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北極星大氣網訊:摘要：國內外催化裂化裝置再生煙氣治理一般採用濕法脱硫工藝，其特點是適應性和脱硫效果較好，但投資和運行維護費用較高，設備腐蝕、高含鹽廢水排放、煙羽拖尾等一系列問題難以解決，急需尋找更好的處理方案。中國石油化工集團公司針對催化裂化再生煙氣的特點，從再生過程的SOx和NOx產生源頭控制，集成開發了負壓式半乾法煙氣超低排放治理技術，在中國石油化工股份有限公司荊門分公司2.80 Mt/a重油催化裂化裝置成功投用。結果表明，排放煙氣達到超低排放標準要求，同時解決了SO3氣溶膠、煙羽、設備腐蝕、廢水等問題。投資和運行費用優於鈉法脱硫，為國內外催化裂化再生煙氣污染物超低排放治理提供了借鑑。
關鍵詞：催化裂化裝置 再生煙氣 超低排放 半乾法
催化裂化裝置煙氣污染物排放量在煉油廠污染物排放總量中佔有較大比重。2014年以來，國內催化裂化裝置絕大多數增上了煙氣脱硫除塵設施，極大地改善了污染物排放狀況，但是由於各方面條件的限制，大都選用濕法脱硫(濕法)工藝，其中絕大多數採用鈉法脱硫[1]。濕法工藝具有對單一SO2污染物脱除效率高的優點，但投資和運行維護費用較高，SO3氣溶膠脱除率低，粉塵排放控制難度大，且存在腐蝕設備、廢水二次治理、煙氣拖尾等一系列問題。在國內火電和鋼鐵行業基本完成超低排放改造的背景下，石油化工行業面臨的環保形勢愈加嚴峻，超低排放是必然趨勢。
與此同時，國家和地方政府不斷出台更加嚴格的環保排放標準，對煙氣排放的限值提出更為嚴苛的要求，具體煙氣排放限值如表1所示。
1、技術背景及構思
1.1 濕法工藝存在的問題
相關單位對2014年全面增設的催化裂化煙氣脱硫設施的運行情況進行了詳細調研，發現以下主要問題[2-6]。
(1)新型脱硫工藝應用效果欠佳。國產有機胺法、Lextran脱硫脱硝一體化法等工藝存在諸多問題。引進有機胺法，出現電除霧故障、漿液法蘭泄漏、塔體腐蝕穿孔等一系列問題。
(2)設備腐蝕較為普遍。具體情況有：脱硫塔塔體、變徑處、塔頂煙囱、綜合塔及脱硫塔內襯非金屬聚脲材料起泡和脱落引起腐蝕；塔底板式換熱器板片、塔漿液緩衝池液下泵、事故池液下泵頻繁出現腐蝕、磨蝕；採用SCR脱硝，鍋爐省煤段爐管結鹽結垢進而引發爐管腐蝕；氧化罐及其攪拌器、機泵的腐蝕；部分脱硫脱硝除塵設施事故池或漿液緩衝池內襯脱落。企業被迫更新脱硫塔，更換煙囱。
(3)“三高”導致經濟效益受影響。催化裂化餘熱鍋爐排煙温度較高，一般在160～200 ℃左右，飽和煙氣所需水量較大，水耗較高，濕法為一般半乾法脱硫的2倍左右；高鹽廢水濃度一般控制在2%左右，排出的高鹽水量相當於所脱除污染物的100倍以上，高鹽廢水需要進一步處理；按氫氧化鈉利用率95%、生石灰利用率85%估算，鈉法脱硫劑費用約為半乾法脱硫的3.3倍左右。
(4)藍煙、白煙拖尾影響企業形象。SO3遇水極易形成超細硫酸霧，再生煙氣攜帶的催化劑超細粉以及在脱硫過程中形成的鹽霧滴在濕法環境下極易形成難以捕集的氣溶膠，溢散到煙筒上方形成藍煙、白煙拖尾，造成視覺污染，影響企業形象。由於催化裂化再生型式的差異，煙氣中的SO3/SO2，NOx以及NH3含量會有較大差異。
1.2 催化裂化煙氣超低排放的技術構思
2014年7—8月，中國石油化工股份有限公司廣州分公司(廣州石化)兩台循環流化牀鍋爐和一台煤粉爐相繼進行技術改造，煙氣排放提前達到“超潔淨排放標準”[7]。
針對鈉法脱硫存在的問題，結合廣州石化鍋爐實現超低排放的經驗，提出了催化裂化煙氣超低排放的技術構思：①污染物源頭控制，考慮到再生型式的影響，擬選用不完全再生工藝源頭控制SO3和NOx的生成；②CO鍋爐精細設計，包括低NOx火嘴、低SO3轉化率的SCR催化劑，避免在源頭得到控制的SO3，NOx等污染物在CO鍋爐和餘熱鍋爐段出現反彈；③集成嫁接半乾法煙氣脱硫除塵技術，實現脱硫除塵指標的超低排放，同時徹底消除濕法工藝的視覺污染，並實現經濟性穩定運行。
2、工程設計
2.1 項目概況
中國石油化工集團公司(中國石化)針對催化裂化再生煙氣的特點，集成火電和鋼鐵行業半乾法煙氣超低排放治理經驗，聯合福建龍淨環保股份有限公司開發了適用於催化裂化再生煙氣脱硫除塵的FSC負壓式循環流化牀半乾法(FSC半乾法)超低排放處理工藝，實現了“源頭控制”和“末端治理”的良好結合。
2014年提出技術構思，至2016年立項，中國石化對國內外已有技術進行充分調研和對比論證，最終決定脱硝採用SCR脱硝(預留COA脱硝，脱硝劑為亞氯酸鈉)+FSC半乾法超低排放處理工藝，並列入中國石化“十條龍”攻關。
經歷兩年的前期工作，裝置於2018年6月開工建設，於2020年6月初一次投運成功，SO2，NOx和粉塵排放均優於超低排放指標。同時消除了SO3氣溶膠，設備幾乎無腐蝕，過程無污水排放，有效避免了濕法工藝難以解決的問題。
2.2 工藝流程
FSC半乾法脱硫除塵裝置主要由脱硫反應塔、布袋除塵器、吸收劑製備及供應、物料再循環及外排、工藝水、流化風、清潔煙氣再循環、脱硫灰庫、電氣和儀表控制等系統組成。
脱硫除塵系統為負壓運行方式，由脱硫引風機提供動力源，工藝流程如圖1所示。
從FCC再生器來的煙氣自煙機出口經水封罐後與部分補燃風和補燃燃料氣混合，進入CO焚燒段(水保護段)，温度達到約875 ℃，之後進入餘熱鍋爐高壓蒸汽過熱段、中壓蒸汽過熱段、蒸發段後，再進入SCR脱硝單元，在320～400 ℃脱除煙氣中的NOx，然後經餘熱鍋爐省煤器與鍋爐給水換熱後，温度達到160 ℃左右進入FSC脱硫反應塔，與加入的消石灰、循環的脱硫灰等吸收劑混合後，通過文丘裏管加速，形成顆粒湍動狀態。通過塔內噴水，濕潤顆粒表面，煙氣冷卻到適宜的反應温度，此時煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3酸性成分被除去，生成CaSO3·1/2H2O，CaSO4·1/2H2O等副產物。含有大量顆粒的煙氣經過採用純PTFE超淨濾袋的布袋除塵器脱除粉塵，淨化煙氣經引風機送至煙囱排放，引風機為一操一備，變頻控制，其電耗在相對於濕法增加的煙機發電中大部分得到補償。布袋除塵得到的脱硫灰大部分循環回脱硫塔，少部分送往脱硫灰庫，經密閉卸料外運出裝置。
2.3 實施效果
中國石油化工股份有限公司荊門分公司(荊門石化)2.80 Mt/a催化裂化再生煙氣脱硫除塵項目於2020年6月初一次投運成功，達到設計指標。
(1)排放指標。在氧體積分數3.5%情況下，污染物排放達到燃煤鍋爐超低排放標準，見表2。
(2)主要運行指標與鈉法脱硫除塵裝置對比情況，如表3所示。
表3 FSC半乾法脱硫和鈉法脱硫主要指標對比
(3)運行費用對比。荊門石化對運行的鈉法脱硫和FSC半乾法脱硫進行對比，如表4所示。FSC半乾法脱硫運行費用中電耗佔比最大，為55%，這部分電耗在增加的煙機輸出功率(出力)中達到部分補償；其次是脱硫劑消耗，可以根據具體情況選擇性價比更高的生石灰。鈉法脱硫運行費用最高的是脱硫劑費用，佔60%以上；其次是電耗，佔30%以上，單位費用與FSC半乾法工藝基本持平，但由於其消耗主要是濕法配套的機泵耗電，濕法工藝增加了煙機背壓，被迫提高餘熱鍋爐的設計壓力，還使得煙機出力受到影響。
(4)腐蝕及現場運行情況。裝置可高效脱除SO2，SO3等酸性氣體，煙氣露點大幅度下降，而運行温度基本在90 ℃以上，整套系統幾乎沒有腐蝕。系統整體為負壓運行方式，自動化程度高、穩定性好，檢查維修也比較方便，現場乾淨無灰逸散。
(5)視覺效果。煙囱排煙無色透明。
1)主要是引風機電力消耗，與濕法相比，FSC半乾法工藝降低了煙機出口壓力，從而增加了煙機出力，這部分尚未包括在比較中。
2)目前使用脱硫劑氧化鈣純度為90%，單價1 020元/t，可選用純度80%～85%氧化鈣，單價為600元/t，進一步降低脱硫劑費用。
3)半乾法脱硫副產品脱硫灰按10元/t外售資源化利用。
3、結 論
(1)荊門石化2.80 Mt/a催化裂化再生煙氣治理技術採用“源頭控制+末端治理”的優化設計理念，達到了預期效果。
(2)脱硫除塵採用半乾法超低排放工藝，集成SCR脱硝，一次開車成功，排放煙氣達到超低排放標準要求，SO2質量濃度不大於35 mg/m3，NOx質量濃度不大於50 mg/m3，粉塵質量濃度不大於10 mg/m3，運行穩定可靠。
(3)此次採用的FSC半乾法脱硫除塵系統系在全球首套大型催化裂化裝置上應用並達到超低排放指標，對今後裝置建設和設計有重要借鑑意義。
(4)FSC半乾法工藝具有投資和運行維護費用較低、佔地節省、無廢水排放、便於操作和維修、脱硫灰可以資源化利用、煙囱排煙透明等優勢，是今後推廣應用的重要技術。
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