烟气脱硫脱硝技术在催化裂化装置中的应用

1.88 kg标油，其中电占主要消耗，达到1.42 kg标油；其次是氧气，用于臭氧发生器产生臭
氧，其能耗0.35kg标油，两者合计为1.77kg标油。
2.2 主要运行状况
表 3 主要运行参数
名称
入口
出口
烟气流量/nm3/min 烟气温度/℃
烟气中 SOx 含量/mg/nm3 烟气中 NOx 含量/mg/nm3 烟气中颗粒物含量/mg/nm3
The analysis of application of FCC flue gas desulfurization and denitration technology
Huang Fu Wang Qinghe Song Chunfeng Geng Xi Chen Dongyan
(PetroChina Sichuan Petrochemical Co., Ltd. , Chengdu 611930) Abstract: The paper analyzes the operation procedures of EDV(Electro-Dynamic Venturei) wet desulphurization
从表 4 可以看出，烟气脱硫脱硝装置冷却吸收塔消耗碱液量 0.45t/h,流量太小，不容易 控制冷却吸收塔 PH 值至 6～9，开工初期遇到 PH 值在控制指标之外，对提供碱液机泵也很 不利，导致机泵发热，因此在实际运行中，将碱液浓度从 25%稀释至 5%左右，同时碱液泵 一部分回流至碱液罐，较好地解决了问题。 3.2 外排水管线及相关设备结垢
system and LoTOx(Low Temperature Oxidation System) denitration process introduced from DuPont-Belco Corp.for the treatment of FCC regeneration flue gas in 2.5Mt/a FCCU of Sichuan Petrochemical Company.After the application of the tecnology,the concentrations of pollutants in the flue gas esemitted from the FCCU have been reduced significantly , i.e. the concentration of SOx has been reduced from 850mg/m3 to 5mg/m3, that of nitrogen oxides has been lowered from 205mg/m3 to 33.2mg/m3,and that of catalyst particles has been reduced from149.8mg/m3 to 24.3mg/m3, which are much lower than the emission limitsal lowed by China national applicable pollutant emission standards.
烟气脱硫脱硝技术在催化裂化装置中的应用
黄富 ∗ 王清和 宋春峰 耿溪 陈东岩 （中国石油四川石化有限责任公司，四川 成都 611930）
摘要: 对四川石化2.5Mt/a催化裂化（FCC）装置引进杜邦Belco 公司的EDV®5000脱硫及LoTOXTM脱硝湿 法洗涤系统治理催化裂化再生烟气的生产运行过程进行分析。使用该技术后，FCC装置外排烟气污染物质量 浓度大幅度下降，SOx质量浓度从850mg/nm3下降到5 mg/nm3；NOx质量浓度从205 mg/Nm3下降到33.2 mg/nm3； 催化剂颗粒质量浓度从149.8 mg/nm3下降到24.3 mg/nm3，远低于国家排放标准，具有很好的环保效益。 关键词: 催化裂化 环境保护 烟气 脱硫 脱硝 除尘
化装置原料油设计含硫量、含氮量 3000ppm、2710ppm，实际只有 1005ppm、1870ppm，同
时也能看出装置运行效率较高，装置出口硫氧化物、氮氧化物、催化剂颗粒含量远低于设计 值，更远低于国家排放标准。冷却吸收塔过滤模组可除去烟气中残余的细微颗粒和硫酸酸雾， 过滤模组内的液体由过滤模组泵循环使用，过滤模组后的烟气经由水珠分离器除去其中夹带 的液滴后，经由塔顶部的烟囱高空排放。
絮凝剂 kg/h 6.72
综合能耗 kg 标油
0.94
表 5 外排水环保参数
名称
运行数据
GB31570-2015石油炼制工业 污染物排放标准
流量/t/h
17.92
/
PH 值
7.32
6～9
COD/mg/l
45*
50
总悬浮物/mg/l
35
50
*进氧化罐前外排水CO源自文库为284mg/l
从表 1 和表 3 可以看出装置实际入口烟气质量好于设计值，主要原因是四川石化催化裂
从表 2 和表 4 中可以看出，烟气脱硫脱硝装置综合能耗远低于设计值，主要原因是及 时根据烟气中污染物含量，优化操作，在排烟保证合格条件下，及时停掉烟脱臭氧发生器， 而臭氧发生器是该装置能耗最大的设备，能耗约为 1.77kg 标油，约占整个烟气脱硫单元能 耗的 94.1%。按照目前停掉臭氧发生器能耗计算，烟气脱硫脱硝装置能耗约占催化裂化装 置能耗(设计值为 47.92kg 标油)的 0.23%，能耗较低。 3 存在的问题 3.1 碱液需求量很小，难以控制 pH 值
从表 4 和表 5 可以看出，烟气脱硫脱硝装置消耗生产水 31t/h，17.92 t/h 的水外排，剩 余大约 13t/h 随烟气排放至大气中。外排水经过排液处理单元的氧化罐，通入空气曝气可以 有效降低排液的 COD。碱液的注入量由 pH 分析仪控制，以保证出水呈中性。外排水各项 指标均远低于国家排放标准。
表2 主要设计消耗指标
20%碱液
循环水 除盐水 生产水
空气
氧气
氮气 絮凝剂 电
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h kg/h kWh/h
3300
29000
3200 33638 2398.8
1151.8
17.2 4.2 1720.5
经过计算，设计烟气脱硫脱硝装置综合单位能耗（相对于催化裂化加工原料油量）约为
压力/kPa *仅指二氧化硫
4665 144.7
850 205 149.8 2.80
4665 51.3
5 33.2 24.3
/
表 4 主要消耗参数
25%氢氧化钠 t/h 0.45
循环水 t/h 29
生产水 t/h 31
电 kwh 580.98
氧气/氮气 0
GB31570-2015 石油炼制工业 污染物排放标准 / / 50* 100 30 /
净化烟气
碱液 冷 却 吸 收 塔
催化裂化烟气
过滤膜组泵
外排水罐
碱液
2 运行状况与分析
氧化罐 外排水泵
澄清器
外排水冷却器 外排水
急冷水泵
图1 烟气脱硫脱硝工艺流程简图
2.1 设计指标
四川石化烟气脱硫脱硝装置与催化裂化装置于2014年2月4日同时投入运行，经过4个多
月的运行考验，装置达到了设计预期的效果。装置设计及运行的相关数据见下表。
表1 主要设计运行指标*
名称 位置
烟气流量 nm3/m
SOx 浓度 mg/nm3
Nox 浓度 颗粒含量 操作温度
mg/nm3
mg /nm3
℃
操作压力 kPa(g)
pH 值
烟脱入口
266000
2020
300
150
300~60
3～0
6～9
烟脱出口
/
≤100
≤150
≤50
/
/
/
*主体设备冷却吸收塔设计指标
Key words: catalytic cracking; environment protection; flue gas; desu1furization; denitrification; dust removal 0 前言
催化裂化是重质油轻质化的重要过程，中国几乎所有炼油厂都有催化裂化装置，催化裂 化( FCC)再生器烟气含有大量的SOx、NOx、颗粒物等, 已经成为重要的大气污染源[1～2]。随 着我国经济的高速发展，对能源的需求愈来愈旺，加工高硫、变重等品质较差原油的比重不 断增加, SOx和NOx 的排放量越来越大, 使得FCC 装置出口再生烟气的脱硫除尘显得更为 紧迫; 另一方面，环境污染是当今人们普遍关注的问题之一，随着环境保护法的日趋严格， 必然导致限制包括FCC装置在内的各种装置的SOx和NOx排放量，降低FCC 装置SOx、NOx、 颗粒物的排放受到前所未有的关注,目前国内没有成熟FCC 再生烟气的工业化治理技术，美 国贝尔格技术公司（BELCO®）命名的EDV气体净化系统技术上个世纪八十年代就已经实 现工业化[3]。四川石化采用该技术运行状况良好，所排放烟气各项指标均满足国家排放标准 要求。 1 工艺技术简述 1.1 工艺原理
四川石化催化烟气脱硫单元共4台斯百特除垢装置（如图2），其中A、B、C、D代表四台 除垢装置安装位置。信号电缆缠绕在输水管道上，缠绕50～60圈，占用直管段长度0.5米， 产生磁场强度小于2高斯。应用物理除垢方法6个月以来，效果良好。管线、罐、冷却器和机 泵结垢问题大大减少。
（NOx）和催化剂细粉，同时除去外排烟气脱硫净化水中悬浮固体颗粒（催化剂）并降低其 化学需氧量，其脱硫脱硝主要工艺原理是通过碱洗方法将酸性气体SOx和NOx脱除。 （1） SOx脱除原理
SO2（二氧化硫）+NaOH（氢氧化钠）→ NaHSO3（亚硫酸氢钠） NaHSO3（亚硫酸氢钠）+NaOH（氢氧化钠）→ Na2SO3（亚硫酸钠）+H2O （2） NOx脱除原理 NO（一氧化氮）+O3 （臭氧）→ NO2（二氧化氮）+O2（氧气） NO2（二氧化氮）+O3 （臭氧）→ N2O5（五氧化二氮）+O2（氧气） N2O5（五氧化二氮）+H2O（水）→ 2HNO3（硝酸） HNO3（硝酸）+NaOH （氢氧化钠）→ NaNO3（硝酸钠）+H2O（水） （3）亚硫酸钠脱除原理 Na2SO3（亚硫酸钠）+1/2O2（氧气）→ Na2SO4（硫酸钠） （4）臭氧发生原理 3O2（氧气）↔ 2O3（臭氧） 1.2 工艺流程 自催化裂化余热锅炉来的烟气首先进入冷却吸收塔下部冷却吸收段，与上升的烟气与冷 却水逆向接触，烟气中大部分的二氧化硫、三氧化硫和颗粒物被洗涤脱除。为脱除NOx，冷 却吸收塔下部注入自臭氧发生部分来的臭氧。臭氧将烟气中的NOx氧化为N2O5，N2O5可在 冷却吸收段同时被冷却水洗涤脱除。冷却吸收塔需注入碱液，控制冷却吸收塔的液体保持中 性（pH值为6~9）。 塔内的液体大部分返回塔内作为冷却水，少部分送至废液预处理部分， 并接受外来补水维持塔内的液相平衡。冷却后的烟气自冷却吸收塔下部上升进入中部的过滤 模组除去烟气中残余的细微颗粒和硫酸酸雾，过滤模组后的烟气经由水珠分离器除去其中夹 带的液滴后，经由塔顶部的烟囱高空排放。外送的废液注入絮凝剂沉淀和注入空气曝气，出 去外排液中的悬浮物和降低化学耗氧量（COD）。
烟气脱硫外排水管线及相关设备结垢严重，氧化罐结垢和垢脱落堵塞氧化罐底部进水 口，外排水泵结垢导致机泵效率低下，甚至损坏机泵，冷却器结垢影响其冷却效率，堵塞其 流动通道等，四川石化定期清洗烟气脱硫外排水管线及设备结垢，保证装置正常运行。为了 彻底解决结垢问题，四川石化采用斯百特物理除垢方法解决结垢问题。其工艺原理为：（1） 在排水管线上缠绕线圈，利用通电后产生磁场使得结垢的阳离子和阴离子加速碰撞生成无电 荷的小晶粒，分散在水流中，而不是被吸引到带负电荷的金属管壁上；（2）由于是脉冲电流 产生变频磁场，外加频率和与固有频率相等时，共振使得氢键断裂生成自由水分子，自由水 分子包裹在离子和小微粒周围，避免他们之间相互接触以及与金属管壁之间接触，防止生成 块状垢。
烟气脱硫脱硝装置由烟气洗涤（含脱硫及脱硝），排液处理，臭氧发生三部分组成，用 于处理来自流化催化裂化装置的烟气，除去其含有的硫氧化物气体（SOx）、氮氧化物气体
收稿日期：2017—03—02 作者简介：黄富（1984—），男，湖北蕲春县，2009 年毕业于中国石油大学(北京)应用化学专业，硕士，高级工程师，主要从事 催化裂化、气体分馏、干气提浓乙烯等装置生产管理工作，E-mail：huangf-scsh@petrochina.com.cn，通讯地址：四川省成都彭州 市石化北路一号生产一部。 ∗通讯联系人