烟气碱洗工艺在硫磺装置的应用

贾天宇 吴玉冬 王永卫（中国石油大连石化公司，辽宁 大连116031）

目前随着经济的快速发展，国家对环境保护工作越发重视，尤其是对石油炼制行业排放废气的要求。在2015年，国家颁布修订了《石油炼制工业污染物排放标准》GB31570-2015，对石油炼制行业烟气SO2排放浓度提出了新要求，一般地区烟气SO2排放浓度要求≤400mg/m3，特殊地区SO2排放浓度要求≤100mg/m3，大连石化公司所处的大连地区目前执行一般地区烟气SO2排放浓度要求。大连石化公司27万硫磺装置烟气经过焚烧炉处理后，通过烟囱排放至大气，烟气SO2排放浓度在200mg/m3～300mg/m3之间，考虑到大连地区属于安全环保的敏感地区和海滨城市，随着环保要求的不断严格，执行特别排放限值也是大势所趋。从企业的发展和环保要求日趋严格来看，为了使硫磺装置烟气处理一次达标，不再反复建设，决定在27万硫磺装置尾气处理后增上烟气脱硫设施，以满足所有工况下，烟气中SO2的浓度满足特别限值排放要求，即烟气中SO2的浓度≤100 mg/m3。

1 碱洗脱硫装置简介

1.1 碱洗工艺流程

本烟气脱硫设施主要处理硫磺回收装置的排放烟气，排放的烟气不再直接进入放空烟囱，通过改造原硫磺装置的尾炉风机，提高烟气排出压力，让烟气进入烟气脱硫设施，通过动力波碱洗法进行脱硫改造，最终烟气经处理达标后再送入放空烟囱高点放空。

脱SO2尾气处理单元利用动力波洗涤系统脱除气相中的SO2酸性气体，系统的核心是通过逆喷使得气液接触形成强湍流的区域。烟气经过整体式热管换热器后温度由260℃降到150℃，随后进入一级进料管的顶部，与通过大口径的喷头喷出的吸收液进行逆向接触。吸收液从喷头出来后与气体接触形成泡沫区。泡沫区使液滴不断的冷却和更新，迅速冷却烟气和吸收SO2。接触后的液体进入分离器底部，烟气进入双层折流板除雾器，除去夹带的液滴，通过分离器顶部的整体式热管换热器升温至170℃后进入原烟囱排放。分离器底部收集到的液体再经循环泵进入逆喷头，同时通过密度计控制排液，在循环液中维持一个适合的盐浓度，排液送到废水处理系统。动力波系统的水损失主要是饱和尾气带走的水和硫酸钠外排时携带的水份，这些水通过补加除盐水来维持分离器底部循环槽的液位，除盐水从硫磺装置通过管道送至界区。原厂区管网送来的碱液在正常工况下，直接通过管线添加到循环液泵出口管线上，碱液的添加量由pH 值来控制。旁路及停工吹硫工况下碱液消耗量较大，此时单独设置一根碱液注入管线和调节阀组注入到二级碱液循环泵后管线。同时为防止碱液管网碱液中断，本装置内设置一台容积15m3的碱罐，在管网中断供碱时，碱液经过碱液补充泵添加到循环液管线上，碱液泵按照一用一备设置。分离器内除雾器系统由两级组成，并包括去除沉积物的冲洗系统。本装置净化后烟气经烟道送至现有烟囱排至大气。

1.2 碱洗脱硫的工艺原理

碱洗工艺首先利用烟气中的SO2和SO3易溶解水，生成亚硫酸和硫酸，然后碱液中的氢氧化钠与亚硫酸和硫酸进行中和反应生成硫酸盐和水[2]。用氢氧化钠吸收二氧化硫是除去烟气中二氧化硫的最简单的方法。这种酸碱反应迅速，对设备的损害程度最小。

烟气中的SO2、SO3与氢氧化钠的反应如下：

2 动力波碱洗工艺的技术特点

动力波碱洗工艺技术能够很好的满足适应波动较大的工况。烟气经过烟气换热器后先进入一级进料管，一级进料管设有一个大口径喷头，经过逆喷后进入二级进料管，二级进料管设有七个大口径喷头，经过二级逆喷后的烟气进入碱洗塔实现气液分离，气相经过除雾器、烟气换热器排放到现有烟囱。液相在塔底经过碱液循环泵送到进料管中喷头，一级碱液循环泵送到一级进料管的喷头，二级碱液循环泵送到二级进料管的喷头。在正常工况下，因烟气中SO2的浓度相对较低，只开启一级碱液循环泵（两用一备），把循环碱液送入一级进料管的喷头，实现脱除SO2。在硫磺装置旁路工况及停车吹硫工况下，开启二级碱液循环泵，二级碱液循环泵流量很大，两台泵的总达到3400m3/h，通过大流量逆喷，实现对烟气中高浓度SO2的脱除。

3 运行情况

3.1 烟气脱硫装置主要运行参数

烟气脱硫装置主要运行参数包括循环液pH、相对密度以及净化烟气温度。目前装置正常工况下循环液pH 控制在7.1～7.5，相对密度控制1.03～1.05，净化烟气二氧化硫排放浓度得到有效降低，外排废水中COD 控制在600mg/L 以内；净化烟气通过烟气换热器后温度在170℃以上，可以避免出现烟气中SO2漏点腐蚀。

3.2 烟气排放情况

自2019年3月23日烟气脱硫装置开工以后，硫磺装置烟气二氧化硫排放浓度月平均数据的最大值为2.87 mg/m3、最小值为1.09 mg/m3；烟气氮氧化物排放浓度月平均数据的最大值为20.3mg/m3、最小值为16.8mg/m3。烟气脱硫装置有效降低了烟气SO2排放浓度。

3.3 废水排放情况

烟气脱硫装置排放污水COD 基本在600 mg/L 以下，符合含油污水入口指标要求。又因其排水量较小，对污水处理厂不会造成冲击，对正产生产影响较小。

4 存在的问题及采取的解决措施

4.1 烟气换热器投用

由于烟气脱硫设施和硫磺主体装置不是同步开工，如果烟气换热器直接引入热烟气冲击烟气换热器管束，会导致烟气换热器管束破裂。

为保护烟气换热器管束，装置根据运行工况，制定了烟气换热器投用方案。首先尾气处理V系列停工备用单元，从气焚烧炉F-2402 V 将助燃空气引入烟气换热器，助燃空气量为5000Nm3/h，确认吹扫时间大于5分钟，缓慢将吹扫风量调整至10000Nm3/h，确认炉膛压力正常。缓慢引入尾气处理IV系列运行单元热烟气，确认烟气换热器温度缓慢上升，升温速率控制20℃/分钟，逐渐降低V系列炉膛吹扫风量至5000Nm3/h，确认IV系列热烟气全部引入烟气换热器，关闭V系列吹扫风。

5 结语

动力波碱洗工艺技术流程简单、适用性好，抗波动能力强、安全可靠，脱SO2效果好，装置占地小，需要的公用工程品种少。结合大连石化公司硫磺装置的运行状况、现场空间及硫磺装置脱硫工艺技术，动力波碱洗工艺技术在各方面都较好地满足硫磺装置SO2达标排放改造要求。