH 值控制在 7.0 ～7.5，液/气比(L/G)为 3.0 ～5.0，钠盐的含量控制在8% ～10%，酸化塔液气比(L/G)为3.0 ～4.0，生长罐 pH 值控制在 4.5 ～6，脱硫效率一般可达到95%以上，除尘效率可达到90%以上，出产石膏品质较好;另外DRG技术对催化裂化再生烟气的SO2含量变化大、微细粉尘含量波动性强的特点具有很强的适应性。

［1］吴中标，杨明珍.燃煤锅炉烟气除尘脱硫设施运行与管理［M］.北京:北京出版社，2007.

［2］郭东明.脱硫工程技术与设备［M］.北京:化学工业出版社，2007.

［3］马广大.大气污染控制工程［M］.北京:中国环境科学出版社，1985.

［4］内维尔.大气污染控制工程(影印版)［M］.北京:清华大学出版社，2000.

［5］莫建松.双碱法烟气脱硫工艺的可靠性研究及工业应用［D］.杭州:浙江大学，2006.

［6］周至祥，段建中.火力发电厂湿法烟气脱硫技术手册［M］.北京:中国电力出版社，2006.