WGS湿法烟气脱硫技术应用研究

范 影，焦 岩，樊宁安，秦大鹏，魏博羽

（1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油天然气股份有限公司 抚顺石化分公司， 辽宁 抚顺 113008）

工艺与装备

WGS湿法烟气脱硫技术应用研究

范 影1，焦 岩2，樊宁安2，秦大鹏2，魏博羽2

（1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油天然气股份有限公司 抚顺石化分公司， 辽宁 抚顺 113008）

烟气脱硫是控制大气污染物排放、防止酸雨形成的重要措施。针对常用的脱硫技术原理、技术特点及应用情况进行了研究。中国石油抚顺石化分公司150万t/a催化裂化装置采用WGS湿法烟气脱硫技术对烟气进行净化处理，运行结果表明：该技术对烟气中SO2和颗粒物的脱除率很高，SO2和颗粒物浓度达到《石油炼制工业污染物排放标准》（征求意见稿）和《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015）的要求；外排污水量达到《辽宁省污水综合排放标准》（DB21.1627-2008）的要求。旨在为具有不同生产特点的企业对烟气脱硫工艺的选择和应用提供理论依据。

烟气脱硫； 催化裂化；WGS；脱硫率

随着石油炼化工业的发展和能源消耗量的增加，排放的大量的SOX、NOX和颗粒物等污染物导致臭氧酸雨等二次污染呈现加剧态势。而空气中的SOX会对人们的身体健康造成严重的影响。在石油炼制过程中原油中硫含量直接影响到流化催化裂化（FCC）装置烟气中SOX浓度的变化。近年来，我国炼油企业加工原油来源发生了改变,国内油田供油有限，使得炼化企业使得原油来源逐渐转至外国进口原油，部分进口原油中的硫含量较大，原油中硫含量增加就导致了流化催化裂化（FCC）装置原料硫含量增加，使得再生器烟气中硫氧化物的浓度不断提高。美国NSPS（新能源质量标准）提出了四种可用于减少SOX排放的方法：（1）采用低硫原油；（2）原油加氢脱硫；（3）使用硫转移催化剂；（4）烟气洗涤脱硫（FGS）[1]。目前，低硫原油含硫量要求低于0.3%，当前使用的原油很难达到这个要求；加氢脱硫和使用硫转移催化剂两种方法都受到氢源、投资费用和脱除率的影响，使用受到了限制[2]；烟气洗涤脱硫方法工艺简单可靠、投资费用低、脱除率高，适用于我国炼油企业。

我国较早开始研究烟气脱硫技术。常用的烟气脱硫技术根据其脱硫方式不同可分为干法烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术、湿法烟气脱硫技术三大类。目前，国内外炼化企业的流化催化裂化（FCC）装置再生烟气中颗粒物及硫氧化物的处理主要采用湿法烟气脱硫技术[3]。其中WGS工艺由ExxonMobil公司研发，于1974 年首次应用，是世界上最早应用于催化裂化装置的湿法烟气脱硫技术。目前中国石油天然气股份有限公司已买断WG S技术的使用权，用于催化裂化装置再生烟气脱硫净化。中国石油抚顺石化分公司石油二厂催化裂化车间加工量150万t/a，催化裂化烟气脱硫系统烟气处理量2.8×105Nm3/h，该系统采用WGS技术。本文主要针对湿法烟气脱硫技术中的湿气洗涤工艺(WGS)进行应用性研究。

1 WGS工艺作用原理及流程

1.1 作用原理

WGS湿法洗涤系统的工艺以氢氧化钠等碱性物质作为吸收剂，采用分层式的烟气净化处理程序，利用喷嘴喷出的吸收剂来净化烟气。脱硫过程中烟气分多股，首先经文丘里管喷水除尘后进塔，脱硫烟气在塔内经丝网除雾后高点排大气，塔内循环液注 NaOH以维持 pH 值。

1.2 工艺流程

WGS系统主要分为两部分：湿气洗涤部分及废液处理部分（PTU）。如图1。

图1 WGS烟气脱硫系统工艺流程简图Fig.1 Process diagram of WGS flue gas desulfurization system

（1）湿气洗涤部分包括JEV型文丘里洗涤器、洗涤塔、烟囱、洗涤塔底循环泵等。

烟气自余热锅炉出口经烟道进入烟气脱硫系统。首先催化烟气以水平方式进入喷射文丘里管，文丘里管上部喷射循环液，由于液体的抽吸作用，烟气与循环液在喉径处剧烈混合，经扩散段后进入弯头处脱除二氧化硫及固体颗粒物。经过扩散段的烟气与循环液以切线方式进入洗涤塔，气体先经烟囱塔盘分液，再经分液填料分液后排入大气。

另一方面设置的洗涤塔循环泵将循环液自塔底抽出，送至各文丘里管喷射器入口，用于增压催化烟气，吸收烟气中的二氧化硫、颗粒物等杂质。泵出口的含固含盐废液排至废液处理系统（PTU）。

反应如下：

洗涤塔底需要连续或间断地补充水和碱，碱液自管网送至碱液罐，经碱液泵增压后送至洗涤塔底部。新鲜水或中水从管网来，送至洗涤塔底部的补水口。

（2）废液处理系统主要包括澄清器、氧化罐、污水缓冲罐、废渣滤机、过滤器等设备。

湿气洗涤部分排出的废液与絮凝剂混合后，送至澄清器，颗粒物在澄清器内絮凝沉降后从底部排出，澄清液从顶部溢流至氧化罐。澄清器底部排出物为含水约85%的泥状湿固体，经污泥泵增压后排入废渣滤机中，经废渣滤机过滤、压滤后，形成含水约50%左右的膏状固体废物，排至固废箱中，并经废渣车运送出装置。滤机滤出的水排入地下滤液池，滤液池的水间歇地经泵送回澄清器。

澄清液进入氧化罐后经氧化罐循环泵抽出，与碱液混合后，返回氧化罐底部的气液混合喷嘴中。鼓风机将空气送入气液混合喷嘴，气相被喷射进液相中，两相充分混合，氧气将污水中的亚硫酸钠氧化为硫酸钠，以降低污水的COD，满足直排污水的COD要求，反应过程如下:

氧化后的污水自氧化罐顶部溢流至污水缓冲罐。污水经外送泵增压后送至污水过滤器内，经过滤处理后的污水TSS浓度可满足直排要求。

2 技术特点

WGS烟气脱硫系统流程简单实用、故障率低，可适应催化裂化跑剂等事故工况，可靠性高、适应性强，可实现长周期运行。具体特点如下[4]：

（1）可靠性高，可长周期运行：国外FCC烟气脱硫装置WGS技术最长运行记录为12 a；

（2）简单实用：该技术简单实用，脱硫塔内部构件简单、实用，内部构件不需要维修；

（3）适应性强：可适应催化裂化装置跑剂等事故工况；在供碱、供水短时间中断的情况下，也能维持系统运行；

（4）系统压降小：系统压降≤1kPa，不需要对余热锅炉进行改造。

（5）脱硫率高：正常工况下，系统硫脱除率可达90%以上；

（6）设备投资低；

（7）同时也存在着含盐污水难以处理的问题，因此设有专门的PTU系统用于处理含盐废水。

3 应用分析

本文以中石油抚顺石化烟气脱硫项目为例，主要针对其催化裂化再生烟气、含盐污水和催化剂泥浆进行处理分析。再生烟气处理主要通过湿气洗涤部分脱除烟气中二氧化硫与颗粒物；含盐污水经污水处理单元（PTU）处理后降低COD及悬浮物；催化剂泥浆进入压滤机进行过滤压滤后形成饼状废渣（1.5 t/d左右）作为危废出厂。

3.1 烟气污染物

3.1.1 烟气污染物排放标准

以前我国炼油企业执行的大气污染物排放标准为1997年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996），其中SO2的排放指标为550 mg/Nm3，颗粒物排放指标为120 mg/Nm3，NOX排放指标为240 mg/Nm3。随着环境保护要求的日益提高，现在执行的是石油炼制工业污染物排放标准（征求意见稿）中关于烟气污染物排放浓度的规定，执行时间现有企业2014年7月1日起，新建企业2011年7月1日起。日前，国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局于2015年4月16日联合发布的《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015），其中规定：现有企业从2017年7月1日，新建企业从2015年7月1日起催化烟气中污染物SO2、颗粒物、NOX的排放标准分别为100、50、200 mg/Nm3。特别排放限值分别为50、30、100 mg/Nm3。新旧标准指标见表1。

表1 大气污染物排放那个新旧标准指标Table 1 The old and new standard indicators of air pollutant discharge

3.1.2 烟气组成

烟气脱硫设施的原料为来自抚顺石化公司150万吨/年催化装置的再生烟气，流量为280 000 Nm3/h（湿基），其性质见表2。

表2 烟气性质Table 2 Flue gas properties

表2中可知，催化裂化装置再生烟气中SO2、NOX的浓度未超过现在执行的石油炼制工业污染物排放标准（征求意见稿）中的规定，颗粒物浓度超过标准规定。但随着2015年《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015）的发布，可以看出除NOx的排放量未超标外，SO2和颗粒物浓度均超出标准要求。因此需要采用脱硫、脱颗粒物技术，使再生烟气中污染物浓度下降，达到排放标准。因其再生烟气中NOx的排放量未超标，所以该烟气脱硫项目并未进行脱硝处理。

3.1.3 净化后烟气性质

产品净化烟气排放指标控制为SO2≤100 mg/Nm3，颗粒物≤50 mg/Nm3。具体性质见表3。

表3 净化后烟气性质Table 3 Flue gas properties after purification

净化后的烟气中SO2、颗粒物满足当前实施的《石油炼制工业污染物排放标准》（征求意见稿）的排放要求，同时也能满足即将在2017年执行的石油炼制工业污染物排放标准（GB 31570-2015）要求。

表4 石油炼制工业水污染物排放标准及装置未处理水污染物排放浓度Table 4 Petroleum refining industry standards for the discharge of water pollutants and untreated water pollutant emission concentration

3.2 水污染物

3.2.1 水污染物排放标准及装置未处理水污染物排放浓度

现行水污染物排放标准按《辽宁省污水综合排放标准》（DB 21/1627-2008）和《石油炼制工业污染物排放标准》（征求意见稿）规定执行。标准中关于pH值、COD、悬浮物的规定见表4。由表4中可以看出未经处理的污水除pH值在标准范围之内，COD和悬浮物均远远超出现行标准。

3.2.2 污水处理

烟气脱硫设施产生的净化污水流量为9.6 t/h，排至污水处理厂污水排放总管，其性质如下表5所示：

表5 处理后外排污水性质Table 5 The characteristics of wastewater after treatment

该装置污水处理单元（PTU）对其污水处理可达外排标准。

4 结 语

随着环境保护要求的提高，环保形式日益严峻，烟气脱硫技术也越来越受到重视。近年来我国在引进国外先进烟气脱硫技术的同时也加大了国内研发的投入和力度，烟气脱硫技术正朝着脱硫率高、二次污染少、可循环的可持续发展道路前进。本文针对WGS烟气脱硫工艺的原理、流程、特点进行描述，并对中石油抚顺石化烟气脱硫项目烟气处理、废水处理参数变化与排放标准进行对比，说明该烟气脱硫系统处理污染物可达现行排放标准。本文旨在为不同类型的炼化企业选择烟气脱硫技术提供理论依据。

［1］李大江，孙国刚，潘利祥，等．催化裂化装置烟气污染物脱除技术的研究——气液撞击流洗涤脱硫[J]．石油化工设计，2006,23（1）：62-64．

［2］杨德祥，余龙红，吴雷．催化烟气湿法洗涤脱硫技术探讨[J]．石油化工设计，2008，25（3）：1-4．

［3］杨秀霞，董家谋．控制催化裂化装置烟气中硫化物排放的技术[J]．石化技术，2001，8(2)：126-130．

［4］刘 威，田晓良，WGS湿法烟气脱硫技术在催化裂化装置上的应用[J]．石油炼制与化工，2015，46(5)：53-55．

Research Progress of WGS Wet Flue Gas Desulfurization Technology

FAN Ying1，JIAO Yan2，FAN Ning-an2，QIN Da-peng2，WEI Bo-yu2
（1. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China; 2. Fushun Petrochemical Company, CNPC, Liaoning Fushun 113008, China）

Flue gas desulfurization is an important approach to controlling air pollutant emission and preventing acid rain. In this paper, the principle, characteristics and application of the wet flue gas desulfurization technology for flue gas desulfurization were introduced. CNPC Fushun Petrochemical Company built a wet flue gas desulfurization facility for 1.5Mt/a FCC Unit. The facility used WGS technology. The WGS operation results show that SO2and PM removal rates are very high; The SO2and PM emissions achieve the discharge requirements of Emission standard of pollutants for petroleum refining industry (Exposure Draft) and Emission standard of pollutants for petroleum refining industry (GB 31570-2015). The wastewater discharge reaches the requirements of Integrated wastewater discharge standard of Liaoning Province (DB 21.1627-2008). This paper can provide a theoretical basis for selection and application of flue gas desulfurization processes for different enterprises.

Flue gas desulfurization；FCC；WGS； Desulphurization efficiency

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）11-2683-04

2015-10-07

范影（1979-），女，讲师，博士在读，从事制冷、气体分离技术研究。E-mail：fanying98@sohu.com。