FCC烟气脱硫装置主要结构及运行分析

王红光

摘要：金陵分公司1.3Mt/a催化裂化装置采用EDV湿法烟气洗涤脱硫技术，可以有效脱除装置排放的烟气中的SO2、催化剂颗粒等污染物，优于国家排放标准。烟气洗涤塔是该技术的关键设备。洗涤塔由急冷段、吸收段、滤清模块、水珠分离器、烟囱等部分组成。了解各部件的结构设计、选材及制造，对运行中的一些问题进行分析。

关键词：催化裂化装置;EDV湿法洗涤系统;烟气洗涤塔

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2014）13018302

1前言

金陵分公司Ⅰ催化裂化装置是1974年5月5日建成投产的Ⅳ型催化裂化装置，历经多次技术改造。2006年反再系统MIP技术改造后装置年加工能力为1.30Mt/a，装置目前加工原料主要由加氢精制蜡油、加氢精制渣油、减压渣油及少量的加氢尾油等组成。2013年装置原料油中硫平均含量在0.3%，外排烟气中SO2质量浓度最高达到1100mg/m3，颗粒物含量平均在220mg/m3，烟气中SO2和颗粒物含量均超过国家即将2014年7月1日实施的《石油炼制工业污染物排放标准》。其中对催化装置排放的烟气中的污染物提出了明确要求：SO2＜200mg/m3(标准)；固体颗粒含量＜50mg/m3(标准)。

2013年装置采用了美国Dupont公司的Belco EDV-5000湿式烟气脱硫除尘技术。烟气脱硫单元建成投用后，对余热锅炉出来的烟气脱硫除尘效果良好，排放烟气中的SO2浓度小于50mg/Nm3，固体颗粒含量小于50mg/Nm3，满足环保的要求，对促进公司在地区的可持续发展提供有力保障。

2EDV湿法洗涤技术原理

基于碱性溶液与烟气中含有的酸性气体物质之间形成的化学反应，碱性溶液以NaOH为主。EDV湿法脱硫过程的反应方程式如下：

SO2+NaOH→NaHSO3(1)

NaHSO3＋NaOH→Na2SO3＋H2O(2)

烟气中的SO2、SO3和NaOH水溶液相遇，SO3生成硫酸钠，SO2生成亚硫酸钠，于是气体中的酸性污染物转化成硫酸盐进入水体。亚硫酸钠是高COD物质，需要进一步氧化处理，将其转化为硫酸钠。反应方程式如下：

2Na2SO3＋O2→2Na2SO4(3)

3EDV烟气脱硫装置主要结构

3.1EDV湿法洗涤工艺技术概述

EDV技术采用NaOH溶液作脱硫剂，采用LoTOxTM工艺进行脱硝，治理后的浆液先进行粉尘沉淀分离，然后对浆液中的亚硫酸钠进行强制氧化生成硫酸钠后外排。该技术主要包括两部分：吸收洗涤系统和清洗处理系统。简要工艺流程见图1。

图1EDV湿法脱硫原则流程及喷嘴工作图来自余热锅炉的烟气水平流入吸收洗涤塔的急冷段。烟气经过的一个急冷水喷嘴，进行急冷饱和至约60℃。然后流过含有雾化水滴、交叉流动的高密度水帘，覆盖整个气流，均匀地冲洗内壁。

臭氧喷头以网状安装在急冷水喷嘴后，臭氧优先将烟气中的NOX（NO和NO2）氧化为N2O5。N2O5与烟气中的蒸汽结合形成硝酸（HNO3）。高于入口段后的吸收段安装有三层喷头，每层有3个雾化喷头，烟气中的硫、氮化合物主要在该段被洗涤吸收。洗涤液PH值维持在7.0，气液两相的密集接触发生中和反应生成盐，完成脱硫脱硝工艺，同时气液两相的密集接触同样能够有效地除去催化剂颗粒。洗涤液与SO2反应首先生成亚硫酸氢盐，随后发生反应生成亚硫酸盐，与洗涤塔中过量的氧转化为硫酸盐。

在吸收段之后，烟气被分散进入洗涤塔的滤清模块中。滤清模块十三个单元都有一个雾化喷头，向下喷入文丘里管的扩张段中。当气体通过时，饱和烟气被压缩再膨胀，可使水幕在烟气中残留的细颗粒和雾气（包括冷凝的SO3）上冷凝，增加其尺寸和质量，提高喷嘴的捕捉效率。

通过设置水珠分离器用于将烟气中的细微液滴进一步脱除，保证了烟气进入烟囱不含液滴。八组分离器为空心结构，每个入口附近的固定叶片促进烟气旋转，作螺旋状流动。水珠分离器气体沿向下流动时，液滴在离心力作用下将水滴分离。

3.2烟气洗涤塔的结构

沿烟气的流动方向，吸收洗涤塔由急冷段、吸收段、滤清模块、水珠分离器、烟囱组成。塔内有多层喷头和急冷水喷头，保证了塔内不超温。独特的喷头设计是该系统的关键，具有不堵塞、耐磨、耐腐蚀、能处理高浓度液浆的特点。

余热锅炉的出口温度高于150℃，SO2、NOX和粉尘浓度变化幅度大。循环洗涤液PH值介于酸性和碱性中间，受操作影响较大。固体颗粒为FCC催化剂粉尘，其粒径小、硬度大、浓度高。这些特性决定吸收洗涤塔内部环境的磨损和腐蚀情况十分严重，如材料选型不当，会很快被腐蚀。因此要选择耐腐蚀、耐冲刷的材质才能满足装置长周期运行需要。

3.3塔体和烟囱的材料选择

塔体操作温度不高，介质腐蚀性较强。工艺包推荐塔体全部采用304L或316L。这种要求使得奥氏体不锈钢既充当耐腐蚀材料，又要承受内压、风或地震（7度）等载荷，十分不经济。根据设计选材一般原则，化工容器用钢材应考虑设备的操作条件、材料的焊接性能和冷热加工性能的前提下，考虑经济合理性。当所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里、复合板、堆焊等结构形式。因此，塔体和烟囱的材质采用Q345R＋S30403复合钢板，执行标准为NB/T47002.1-2009。交货前其复层表面应进行酸洗、钝化处理。

考虑到增强烟囱筒体抗腐蚀性，在烟囱下段内壁高10m做内衬玻璃钢。在与筒体相接触部分涂Atlac430LV，增强层Atlac430厚5-7mm，并用无碱表面毡做增强材料，最后表面涂Atlac430AcT+0.3%蜡液（1mm）。Atlac430属热固性乙烯基酯树脂材料，具有高耐化学腐蚀性能，被国外以玻璃钢制作电厂烟道气脱硫设备，承受该种腐蚀环境可以达到18年以上的寿命。

4烟气脱硫装置运行分析及措施

4.1设备磨损情况

急冷段和吸收段采用Belco公司专有的G400喷嘴，孔径大，不易堵塞。但浆液中的催化剂颗粒长期磨损会导致喷嘴厚度减薄，喷嘴流量逐渐增大，主要现象为循环泵出口压力下降且电机电流增大。滤清模块配置多组F130喷嘴，其流通面积小，喷嘴前压力在1.0MPa，浆液会对喷嘴的喉部及其整个圆周产生磨损，降低吸收效果。

为了预防上述部位出现穿孔后喷嘴不能再使用，应在操作上通过调整外排水量控制浆液中的固含量不超标，通过截流泵出口调整喷嘴压力不超压，还可以对滤清循环泵出入口过滤器进行定期检查清洗，并建议在塔底循环泵出口加设过滤器及差压指示。

4.2硫酸对出口烟囱的腐蚀

再生烟气中同时含有SO2和SO3，目前富氧再生技术烟气中的SO3占总硫化物的10%。SO3在吸收洗涤塔底部遇水后会迅速生成硫酸雾，未被脱除之前以气溶胶状态存在，此外烟气中所含NOX、浆液中的水及氯离子对奥氏体不锈钢也具有腐蚀能力。腐蚀主要发生在入口烟道干湿界面段，以及在水珠分离器出口至烟囱部分。

当塔内存在富氧环境时，不锈钢表面上的钝化膜会被修复，可以降低腐蚀速率。但由于同时在固体颗粒磨损作用下及介质Cl－存在，钝化膜易被固体颗粒磨损和Cl－作用破坏，使腐蚀速率大大增加。由于Cl－具有的易氧化性质，Cl－易在氧化膜表面吸附，形成含氯离子的表面化合物，由于这种化合物晶格缺陷较多，且具有较大的溶解度，故会导致氧化膜的局部破裂。

4.3循环浆液中Cl－的浓度控制

塔内循环浆液中组成有三个：洗涤补充水、烟气和NaOH溶液。烟气中Cl－含量越低；NaOH溶液中的Cl－浓度与NaOH的生产工艺有关，品质越高，Cl－浓度越低。循环浆液中的Cl－主要来源于洗涤塔补充水，现补充的新鲜水中的Cl－浓度若大幅上升，因水在塔内受热汽化，所以循环浆液中的Cl－浓度是补充水的几倍以上。若浆液中的Cl－浓度超标会导致不锈钢腐蚀，因此工艺用水应定期化验用水中的Cl－浓度。

4.4滤清模块循环泵入口管线结垢

当洗涤塔滤清模块段循环浆液的pH值升高至7.5～8.5，泵入口管线可能出现严重的结垢堵塞现象，垢体主要为CaCO3和催化剂细粉。洗涤浆液在碱性较强的情况下溶解烟气中的CO2是加速滤清模块循环泵入口管线结垢的主要原因，因此操作上应严格控制浆液的pH值不超过工艺指标(6.5～7.5)上限。为防止洗涤塔内壁和循环管线结垢，对洗涤补充水的硬度也应有严格规定。

5结论

(1)设备因介质内催化剂冲刷磨损，提前好预防措施，根据磨损程度对易磨损设备进行更新。

(2)采用耐蚀不锈钢复合板，烟囱下段内衬做玻璃钢，同时控制工艺介质中的Cl－浓度，可以有效解决硫酸引起的出口烟囱腐蚀问题。

(3)通过控制过滤模块浆液的pH及补充水的硬度，避免滤清模块系统结垢。

作者简介：李江（1978-），男，河南太康人，高级工程师、注册安全工程师、安全评价师，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事安全评价、设计咨询等方面的工作。