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1、GEA 湿法烟气脱硫在实际中的应用 孙琪 李昕益 中国石油集团东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院 摘 要： 分析了常见的催化裂化烟气脱硫技术, 并通过项目实施效果验证了 GEA 脱硫除尘一体化技术的优势。关键词： GEA; 湿法烟气脱硫; 催化裂化烟气; 作者简介：孙琪 (1983-) , 男, 工程师, 辽宁省葫芦岛市人, 2006 年毕业于浙江大学化学系, 从石油化工工艺设计工作。收稿日期：2017-09-14Application of GEA Wet Flue-gas Desulfurization TechnologySUN Qi LI Xin-yi CNPC Northeast Re
2、fining & Chemical Engineering Co., Ltd.Huludao Design Institute; Abstract： Common desulfurization technologies were analyzed and compared, and the effect of GEA wet flue-gas desulfurization was verified by the actual test.Keyword： GEA; wet flue-gas fesulfurization; FCC flue-gas; Received： 2017-09-14
3、催化裂化是在催化剂的作用, 在一定的温度和压力条件下, 使原料油经过一系列的化学反应, 裂解成为轻质油品的过程。催化裂化烟气含有大量的SOX、NO X、颗粒物及 CO 等, 已经成为重要的空气污染源。炼油厂排放的 SOX约占其总排放量的 6%7%, 而催化裂化装置排放的 SOX就占 5%左右。为控制大气污染物排放, 改善我国空气质量和控制酸雨污染, 国家环境保护总局和国家发展和改革委员会采取了多项旨在进一步加强二氧化硫污染防治的新措施。政府各级环保监管部门加大了对 SO2和 NOx排放力度的监管, 对企业烟气排放的要求越来越高。按石油炼制工业污染物排放标准中催化裂化装置 SO2最高允许排放浓度
4、限值为 200 mg/Nm (重点地区浓度限值为 100 mg/Nm) 。随着氮氧化物排放污染的日趋严重, 在国家和地方政府对 NOx、SO 2以及颗粒物排放标准要求和排污费政策双重压力下, 为应对日益严格的环保要求和企业发展需求, 要求各个炼油企业的催化裂化装置设有烟气净化装置, 并于催化装置同开同停。1 国内外催化烟气脱硫技术1.1 烟气脱硫技术不同烟气脱硫方法各有特点, 需要根据环保要求、治理对象、环境条件 (地理位置、占地等) 、燃料特点、吸收剂来源以及副产物去向等综合因素选取合适的方法。目前常见的烟气脱硫方法见表 1。表 1 常见的烟气脱硫技术 下载原表 1.2 催化烟气脱硫技术烟气
5、脱硫技术大多应用在大型电厂、燃煤燃气锅炉, 在催化烟气脱硫主要采用非再生湿法脱硫工艺、可再生湿法脱硫工艺。目前国内的大型石油企业催化裂化烟气脱硫装置多采用引进国外成熟可靠的工艺技术。表 2 催化烟气脱硫技术 下载原表 由表 2 可以看出, 从对上游催化裂化装置运行的影响及长周期运转方面比较, EDV 工艺、EP-Absorber 及 Labsorb 工艺具有烟气压降小、不会出现堵塞、操作弹性大等优势;从投资、流程简化、操作方便、技术成熟可靠程度等方面比较, 选择非再生湿法洗涤的 EDV 工艺、EP-Absorber 及 WGS 工艺较为合理, 但 WGS工艺因压降较大, 对上游烟机及锅炉系统影
6、响较大。从业绩方面比较来看, 近年来中石油、中石化等石油龙头企业均选择了应用业绩较多的 belco 的 EDV 工艺, 少数采用了 Exxon 的 WGS 技术, 而德国 GEA Bischoff 的 EP-Absorber 技术往往被忽略了。中国化工集团在国内率先使用了该技术并建成投产, 运行良好。1.3 德国 GEA Bischoff 公司提供的脱硫除尘一体化技术 (EP-Absorber) SO2吸收和相当部分的颗粒物脱除是在一个开放的、无填料的逆流式洗涤器内完成的。烟气沿垂直方向自下而上通过洗涤器, 洗涤层喷入苛性溶液, 烟气与苛性溶液形成逆流。喷淋层接一组循环泵, 另设有一台公用备用
7、泵, 与这组循环泵连接在一起。洗涤器入口处设急冷段, 装有喷嘴组以急冷气体。喷嘴组连接事故水系统, 以便在循环泵组失效时 (如失电情况下) 仍能对气体进行急冷。气/液充分接触确保了颗粒物和硫化物的有效脱除。大容量的苛性液收集池起到了缓冲作用, 即使在 SO2含量处于峰值时, 仍能保证 SO2的持续脱除。图 2 EP-Absorber 原理图 下载原图烟气经过急冷喷淋以预除催化剂颗粒, 并使 SO2悬浮粒子冷凝, 然后到达逆流吸收段, 该段设有 4 级喷淋层, 2 个环形磁头, 4 级喷淋层之间设有 3 级上下喷淋和 1 级向下喷淋, Na 2CO3或 Na OH 作为反应剂, 在该吸收段内高效
8、吸收烟气中的 SO2。经过脱硫后的烟气到达位于吸收段上部的湿式静电除尘段, 湿法静电除尘器 (WESP) 与洗涤器在同一罩壳内, 位于洗涤器上部。气体通过气体分布板, 自下而上进入 WESP。气体流经除尘管束, 放电电极沿每根除尘管轴线悬吊。通过高压产生的电场使灰尘及悬浮粒子带电 (无论其尺寸大小) 。带负电的粒子在收尘电极处被收集。从气体中分离出来的粒子和冷凝液不断滴入下方的洗涤区。本净化段 (微米、亚微米粒子级) 的压力降不超过 0.5 k Pa。如需要, 可安装冲洗系统以定期清洗。冲洗系统由一组喷嘴组成, 安装于收尘电极上方。冲洗用水为清洁水, 设置一台泵以满足所需压力, 冲洗水流入池中
9、作为工艺用水, 以节约用水。该工艺的压损小, 不需要设置增压风机或者压力控制系统。为使排出废液 COD 更低, 从洗涤器底部池中抽取液体至外部氧化系统氧化, 再回流至洗涤器池中。外部氧化系统由空气喷射器和高压泵等组成, 液体被高压泵输送至动力喷嘴, 通过喷嘴喷射后, 液体变成液滴, 随后与喷射空气充分混合, 使溶解在洗涤液中的亚硫酸盐与空气发生氧化反应。在空气喷射器之后, 含有非常细微分散气泡的洗涤液回流至洗涤器池内, 在这些气泡上升至池面的过程中, 残余的氧进一步与洗涤液发生氧化反应。该脱硫除尘工艺的主要业绩为美国北达科他州泰索罗公司曼丹炼油厂 147 000 Nm/h (湿) 烟气脱硫除尘
10、和美国伊利诺斯州雪铁戈公司雷蒙特炼油厂约 400 000 Nm/h (湿) 烟气脱硫除尘。该工艺的特点是:(1) 洗涤吸收区为多级, 脱硫效率高;(2) 不论烟气中的催化剂颗粒粒径大小, 都能高效脱除烟尘;(3) 静电场中颗粒物1m 时, 可以进行设计调整;(4) 高效脱除 SO3 (H2SO4悬浮液) 及水滴;(5) 可通过设计调整分别控制 SO2和 SO3各自的排放量, 实现总体高 SOx 脱除率;(6) 高可靠性, 设计寿命满足催化装置连续 5 年运行, 在相关工业实际运行中寿命已达几十年;(7) 可脱除来自上游的 SNCR/SCR 逃逸氨;(8) 宽气体流量量程, 设计可预留满足更高气
11、体流量。GEA Bischoff 公司提供的脱硫除尘一体化技术 (EP-Absorber) 与其他技术相比较最大的优势在于除尘方法采用高压静电除尘, 静电除尘采用六边形管束状结构, 既能通过调节电压来调整除尘效果, 又能保证了烟气的流通量, 使压降最低。EP-Absorber 技术的湿式静电除尘器的压力降远远低于 EDV 技术的滤清模块以及液珠分离器带来的压力降。此外 EP-Absorber 技术为使排出废液 COD更低, 从洗涤器底部池中抽取液体至外部氧化系统氧化, 再回流至洗涤器池中, 使后续 PTU 单元减少了设置氧化箱 (罐) 的必要, 降低了投资成本, 节约了PTU 单元的占地面积。
12、2 脱硫除尘一体化技 (EP-Absorber) 实际生产应用情况中国化工集团某炼厂催化装置的烟气净化装置采用 GEA Bischoff 公司提供的脱硫除尘一体化技术 (EP-Absorber) , 于 2016 年 10 月投产运行。2016 年 11 月20 日某时刻进出口物料平衡见表 3。3 结束语催化装置采用 GEA 的脱硫除尘一体化技术 (EP-Absorber) , 可以有效降低烟气中硫含量和催化剂细粉含量, 使烟气达标排放, 对减轻本地区的酸雨危害、改善环境质量作用明显。对推动清洁生产和可持续发展, 具有重要贡献。表 3 催化烟气脱硫物料平衡表 下载原表 参考文献1张杨, 王瑞, 王清和, 等.湿法烟气脱硫脱硝技术在催化裂化装置上的应用J.石化技术与应用, 2015, 33 (3) :239-241.
