硫磺裝置尾氣提標(biāo)改造方案的研究

王 瑾

（新疆寰球工程公司， 新疆 獨(dú)山子 833699）

硫磺裝置尾氣提標(biāo)改造方案的研究

王 瑾

（新疆寰球工程公司， 新疆 獨(dú)山子 833699）

硫磺回收及尾氣處理裝置煙氣中含有高濃度的二氧化硫，比較了動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)、空塔噴淋堿洗技術(shù)、噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)（WGS）、超重力煙氣脫硫技術(shù)吸收煙氣中的二氧化硫，從煙氣凈化指標(biāo)、系統(tǒng)壓降、核心設(shè)備連續(xù)運(yùn)行周期、運(yùn)行費(fèi)用和裝置投資方面進(jìn)行比較，得出噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)（WGS）優(yōu)于其他三種方案。

煙氣；堿洗技術(shù)；脫硫；環(huán)保

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日益尖銳，人們?cè)絹碓蕉嗟仃P(guān)注環(huán)境污染問題。并通過各種新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，減少環(huán)境的污染。本文重點(diǎn)闡述了某煉廠硫磺裝置煙氣的提標(biāo)治理，結(jié)合裝置現(xiàn)狀，通過方案比較，從而找出切實(shí)可行的實(shí)施方案。

1 項(xiàng)目背景

2015年4月環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布了環(huán)保規(guī)范《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31570-2015），要求現(xiàn)有企業(yè)自2017年7月1日起大氣污染物排放控制按照此規(guī)范執(zhí)行，SO2排放濃度由原有規(guī)范限值960 mg/Nm3降為100 mg/Nm3（折合氧氣含量3%，干基）。某煉廠現(xiàn)有硫磺回收及尾氣處理裝置（以下簡(jiǎn)稱硫磺回收裝置）的酸性氣來自溶劑再生單元和兩套酸性水汽提單元，煙氣組成見表1。

硫磺回收裝置的排放煙氣中 SO2濃度設(shè)計(jì)值為533 mg/Nm3，實(shí)際運(yùn)行值：折合氧氣含量 3%時(shí)在450 mg/Nm3左右；技措實(shí)施后實(shí)際運(yùn)行值：折合氧氣含量3%時(shí)在120～400 mg/Nm3之間，尾氣排放濃度高于GB 31570-2015大氣污染物特別排放限值表4的規(guī)定要求。本次改造后可減少 SO2排放量，達(dá)到國(guó)家環(huán)保法律法規(guī)的要求，為全廠的安全環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。同時(shí)有助于提高周邊地區(qū)空氣質(zhì)量，促進(jìn)地企關(guān)系融洽，具有良好的社會(huì)效益。

表1 煙氣組成表Table 1 The composition of the flue gas

2 尾氣提標(biāo)工藝技術(shù)選擇

目前存在眾多的尾氣達(dá)標(biāo)技術(shù)，這些技術(shù)大致可分為催化氧化和循環(huán)堿洗兩個(gè)基本方面，催化氧化工藝和循環(huán)堿洗工藝可獨(dú)立使用也可配合使用。典型的催化氧化工藝有Lo-Cat［1］工藝，循環(huán)堿洗可分為胺液吸收工藝和堿液洗滌工藝。Lo-Cat工藝屬專利技術(shù)，運(yùn)行費(fèi)用高、設(shè)備復(fù)雜、操作難度大、方案投資高。胺液吸收工藝不僅需要配置獨(dú)立的溶劑再生系統(tǒng)，還需要一次更換價(jià)格高昂的進(jìn)口高效脫硫溶劑，導(dǎo)致投資過高。相較于其他兩種工藝，堿液洗滌工藝具有溶劑便宜，對(duì)SO2或H2S吸收效果好和pH易控制等優(yōu)點(diǎn)。鑒于此，本次尾氣提標(biāo)改造選用堿液洗滌工藝。

根據(jù)堿液洗滌裝置處于硫磺及尾氣吸收單元相對(duì)位置的不同，以尾氣焚燒爐為邊界，又可以將其分為爐后煙氣堿洗工藝和爐前煙氣洗滌工藝，其工藝技術(shù)路線分別見圖1和圖2。

圖1 爐后煙氣堿洗技術(shù)路線Fig.1 The technical courses of fule gas behind the furnace alkaline wash

圖2 爐前煙氣堿洗技術(shù)路線Fig.2 The technical courses of fule gas before the furnace alkaline wash

典型的爐后煙氣堿洗技術(shù)有動(dòng)力波堿洗技術(shù)、空塔噴淋堿洗技術(shù)、噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)（WGS）、和超重力煙氣脫硫技術(shù)，典型爐前尾氣堿洗技術(shù)有LS-DeGas技術(shù)［2］。爐后煙氣堿洗技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：無有機(jī)硫處理問題；堿洗徹底，煙氣凈化度高；抗擊上游沖擊能力強(qiáng)，可保證在連續(xù)生產(chǎn)中的波動(dòng)工況下煙氣達(dá)標(biāo)排放。缺點(diǎn)：產(chǎn)生少量含鹽污水。爐前煙氣堿洗技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：吸收溫度低，設(shè)備材質(zhì)要求不高；化學(xué)品消耗少，無二次污染。缺點(diǎn)：生成的硫酸胺或硫酸鈉去酸性水汽提裝置，勢(shì)必給酸性水汽提裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來影響。爐后煙氣堿洗技術(shù)和爐前煙氣堿洗技術(shù)對(duì)比情況見表2。

表2 堿洗工藝技術(shù)對(duì)比Table 2 The comparison of alkaline wash technology

綜上所述，在連續(xù)生產(chǎn)的波動(dòng)工況下，爐后煙氣堿洗技術(shù)相較于爐前煙氣堿洗技術(shù)具有更好的抗沖擊性能，可以較為容易地實(shí)現(xiàn)GB31570-2015中排放限值的要求。在連續(xù)生產(chǎn)的波動(dòng)工況下，爐前煙氣堿洗技術(shù)卻難以在波動(dòng)工況下保證煙氣達(dá)標(biāo)；此外，目前硫磺裝置加氫后尾氣中 COS含量為 20 ～50 mg/Nm3，難以滿足爐前煙氣堿洗技術(shù)的入口條件；為降低有機(jī)硫含量需要配置專門的催化劑，整體投資大。基于上述分析，本項(xiàng)目采用爐后煙氣堿洗技術(shù)。

3 爐后煙氣堿洗技術(shù)方案對(duì)比

爐后煙氣堿洗技術(shù)基本原理均是利用煙氣與堿性水溶液的快速中和反應(yīng)脫除煙氣中的 SO2進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煙氣凈化。爐后煙氣堿洗技術(shù)主要包含煙氣脫硫和污水氧化兩個(gè)部分。

煙氣中 SO2與堿液反應(yīng)后生成亞硫酸鹽，其在有氧環(huán)境下可進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成硫酸鹽，含有亞硫酸鹽的污水具有較高的COD值，污水氧化的目的是通過氧化作用將不穩(wěn)定的亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的硫酸鹽，進(jìn)而降低含鹽污水的COD值。

污水氧化有塔內(nèi)鼓氣氧化和PTU氧化處理兩種方式。由于硫磺煙氣內(nèi)幾乎無固體顆粒，無需采用復(fù)雜的過濾沉降等措施，故相較于PTU氧化處理，塔內(nèi)鼓氣氧化具有不額外新增占地、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用少的優(yōu)點(diǎn)。故本改造污水氧化采用塔內(nèi)鼓氣氧化。

煙氣脫硫部分是爐后煙氣堿洗技術(shù)的核心，各種技術(shù)的最大區(qū)別在于堿液與煙氣的接觸方式和強(qiáng)化傳質(zhì)手段不同。

3.1 動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)

動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)［3］脫硫部分工藝流程見圖3，脫硫部分設(shè)備主要分為逆噴段和分液罐（塔）。逆噴段的核心設(shè)備是逆噴噴頭，該噴頭系大孔徑專利設(shè)計(jì)，采用耐磨的碳化硅材料制造，具有耐磨、不易堵塞、使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。在逆噴段內(nèi)，脫硫液經(jīng)過大口徑逆噴噴頭由下向上噴出尺度合適的液滴，含硫煙氣自上而下流動(dòng)，與液滴逆流接觸，形成湍動(dòng)劇烈的泡沫區(qū)。在泡沫區(qū)內(nèi)，氣液兩相實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，液滴不斷的吸收煙氣中的 SO2，表面得以不斷更新，進(jìn)而形成一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)吸收區(qū)域，實(shí)現(xiàn)氣液接觸和強(qiáng)化傳質(zhì)。此外，在泡沫區(qū)內(nèi)吸收液中的水分不斷蒸發(fā)，氣體得以冷卻，故逆噴段可最大限度地實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)和傳熱，具備煙氣急冷和煙氣脫硫雙重功能。在分液罐（塔）內(nèi)，凈化煙氣經(jīng)高效除霧器脫除游離水分后由塔頂排出。動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)的特點(diǎn)是：泡沫區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高的氣液比，進(jìn)而保證良好的抗沖擊性能和脫硫深度；核心部件為靜設(shè)備，噴頭采用大口徑設(shè)計(jì)，不易堵塞和磨蝕，可實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行；采用高效除液器，排放煙氣中游離水含量低。

圖3 動(dòng)力波煙氣洗滌工藝Fig.3 Dynamic wave scrubbing processc

3.2 空塔噴淋堿洗技術(shù)

空塔噴淋堿洗技術(shù)工藝核心流程見圖4。

圖4 空塔噴淋堿洗工藝Fig.4 Empty tower spray alkaline wash process

煙氣由塔底部進(jìn)入自下而上流動(dòng)，脫硫液經(jīng)過循環(huán)泵增壓后經(jīng)塔頂部多層霧化噴頭噴射后自上而下流動(dòng)，在塔內(nèi)氣液兩相逆流接觸，完成煙氣中的SO2脫除，凈化煙氣經(jīng)塔頂部的除霧器捕集游離液滴之后由塔頂排出。為滿足脫硫效果，保證塔內(nèi)堿液與 SO2氣體的充分接觸，需要堿液的霧化程度很高，造成對(duì)噴頭的磨蝕大，導(dǎo)致噴頭使用壽命短，不能滿足四年的連續(xù)運(yùn)行周期要求。但該工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，投資較低。

3.3 噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)（WGS）

噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)［4］（WGS），其基本流程見圖 5，該工藝?yán)梦那鹄锏某槲饔茫ㄟ^循環(huán)堿液噴入文丘里洗滌器，對(duì)煙氣進(jìn)行抽吸、洗滌，凈化煙氣經(jīng)過塔頂除霧設(shè)施，分離水分后經(jīng)過煙囪排往大氣。其中噴射文丘里是實(shí)現(xiàn)氣液傳質(zhì)的核心設(shè)備，文丘里內(nèi)氣液傳質(zhì)原理見圖 6，脫硫液體在文丘里管壁形成一層薄膜，在咽喉段內(nèi)流速增大，液體被分割成液滴，由于相對(duì)速度差的存在，含硫煙氣與液滴間發(fā)生慣性碰撞，劇烈湍動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱，煙氣中 SO2主要在咽喉段和擴(kuò)徑段完成吸收。WGS工藝的特點(diǎn)是：由于文丘里的抽吸作用，可在一定程度上減少整個(gè)脫硫系統(tǒng)的壓降，甚至可使整個(gè)系統(tǒng)無壓降；SO2脫除效果好，能夠滿足國(guó)內(nèi)最嚴(yán)格環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的排放要求；空塔設(shè)計(jì)，塔內(nèi)件簡(jiǎn)單且耐腐、耐磨性能優(yōu)越，無需檢修維護(hù)，操作簡(jiǎn)單。

圖5 WGS煙氣脫硫系統(tǒng)Fig.5 Flue gas desulfurization process(WGS)

圖6 文丘里洗滌器原理Fig.6 Venturi scrubber principle

3.4 超重力煙氣脫硫技術(shù)

圖7 超重力煙氣脫硫系統(tǒng)Fig.7 Exceed gravity flue gas desulfurization technology

超重力煙氣脫硫技術(shù)［5］脫硫工藝流程見圖7，含硫煙氣由超重力反應(yīng)器外部進(jìn)入，脫硫液由超重力反應(yīng)器中部進(jìn)入，氣液兩相在旋轉(zhuǎn)填料中進(jìn)行接觸和并完成SO2脫除，凈化煙氣由反應(yīng)器中心排出，脫硫液由反應(yīng)器底部流出經(jīng)泵升壓后循環(huán)至反應(yīng)器。超重力煙氣脫硫系統(tǒng)的核心部件是超重力反應(yīng)器，其基本原理是：在旋轉(zhuǎn)場(chǎng)中物質(zhì)所受到的離心力大于常規(guī)重力場(chǎng)中所受的重力，在旋轉(zhuǎn)場(chǎng)中不同大小分子間的分子擴(kuò)散和相間傳質(zhì)速度均較常規(guī)重力場(chǎng)中快速，氣液兩相在多孔道的填料中產(chǎn)生流動(dòng)接觸，氣相被旋轉(zhuǎn)的填料分割成小的氣泡，同時(shí)液相在離心力的作用下，在填料內(nèi)由中心向外流動(dòng)，極大的剪切力將堿液撕碎成微米至納米級(jí)的液膜、液滴和液絲，這不但可以增加氣液相接觸界面，還可以實(shí)現(xiàn)液體表面的快速更新，進(jìn)而完成強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱。超重力脫硫技術(shù)的特點(diǎn)是：采用旋轉(zhuǎn)填料作為氣液傳質(zhì)傳熱場(chǎng)所，可保證煙氣凈化深度和良好抗沖擊性能；但是核心部件—超重力反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于動(dòng)設(shè)備，難以滿足裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行；超重力反應(yīng)器轉(zhuǎn)動(dòng)需要電機(jī)帶動(dòng)，運(yùn)行成本高；單臺(tái)超重力反應(yīng)器處理能力有限，通常需要多臺(tái)并聯(lián)配合使用，投資和占地大；反應(yīng)器內(nèi)氣液湍動(dòng)劇烈，氣液分離效果差，需另外配置凈化煙氣除液措施。

相較于其他煙氣堿洗技術(shù)，超重力煙氣堿洗技術(shù)在設(shè)備投資、占地情況、運(yùn)行費(fèi)用和裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行方面均無優(yōu)勢(shì)。空塔噴淋堿洗技術(shù)中氣液接觸方式依靠單純的噴淋接觸，氣液兩相難以實(shí)現(xiàn)充分接觸和傳質(zhì)。

動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)和噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)整體流程基本相同，其對(duì)煙氣的凈化深度和抗沖擊性能相當(dāng)。噴射文丘里濕氣洗滌技術(shù)中的噴射文丘里在實(shí)現(xiàn)氣液良好接觸的基礎(chǔ)上，通過抽吸作用提升煙氣的壓力，進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)的壓降。此外，WGS技術(shù)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度高，技術(shù)許可費(fèi)用低，在投資方面較動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)。本著選用工藝技術(shù)先進(jìn)、可靠、滿足長(zhǎng)周期運(yùn)行、污染物產(chǎn)生量少和投資費(fèi)用合理的原則，噴射文丘里濕氣洗滌（WGS）技術(shù)方案，優(yōu)于其他三種方案。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)詳見表3。

表3 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)表Table 3 Technical analysis indicators

4 結(jié) 論

通過以上方案的比選和論述，該煉廠硫磺裝置煙氣脫除 SO2的方案確定為噴射文丘里濕氣洗滌（WGS）技術(shù)方案，脫除SO2的煙氣直接排入大氣，可達(dá)到環(huán)保法律法規(guī)的要求，為全廠的安全環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

［1］汪家銘，莫洪彪．Lo-Cat硫回收工藝技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].天然氣與石油，2011，29(3)：30-34．

［2］劉愛華，劉劍利，劉增讓,等.LS-DeGas降低硫磺裝置煙氣 SO2排放成套技術(shù)工業(yè)應(yīng)用[J].齊魯石油化工，2016,44(3)：167-171．

［3］昌夢(mèng)華，周海林，張奇.動(dòng)力波洗滌技術(shù)在燒結(jié)煙氣脫硫中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程，2010，08(4)：45-47．

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

［5］王柏林，袁紀(jì)文．超重力技術(shù)在硫酸尾氣脫硫中的工業(yè)化應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2011(5)：48-52.

太陽能殺蟲新技術(shù)解決農(nóng)藥噴灑殘留問題

農(nóng)產(chǎn)品遇到病蟲害時(shí)很多農(nóng)戶第一時(shí)間想到的都是依靠農(nóng)藥解決，但噴灑農(nóng)藥難免會(huì)造成農(nóng)藥殘留，為了確保農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，太陽能殺蟲技術(shù)被研發(fā)使用，代替農(nóng)藥防治病蟲害，很好的解決了農(nóng)藥噴灑殘留問題。

在一切都提倡安全環(huán)保的今天，食品問題更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。但是農(nóng)藥殘留問題始終危害人們健康，讓大家很頭疼。而在科技技術(shù)日新月異的今天，太陽能殺蟲燈作為重要的害蟲防治技術(shù)，可以幫助人們極大的改善農(nóng)藥殘留問題。

太陽能殺蟲燈采用燈光誘殺，這是對(duì)化學(xué)防治的有效補(bǔ)充，已成為害蟲綜合治理中的一項(xiàng)重要措施。太陽能殺蟲燈不僅符合無公害蔬菜、果品生產(chǎn)的戰(zhàn)略要求，而且適用范圍廣。

Study on Modification Schemes of Tail Gas Treating Device in Sulfur Unit

WANG Jin

（HQC(Xinjiang) Company, Xinjiang Dushanzi 833699，China）

Flue gas from sulfur recovery and tail gas treatment device contains high concentration So2.In this paper, dynamic wave scrubbing process, empty tower spray alkaline washing process, wet gas scrubbing (WGS) process and exceed gravity flue gas desulfurization technology for absorbing sulfur dioxide in flue gas were compared from the indexes of flue gas, system pressure drop, core equipment running period, operating cost and equipment investment. It's pointed out that Venturi wet gas scrubbing (WGS) process scheme is the most suitable.

Flue gas; Alkaline wash technology; Desulfurization; Environmental protection

TE 624

A

1671-0460（2017）04-0724-04

2017-03-06

王瑾（1967-），女，甘肅武威人，工程師，1990年畢業(yè)于河北工學(xué)院石油加工專業(yè)，研究方向：從事石油及化工設(shè)計(jì)工作。E-mail：xjwangjin@hqcec.com。