硫磺回收裝置尾氣超低排放處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行

魏 芳

(新疆寰球工程公司，新疆 克拉瑪依 833699)

某煉油廠硫磺回收裝置采用SSR(SINOPEC Sulphur Recovery)硫回收及尾氣處理工藝技術(shù)，排放尾氣或煙氣(以下稱煙氣)中SO2的排放濃度設(shè)計(jì)值為533 mgm3，實(shí)際運(yùn)行值為250～500 mgm3，不能滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31570—2015)[1]大氣污染物SO2特別排放限值(100 mgm3，折合氧氣體積分?jǐn)?shù)3%，干基)。為此，進(jìn)行了尾氣達(dá)標(biāo)改造的工程設(shè)計(jì)，項(xiàng)目于2017年6月中旬竣工并投用。本文主要介紹該硫磺回收裝置尾氣超低排放處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況。

1 工藝技術(shù)簡(jiǎn)介

氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫技術(shù)是國內(nèi)首次開發(fā)并應(yīng)用于硫磺回收煙氣超低排放處理，是基于催化裂化濕法煙氣脫硫WGS技術(shù)基礎(chǔ)，充分考慮硫磺回收裝置煙氣流量波動(dòng)大、組成簡(jiǎn)單、顆粒物含量少和煙氣壓力低等的原料氣特點(diǎn)而開發(fā)的專有技術(shù)。同時(shí)，對(duì)WGS技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和提高，首次采用高溫未凈化煙氣-凈化煙氣換熱器(以下簡(jiǎn)稱氣氣換熱器)，并應(yīng)用高效除霧器，實(shí)現(xiàn)煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象減少的目的。

2 主要技術(shù)特點(diǎn)

氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫和氣氣換熱工藝流程短，工藝設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單。工藝流程示意見圖1。

圖1 鈉堿濕法煙氣脫硫工藝流程

主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

(1)脫硫率高、操作彈性大、運(yùn)行可靠性高。硫磺回收裝置尾氣加氫單元催化劑預(yù)硫化原料為酸性氣，在裝置常規(guī)開工的48 h催化劑預(yù)硫化階段，克勞斯過程氣無法進(jìn)尾氣處理單元進(jìn)行加氫脫硫凈化，直接經(jīng)焚燒爐焚燒后通過煙囪高空排放，SO2排放濃度較高，一般達(dá)到20～30 gm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)[2]。在硫磺回收裝置停工操作中，克勞斯除硫尾氣通過克勞斯跨線到焚燒爐焚燒后經(jīng)煙囪排放。由于克勞斯除硫尾氣中的硫沒有得到回收，煙囪高空排放的煙氣中SO2濃度會(huì)短時(shí)間較高，達(dá)到30～40 gm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)[2]。綜合考慮到全廠最不利工況，該煙氣脫硫設(shè)施開停工期間SO2濃度按57 gm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)設(shè)計(jì)。正常生產(chǎn)期間，受全廠加工原油硫含量的影響，該廠未凈化煙氣中SO2濃度一般為250～500 mgm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。開工期間煙氣流量從0逐漸增至6 667 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)左右；停工期間煙氣流量從6 667 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)左右逐漸減少至0；正常生產(chǎn)期間，煙氣流量為16 500～18 500 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。開停工期間和正常生產(chǎn)期間，未凈化煙氣中的SO2含量相差40～80倍，煙氣流量相差13。通過應(yīng)用高效傳質(zhì)傳熱元件(氣液混合器)和配置不同工況的注堿泵等，使該設(shè)施的運(yùn)行可靠性較高，排放煙氣中SO2濃度小于100 mgm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，滿足硫磺回收裝置各種工況期間的煙氣超低排放。脫硫率大于95%，煙氣流量操作范圍為0～120%。

(2)采用高效除霧器和氣氣換熱器，有效減少煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象。通過采用切向進(jìn)料、塔盤和高效除霧器三級(jí)除水，可將出塔凈化煙氣中游離水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在小于0.01%。采用氣氣換熱流程使凈化煙氣溫度升高至硫露點(diǎn)溫度以上，通過現(xiàn)有鋼筋混凝土煙囪排入大氣，既解決煙氣管道和設(shè)備硫露點(diǎn)腐蝕問題，滿足裝置長周期運(yùn)行，又沒有新增煙氣排放點(diǎn)。同時(shí)由于升溫使煙氣夾帶的少量游離水成為氣態(tài)水[3]，可有效減少煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象，改善煙氣可視度。另外煙氣排放溫度高有利于煙氣擴(kuò)散，即便在遇到不利于煙氣擴(kuò)散的氣象條件下，煙囪周圍也沒有小液滴產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)綠色工廠的環(huán)保理念。采用濕法煙氣脫硫工藝時(shí)，設(shè)置氣氣換熱流程是減少煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象的一種有效應(yīng)對(duì)措施[4-5]。

(3)能耗低、水耗小、煙氣排放量少。應(yīng)用專有氣液混合器作為傳質(zhì)傳熱元件，實(shí)現(xiàn)未凈化煙氣與脫硫液的充分接觸，達(dá)到煙氣脫硫和降溫的目的。同時(shí)利用專有氣液混合器降低了脫硫過程的壓降，達(dá)到不設(shè)置高溫未凈化煙氣增壓機(jī)的節(jié)能目的，可節(jié)能40 MJh。

通過氣氣換熱使進(jìn)入脫硫設(shè)施的高溫未凈化煙氣的溫度得以大幅下降，在氣液接觸過程中汽化的水大量減少、系統(tǒng)補(bǔ)充的新鮮水量也大幅度降低，節(jié)約新鮮水0.64 th。注水量減少的同時(shí)使排入大氣的煙氣攜帶的水分亦減少約0.64 th，即煙氣排放量減少約840 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。另外，采用氣氣換熱為凈化后煙氣提供升溫?zé)崃浚晒?jié)能4 950 MJh。

(4)工藝設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)100%。核心工藝設(shè)備為專有氣液混合器，其具有較強(qiáng)的抗堵能力和強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱能力。噴嘴采用特殊材質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗腐蝕、抗磨蝕能力，能夠滿足長周期運(yùn)行，且立足國內(nèi)設(shè)計(jì)和制造。裝置工藝設(shè)備均為國產(chǎn)。

3 運(yùn)行情況

3.1 未凈化煙氣性質(zhì)

進(jìn)入煙氣脫硫設(shè)施的未凈化煙氣的主要性質(zhì)見表1。由表1可以看出：未凈化煙氣的特點(diǎn)是溫度高、壓力低；正常運(yùn)行時(shí)，溫度比設(shè)計(jì)值低8～21 ℃，氧含量在設(shè)計(jì)值附近。在保證尾氣焚燒效果、焚燒煙氣熱量滿足裝置自產(chǎn)蒸汽過熱和尾氣加氫反應(yīng)器入口溫度要求的前提下，焚燒爐膛溫度低有利于節(jié)能，故運(yùn)行時(shí)未凈化煙氣的操作溫度低于設(shè)計(jì)值。

表1 未凈化煙氣的主要性質(zhì)

3.2 主要操作條件

煙氣脫硫的主要操作條件為脫硫液pH，該值的設(shè)計(jì)值為6.2～8.5，正常運(yùn)行值為7.5～8.3，基本在設(shè)計(jì)值范圍。

3.3 物料平衡

煙氣脫硫設(shè)施的物料平衡數(shù)據(jù)見表2。由表2可以看出，運(yùn)行時(shí)的堿耗、補(bǔ)水量和含鹽污水排放量均在設(shè)計(jì)值附近。

表2 物料平衡 kgh

表2 物料平衡 kgh

項(xiàng) 目設(shè)計(jì)值正常運(yùn)行值進(jìn)料 未凈化煙氣2468820368～22836 補(bǔ)充堿4429～35 補(bǔ)充水1579932～1400 非凈化風(fēng)11454 合計(jì)2642521383～24325出料 凈化煙氣2606121093～23994 含鹽污水364290～331 合計(jì)2642521383～24325

3.4 凈化煙氣性質(zhì)

排入大氣的凈化煙氣的主要性質(zhì)見表3。由表3可以看出：運(yùn)行時(shí)排入大氣的凈化煙氣的SO2濃度為10～25 mgm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況，折合氧氣體積分

表3 排入大氣的凈化煙氣的主要性質(zhì)

數(shù)為3%，干基)，實(shí)現(xiàn)超低排放，滿足設(shè)計(jì)要求；溫度比設(shè)計(jì)值低31 ℃，相對(duì)于未凈化煙氣的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)料溫度而言，排入大氣時(shí)的溫度比設(shè)計(jì)值低15～23 ℃，主要原因是溫度設(shè)計(jì)值未考慮散熱損失；運(yùn)行時(shí)的操作溫度在煙氣硫露點(diǎn)腐蝕溫度以上，滿足煙氣管道及其設(shè)備和煙囪的長周期運(yùn)行要求。

4 結(jié) 論

氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫技術(shù)及氣氣換熱流程在某煉油廠的成功設(shè)計(jì)和運(yùn)行表明，該技術(shù)及其設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)硫磺回收裝置各種工況下的煙氣超低排放，滿足新環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)脫硫率高，操作彈性大，運(yùn)行可靠性高，操作簡(jiǎn)單，能耗低，水耗小，煙氣排放量少，煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象少。

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 31570—2015石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境出版社，2015

[2] 程軍委.降低硫磺回收裝置煙氣中SO2濃度措施的探討[J].石油化工設(shè)計(jì)，2014，31(2)：57-59

[3] 鄧驥，魏芳.濕法煙氣脫硫過程白煙成因及防治措施分析[J].石油與天然氣化工，2017，46(2)：17-21

[4] 齊文義，郝代軍.FCC煙氣濕法洗滌脫硫過程中國煙羽生成及應(yīng)對(duì)措施[J].煉油技術(shù)與工程，2014，44(10)：20-23

[5] 陳震，張晟，張祎，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的煙氣換熱器設(shè)置分析[J].電力與能源，2012，33(2)：144-147