炼化企业自产石油焦的清洁利用

2018-01-18郭涛

石油化工技术与经济 2017年6期

郭涛

中国石化上海石油化工股份有限公司（以下简称上海石化）建有2套延迟焦化装置，年产石油焦约400 kt。上海石化热电部建有3台循环流化床（CFB）锅炉，3台锅炉的设计燃料为烟煤和石油焦混烧，可以全部消耗上海石化自产的石油焦，而且锅炉排放达标。炼化企业自产石油焦在其自备电站CFB炉上的应用是石油焦最清洁利用的措施。

1 石油焦的产生和用途

石油焦是一种富含碳的固体，是在世界范围内所有石油炼化企业在原油提炼以及重质烃等复杂有机分子裂解为更简单、价值更高、更轻质的石油产品的过程中所产生的副产物，占原油加工量的3%左右，含有诸多污染物，其中硫质量分数一般为3%～6.5%。

根据品质不同，石油焦可以作为工业制造过程中的碳源，或是用作燃料，在发展中国家的使用尤其如此（见表1，数据来源于美国燃料与制造商联合会）。

表1 世界石油焦用途分类 %

一些金属在制造过程中需要使用电极级别或“煅烧”后的石油焦，即来自轻质、低硫、低金属含量原油的残余副产物。通过煅烧可以让这种石油焦去除灰分，从而变得更纯。这些石油焦中硫的质量分数相对较低（约3%），而且碳纯度较高，因而可用于提供电解铝、冶炼钢或二氧化钛所需的碳。例如，煅烧石油焦以制造阳极（用作导体的大块固体），将氧化铝电解还原成金属铝；而针状焦（另一种纯度更高的石油焦）则用于制造电炉炼钢所需的石墨电极。

但大部分的石油焦还是被用作燃料。粗略估计，全球生产的80%左右的石油焦都是高硫、燃料级石油焦，由于石油焦中碳元素质量分数为90%～97%，发热量较高，其低位发热量约为原煤的1.5～2倍，常常被用作工业燃料。中国市场上石油焦用途分类见表2。

表2 中国石油焦用途分类 %

2 石油焦用于CFB锅炉焚烧

与常规燃料煤炭相比，石油焦具有高热值、低灰分、低挥发分、高硫分、难燃尽等特点。石油焦的基碳高、含热量高，挥发分比煤炭低，低位发热量远高于烟煤，灰分比燃煤小得多，烟气中的总灰量略小于煤粉锅炉，石油焦的烟尘排放特性基本与燃煤的烟尘排放特性一致，金属含量相当。

2.1 CFB锅炉焚烧石油焦的优势

CFB锅炉是一种燃料清洁燃烧的锅炉型式，通过在炉内添加石灰石达到高效脱硫的目的，使CFB锅炉出口的SO2排放质量浓度小于煤粉炉出口的SO2排放质量浓度。再经过锅炉尾部烟气脱硫装置的处理，通过烟囱排至大气的SO2排放质量浓度完全可以满足到最新BG 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》的超低排放指标的要求。

CFB锅炉燃烧温度低，又可实现分级燃烧，NOx排放中只有燃料型NOx，无热力型NOx，是一种低NOx排放的锅炉。CFB锅炉中石油焦掺烧比例越高，NOx排放越低。与烧煤的煤粉炉比，CFB锅炉的初始NOx排放质量浓度也低得多，一般在150 mg／m3左右，只需配置选择性非催化还原（SNCR）脱硝装置，脱硝效率达70%，就可实现NOx低于50 mg／m3的排放指标，若配置SCR脱硝装置，可实现更低的排放指标。而在配置低NOx燃烧器情况下，煤粉炉的初始NOx排放质量浓度也不会低于300 mg／m3，必须配置SCR脱硝装置才能使NOx达标排放。

石油焦的烟尘排放特性与燃煤的烟尘排放特性基本一致，烟尘的排放质量浓度取决于除尘器的除尘效率。总体上石油焦的灰分比燃煤小得多，烟气中的总灰量略低于煤粉锅炉。

2.2 CFB锅炉焚烧石油焦案例

上海石化热电部有3台循环流化床（CFB）锅炉，1台为620 t／h的 CFB锅炉，2台为310 t／h的CFB锅炉。3台锅炉的设计燃料为烟煤和石油焦混烧，可以全部消耗自产的石油焦。

620 t／h CFB的设计额定蒸发量（ECR）为571 t／h，最大蒸发量（BMCR）为 620 t／h，瞬时最大蒸发量为670 t／h，主蒸汽压力为9.81 MPa，主蒸汽温度为540℃，锅炉效率为92.36%。620 t／h锅炉主要物料参数见表3，其中石油焦和煤的质量比为3∶7。

表 3 620 t／h锅炉主要物料参数 t／h

310 t／h CFB的 ECR为310 t／h，主蒸汽压力为9.81 MPa，主汽温度540℃，锅炉效率为90.6%。310 t／h锅炉主要燃烧参数见表4。

表 4 310 t／h锅炉主要燃烧参数 t／h

石油焦热值高，对锅炉的磨损小，上海石化3台CFB锅炉运行近10年，掺烧效果一直较好，CFB锅炉高效脱硫的特性正好弥补了石油焦含硫量高的劣势。通过脱硫、脱硝、除尘等环保改造后，与全煤工况煤粉炉相比，大气污染物排放质量浓度相当，甚至更低。表5为上海石化热电部4套烟气在线检测系统（CEMS）2015年大气污染物排放质量浓度平均值。