WGS濕法煙氣脫硫技術應用研究

范 影，焦 巖，樊寧安，秦大鵬，魏博羽

（1. 遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001； 2. 中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司， 遼寧 撫順 113008）

工藝與裝備

WGS濕法煙氣脫硫技術應用研究

范 影1，焦 巖2，樊寧安2，秦大鵬2，魏博羽2

（1. 遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院， 遼寧 撫順 113001； 2. 中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司， 遼寧 撫順 113008）

煙氣脫硫是控制大氣污染物排放、防止酸雨形成的重要措施。針對常用的脫硫技術原理、技術特點及應用情況進行了研究。中國石油撫順石化分公司150萬t/a催化裂化裝置采用WGS濕法煙氣脫硫技術對煙氣進行凈化處理，運行結果表明：該技術對煙氣中SO2和顆粒物的脫除率很高，SO2和顆粒物濃度達到《石油煉制工業污染物排放標準》（征求意見稿）和《石油煉制工業污染物排放標準》（GB 31570-2015）的要求；外排污水量達到《遼寧省污水綜合排放標準》（DB21.1627-2008）的要求。旨在為具有不同生產特點的企業對煙氣脫硫工藝的選擇和應用提供理論依據。

煙氣脫硫； 催化裂化；WGS；脫硫率

隨著石油煉化工業的發展和能源消耗量的增加，排放的大量的SOX、NOX和顆粒物等污染物導致臭氧酸雨等二次污染呈現加劇態勢。而空氣中的SOX會對人們的身體健康造成嚴重的影響。在石油煉制過程中原油中硫含量直接影響到流化催化裂化（FCC）裝置煙氣中SOX濃度的變化。近年來，我國煉油企業加工原油來源發生了改變,國內油田供油有限，使得煉化企業使得原油來源逐漸轉至外國進口原油，部分進口原油中的硫含量較大，原油中硫含量增加就導致了流化催化裂化（FCC）裝置原料硫含量增加，使得再生器煙氣中硫氧化物的濃度不斷提高。美國NSPS（新能源質量標準）提出了四種可用于減少SOX排放的方法：（1）采用低硫原油；（2）原油加氫脫硫；（3）使用硫轉移催化劑；（4）煙氣洗滌脫硫（FGS）[1]。目前，低硫原油含硫量要求低于0.3%，當前使用的原油很難達到這個要求；加氫脫硫和使用硫轉移催化劑兩種方法都受到氫源、投資費用和脫除率的影響，使用受到了限制[2]；煙氣洗滌脫硫方法工藝簡單可靠、投資費用低、脫除率高，適用于我國煉油企業。

我國較早開始研究煙氣脫硫技術。常用的煙氣脫硫技術根據其脫硫方式不同可分為干法煙氣脫硫技術、半干法煙氣脫硫技術、濕法煙氣脫硫技術三大類。目前，國內外煉化企業的流化催化裂化（FCC）裝置再生煙氣中顆粒物及硫氧化物的處理主要采用濕法煙氣脫硫技術[3]。其中WGS工藝由ExxonMobil公司研發，于1974 年首次應用，是世界上最早應用于催化裂化裝置的濕法煙氣脫硫技術。目前中國石油天然氣股份有限公司已買斷WG S技術的使用權，用于催化裂化裝置再生煙氣脫硫凈化。中國石油撫順石化分公司石油二廠催化裂化車間加工量150萬t/a，催化裂化煙氣脫硫系統煙氣處理量2.8×105Nm3/h，該系統采用WGS技術。本文主要針對濕法煙氣脫硫技術中的濕氣洗滌工藝(WGS)進行應用性研究。

1 WGS工藝作用原理及流程

1.1 作用原理

WGS濕法洗滌系統的工藝以氫氧化鈉等堿性物質作為吸收劑，采用分層式的煙氣凈化處理程序，利用噴嘴噴出的吸收劑來凈化煙氣。脫硫過程中煙氣分多股，首先經文丘里管噴水除塵后進塔，脫硫煙氣在塔內經絲網除霧后高點排大氣，塔內循環液注 NaOH以維持 pH 值。

1.2 工藝流程

WGS系統主要分為兩部分：濕氣洗滌部分及廢液處理部分（PTU）。如圖1。

圖1 WGS煙氣脫硫系統工藝流程簡圖Fig.1 Process diagram of WGS flue gas desulfurization system

（1）濕氣洗滌部分包括JEV型文丘里洗滌器、洗滌塔、煙囪、洗滌塔底循環泵等。

煙氣自余熱鍋爐出口經煙道進入煙氣脫硫系統。首先催化煙氣以水平方式進入噴射文丘里管，文丘里管上部噴射循環液，由于液體的抽吸作用，煙氣與循環液在喉徑處劇烈混合，經擴散段后進入彎頭處脫除二氧化硫及固體顆粒物。經過擴散段的煙氣與循環液以切線方式進入洗滌塔，氣體先經煙囪塔盤分液，再經分液填料分液后排入大氣。

另一方面設置的洗滌塔循環泵將循環液自塔底抽出，送至各文丘里管噴射器入口，用于增壓催化煙氣，吸收煙氣中的二氧化硫、顆粒物等雜質。泵出口的含固含鹽廢液排至廢液處理系統（PTU）。

反應如下：

洗滌塔底需要連續或間斷地補充水和堿，堿液自管網送至堿液罐，經堿液泵增壓后送至洗滌塔底部。新鮮水或中水從管網來，送至洗滌塔底部的補水口。

（2）廢液處理系統主要包括澄清器、氧化罐、污水緩沖罐、廢渣濾機、過濾器等設備。

濕氣洗滌部分排出的廢液與絮凝劑混合后，送至澄清器，顆粒物在澄清器內絮凝沉降后從底部排出，澄清液從頂部溢流至氧化罐。澄清器底部排出物為含水約85%的泥狀濕固體，經污泥泵增壓后排入廢渣濾機中，經廢渣濾機過濾、壓濾后，形成含水約50%左右的膏狀固體廢物，排至固廢箱中，并經廢渣車運送出裝置。濾機濾出的水排入地下濾液池，濾液池的水間歇地經泵送回澄清器。

澄清液進入氧化罐后經氧化罐循環泵抽出，與堿液混合后，返回氧化罐底部的氣液混合噴嘴中。鼓風機將空氣送入氣液混合噴嘴，氣相被噴射進液相中，兩相充分混合，氧氣將污水中的亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，以降低污水的COD，滿足直排污水的COD要求，反應過程如下:

氧化后的污水自氧化罐頂部溢流至污水緩沖罐。污水經外送泵增壓后送至污水過濾器內，經過濾處理后的污水TSS濃度可滿足直排要求。

2 技術特點

WGS煙氣脫硫系統流程簡單實用、故障率低，可適應催化裂化跑劑等事故工況，可靠性高、適應性強，可實現長周期運行。具體特點如下[4]：

（1）可靠性高，可長周期運行：國外FCC煙氣脫硫裝置WGS技術最長運行記錄為12 a；

（2）簡單實用：該技術簡單實用，脫硫塔內部構件簡單、實用，內部構件不需要維修；

（3）適應性強：可適應催化裂化裝置跑劑等事故工況；在供堿、供水短時間中斷的情況下，也能維持系統運行；

（4）系統壓降小：系統壓降≤1kPa，不需要對余熱鍋爐進行改造。

（5）脫硫率高：正常工況下，系統硫脫除率可達90%以上；

（6）設備投資低；

（7）同時也存在著含鹽污水難以處理的問題，因此設有專門的PTU系統用于處理含鹽廢水。

3 應用分析

本文以中石油撫順石化煙氣脫硫項目為例，主要針對其催化裂化再生煙氣、含鹽污水和催化劑泥漿進行處理分析。再生煙氣處理主要通過濕氣洗滌部分脫除煙氣中二氧化硫與顆粒物；含鹽污水經污水處理單元（PTU）處理后降低COD及懸浮物；催化劑泥漿進入壓濾機進行過濾壓濾后形成餅狀廢渣（1.5 t/d左右）作為危廢出廠。

3.1 煙氣污染物

3.1.1 煙氣污染物排放標準

以前我國煉油企業執行的大氣污染物排放標準為1997年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996），其中SO2的排放指標為550 mg/Nm3，顆粒物排放指標為120 mg/Nm3，NOX排放指標為240 mg/Nm3。隨著環境保護要求的日益提高，現在執行的是石油煉制工業污染物排放標準（征求意見稿）中關于煙氣污染物排放濃度的規定，執行時間現有企業2014年7月1日起，新建企業2011年7月1日起。日前，國家環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局于2015年4月16日聯合發布的《石油煉制工業污染物排放標準》（GB 31570-2015），其中規定：現有企業從2017年7月1日，新建企業從2015年7月1日起催化煙氣中污染物SO2、顆粒物、NOX的排放標準分別為100、50、200 mg/Nm3。特別排放限值分別為50、30、100 mg/Nm3。新舊標準指標見表1。

表1 大氣污染物排放那個新舊標準指標Table 1 The old and new standard indicators of air pollutant discharge

3.1.2 煙氣組成

煙氣脫硫設施的原料為來自撫順石化公司150萬噸/年催化裝置的再生煙氣，流量為280 000 Nm3/h（濕基），其性質見表2。

表2 煙氣性質Table 2 Flue gas properties

表2中可知，催化裂化裝置再生煙氣中SO2、NOX的濃度未超過現在執行的石油煉制工業污染物排放標準（征求意見稿）中的規定，顆粒物濃度超過標準規定。但隨著2015年《石油煉制工業污染物排放標準》（GB 31570-2015）的發布，可以看出除NOx的排放量未超標外，SO2和顆粒物濃度均超出標準要求。因此需要采用脫硫、脫顆粒物技術，使再生煙氣中污染物濃度下降，達到排放標準。因其再生煙氣中NOx的排放量未超標，所以該煙氣脫硫項目并未進行脫硝處理。

3.1.3 凈化后煙氣性質

產品凈化煙氣排放指標控制為SO2≤100 mg/Nm3，顆粒物≤50 mg/Nm3。具體性質見表3。

表3 凈化后煙氣性質Table 3 Flue gas properties after purification

凈化后的煙氣中SO2、顆粒物滿足當前實施的《石油煉制工業污染物排放標準》（征求意見稿）的排放要求，同時也能滿足即將在2017年執行的石油煉制工業污染物排放標準（GB 31570-2015）要求。

表4 石油煉制工業水污染物排放標準及裝置未處理水污染物排放濃度Table 4 Petroleum refining industry standards for the discharge of water pollutants and untreated water pollutant emission concentration

3.2 水污染物

3.2.1 水污染物排放標準及裝置未處理水污染物排放濃度

現行水污染物排放標準按《遼寧省污水綜合排放標準》（DB 21/1627-2008）和《石油煉制工業污染物排放標準》（征求意見稿）規定執行。標準中關于pH值、COD、懸浮物的規定見表4。由表4中可以看出未經處理的污水除pH值在標準范圍之內，COD和懸浮物均遠遠超出現行標準。

3.2.2 污水處理

煙氣脫硫設施產生的凈化污水流量為9.6 t/h，排至污水處理廠污水排放總管，其性質如下表5所示：

表5 處理后外排污水性質Table 5 The characteristics of wastewater after treatment

該裝置污水處理單元（PTU）對其污水處理可達外排標準。

4 結 語

隨著環境保護要求的提高，環保形式日益嚴峻，煙氣脫硫技術也越來越受到重視。近年來我國在引進國外先進煙氣脫硫技術的同時也加大了國內研發的投入和力度，煙氣脫硫技術正朝著脫硫率高、二次污染少、可循環的可持續發展道路前進。本文針對WGS煙氣脫硫工藝的原理、流程、特點進行描述，并對中石油撫順石化煙氣脫硫項目煙氣處理、廢水處理參數變化與排放標準進行對比，說明該煙氣脫硫系統處理污染物可達現行排放標準。本文旨在為不同類型的煉化企業選擇煙氣脫硫技術提供理論依據。

［1］李大江，孫國剛，潘利祥，等．催化裂化裝置煙氣污染物脫除技術的研究——氣液撞擊流洗滌脫硫[J]．石油化工設計，2006,23（1）：62-64．

［2］楊德祥，余龍紅，吳雷．催化煙氣濕法洗滌脫硫技術探討[J]．石油化工設計，2008，25（3）：1-4．

［3］楊秀霞，董家謀．控制催化裂化裝置煙氣中硫化物排放的技術[J]．石化技術，2001，8(2)：126-130．

［4］劉 威，田曉良，WGS濕法煙氣脫硫技術在催化裂化裝置上的應用[J]．石油煉制與化工，2015，46(5)：53-55．

Research Progress of WGS Wet Flue Gas Desulfurization Technology

FAN Ying1，JIAO Yan2，FAN Ning-an2，QIN Da-peng2，WEI Bo-yu2
（1. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China; 2. Fushun Petrochemical Company, CNPC, Liaoning Fushun 113008, China）

Flue gas desulfurization is an important approach to controlling air pollutant emission and preventing acid rain. In this paper, the principle, characteristics and application of the wet flue gas desulfurization technology for flue gas desulfurization were introduced. CNPC Fushun Petrochemical Company built a wet flue gas desulfurization facility for 1.5Mt/a FCC Unit. The facility used WGS technology. The WGS operation results show that SO2and PM removal rates are very high; The SO2and PM emissions achieve the discharge requirements of Emission standard of pollutants for petroleum refining industry (Exposure Draft) and Emission standard of pollutants for petroleum refining industry (GB 31570-2015). The wastewater discharge reaches the requirements of Integrated wastewater discharge standard of Liaoning Province (DB 21.1627-2008). This paper can provide a theoretical basis for selection and application of flue gas desulfurization processes for different enterprises.

Flue gas desulfurization；FCC；WGS； Desulphurization efficiency

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）11-2683-04

2015-10-07

范影（1979-），女，講師，博士在讀，從事制冷、氣體分離技術研究。E-mail：fanying98@sohu.com。