WGS湿法烟气脱硫技术在催化裂化装置上的应用

２０１４ 年 ７ 月
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烟气脱硫装置主要包括洗涤塔系统及排液处理系统，以 ２０％ 的液碱作为吸收剂，采样负压式的文丘里管，通过涤塔循环泵，将 循环液自塔底抽出，送至两个文丘里管喷射器入口，用于增压催 化烟气，吸收烟气中的二氧化硫、颗粒物等杂质。泵出口有一小 股含固含盐废液排至废液处理系统。
废液处理系统（ＰＴＵ）包括沉降－ 过滤－ 氧化等过程，废液先 与絮凝剂混合后进入澄清器进行沉降分离，澄清器底部排出含有 泥状湿固体，经过滤后可采用安全填埋处理，澄清器上部废水溢 流到氧化罐进行氧化反应，同时外排废液再经过旋流分离器，进 一步降低污水中 ＴＳＳ 浓度，以满足排放要求。 三、脱硫原理
技术管理
WGS 湿法烟气脱硫技术在催化裂化装置上的应用
杜勇（中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公司 辽宁 葫芦岛 １２５００１）
摘要：为满足大气污染物排放标准要求，锦西石化分公司采 用美国埃克森美孚的 WGS 湿法脱硫技术，将外排烟气中的 SO2 浓度降低到 10mg/Nm3以下，粉尘浓度降低至 10mg/Nm3左右，起 到了很好的除尘脱硫效果。
关键词：WGS；SO2；粉尘 一、概况
中国石油锦西石化分公司催化气分车间于 １９８７ 年 １０ 月建成 投产，设计处理能力 ８０ 万吨／年。２０１３ 年 ９ 月，将两段提升管改 为单提升管，增设 ＣＲＣ，装置处理能力改为 ９０ 万吨／年。为满足 大气污染物烟气中的 ＳＯ２ 最高允许排放浓度 １００ｍｇ／Ｎｍ３， 颗粒 物 ５０ｍｇ／Ｎｍ３的要求，２０１３ 年 １１ 月建成投产烟气脱硫系统，该技 术由中国石油工程建设公司大连设计分公司引进、为国内首套采 用美国埃克森美孚公司的喷射式烟气脱硫工艺（ＷＧＳ）。 二、系统简介和工艺流程
烟气脱硫系统采用 ＮａＯＨ 作为吸收剂，主要因为其简单易 得、便于存储且生成的硫酸盐和亚硫酸盐不易堵塞喷嘴、填料等 特点，其主要反应机理如下：
ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ３ Ｈ２ＳＯ３ ＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳＯ３＋２Ｈ２Ｏ Ｎａ２ＳＯ３＋Ｈ２ＳＯ３→２ＮａＨＳＯ３ 还伴随着其它反应，如三氧化硫、盐酸、氢氟酸与氢氧化钠反 应，形成硫酸钠、氯化钠等混合物。 ２ＮａＯＨ＋ＳＯ３→Ｎａ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ ＮａＯＨ＋ＨＣｌ→ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ 吸收塔浆液的 ｐＨ 值通过 ＮａＯＨ 注入量来控制，最佳 ｐＨ 值 在 ７． ０－７． ２。 废水处理的主要反应为： Ｎａ２ＳＯ３＋１／２Ｏ２→Ｎａ２ＳＯ４ ＮａＨＳＯ３＋1/2 Ｏ２＋ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ 四、运行情况 自 ２０１３ 年 １１ 月 １９ 日烟气脱硫开工以来，整个装置运行平 稳，外排烟气中 ＳＯ２ 含量由 ５０ ｍｇ／Ｎｍ３ 降到 ３ｍｇ／Ｎｍ３，粉尘浓 度由 ２００ｍｇ／Ｎｍ３ 降低到 １０ｍｇ／Ｎｍ３，均满足直排要求。外排污 水的 ＣＯＤ 为 ２５ｍｇ／Ｌ，小于设计要求的 ５０ｍｇ／Ｌ，外排污水中的 悬浮物浓度 １００ ｍｇ／Ｌ 左右，无法满足低于 ２０ｍｇ／Ｌ 的直排要 求。 理论上约 １０％－ １５％的硫转移到再生烟气中，按原料总硫 ０． ２％计算，入口烟气的 ＳＯ２约 ２００－３００ｍｇ／Ｎｍ３。２０１３ 年 １２ 月 ３０ 日对催化装置的硫平衡进行核算，得出烟气中的 ＳＯ２ 含量约为 ３００ ｍｇ／Ｎｍ３，实 际 入 口 在 线 仪 表 监 测 数 ｍｇ／Ｎｍ３区间波动。 ＷＧＳ 烟气脱硫技术，采用的是负压式的文丘里管抽吸技术，
投用后烟机背压下降 ２Ｋｐａ，余热锅炉出口压力下降 ０． ４Ｋｐａ，有 利于烟机做功。
同 ＥＤＶ 技术相比，ＷＧＳ 洗涤塔系统主要优点为： ①烟气以负压的形式抽入洗涤塔，降低了烟机背压、有利于 烟机做功；余热锅炉出、入口的压力降低，无需对余热锅炉进行补 强处理。 ②操作简单。ＷＧＳ 技术无滤清模块及相关设备，洗涤塔内 仅有烟囱塔盘和填料层进行气液分离，脱硫除尘效果良好。 五、装置运行中的问题及分析 1.外排烟气的 pH 值偏低 多次对洗涤塔烟囱外排烟气中的凝结水进行采样分析，检测 ＰＨ 值均在 ３－４ 之间。烟囱外排烟气 ｐＨ 值偏低，存在腐蚀减薄烟 囱的可能性，其主要原因是通过脱硫，烟气中 ９０％以上的 Ｓ０２被除 去，但对 Ｓ０３的脱除效果很低，一般不超过 ２０％，这一低浓度的 Ｓ０３ 凝结，三氧化硫离子结合水蒸汽形成硫酸，其浓度可高达 ８５％，导 致了大部分烟囱腐蚀问题［１］。在实际生产中，试图通过提高循环 浆液的 ＰＨ 值（由 ７． ０ 提高到 ８． ０），既增加 ＮａＯＨ 浓度的方式，来 增加 ＳＯ２和 ＳＯ３的吸收率，但效果不佳，且弊端在于浆液中 Ｎａ２ＳＯ３ 的溶解度是随 ＰＨ 值的升高而下降的，当吸收剂的 ｐＨ 值较高，超 过一定值时，一方面由于 Ｎａ２ＳＯ３ 溶解度下降，会抑制正反应速 度；另一方面，Ｎａ２ＳＯ３会从吸收剂中析出，以固体盐的形式附着在 塔板和系统内，增加流动阻力。再者，再生烟气中含有大量 ＣＯ２ 气体，相关研究表明，当吸收剂的 ｐＨ 值大于 ８ 时，与 ＮａＯＨ 反应 的主要是烟气中的 ＣＯ２， 而不是 ＳＯ２［２］。 2.去 PTU 污水量超设计值 装置设计外送至 ＰＴＵ 的污水量为 ３． ２ｔ／ｈ，具体排放指标按 ＴＳＳ≯７． ５％、ＴＳＳ≯０． ５％和氯离子浓度≯８００ｍｇ／Ｌ 控制。实际生 产中，为达到 ＴＳＳ≯０． ５％控制指标，将外送污水量提高 ４． ５ｔ／ｈ，以 减少对喷嘴、循环泵、阀门以及管线的磨损。外送量的加大不仅 增加了耗水量，而且缩短了外送废液在澄清器中的停留时间，对 外排废水中的悬浮物的控制有一定影响。 3.外送废水 pH 高 设计洗涤塔和氧化罐的 ｐＨ 值为 ７． ０－７． ２， 通过在线 ｐＨ 计控 制补碱量来实现。实际生产中，氧化罐在未补碱的情况下，外送 废水 ｐＨ 值就增加 １ 个单位，有悖于反应机理，具体原因有待进一 步分析。 4.外排废水悬浮物浓度超标 循环浆液中含有催化剂粉尘粒径很小，采样分析粒径小于 １． ４４μｍ 的百分比达到 ３０％，液固分离难度大。目前国内主要的 处理方法为添加絮凝剂或絮凝剂＋ 混凝剂沉降的方式。本装置 采用添加一种絮凝剂来实现液固分离，在甄选几种不同絮凝剂进 行工业试验后，也都基本达不到小于 ２０ｍｇ／Ｌ 的直排要求。 结论 ＷＧＳ 湿法烟气脱硫工艺技术流程简单，系统占地面积小，设 备运行可靠，能耗低，操作弹性大，能适用于锅炉吹灰、跑剂等情 况，脱硫除尘效率高，能较好的满足国家和地方关于大气污染物 排放标准的要求。