硫磺回收裝置尾氣超低排放處理系統的設計和運行

魏 芳

(新疆寰球工程公司，新疆 克拉瑪依 833699)

某煉油廠硫磺回收裝置采用SSR(SINOPEC Sulphur Recovery)硫回收及尾氣處理工藝技術，排放尾氣或煙氣(以下稱煙氣)中SO2的排放濃度設計值為533 mgm3，實際運行值為250～500 mgm3，不能滿足《石油煉制工業污染物排放標準》(GB 31570—2015)[1]大氣污染物SO2特別排放限值(100 mgm3，折合氧氣體積分數3%，干基)。為此，進行了尾氣達標改造的工程設計，項目于2017年6月中旬竣工并投用。本文主要介紹該硫磺回收裝置尾氣超低排放處理系統的設計和運行情況。

1 工藝技術簡介

氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫技術是國內首次開發并應用于硫磺回收煙氣超低排放處理，是基于催化裂化濕法煙氣脫硫WGS技術基礎，充分考慮硫磺回收裝置煙氣流量波動大、組成簡單、顆粒物含量少和煙氣壓力低等的原料氣特點而開發的專有技術。同時，對WGS技術進行改進和提高，首次采用高溫未凈化煙氣-凈化煙氣換熱器(以下簡稱氣氣換熱器)，并應用高效除霧器，實現煙囪頂部冒白煙現象減少的目的。

2 主要技術特點

氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫和氣氣換熱工藝流程短，工藝設備少，操作簡單。工藝流程示意見圖1。

圖1 鈉堿濕法煙氣脫硫工藝流程

主要技術特點如下：

(1)脫硫率高、操作彈性大、運行可靠性高。硫磺回收裝置尾氣加氫單元催化劑預硫化原料為酸性氣，在裝置常規開工的48 h催化劑預硫化階段，克勞斯過程氣無法進尾氣處理單元進行加氫脫硫凈化，直接經焚燒爐焚燒后通過煙囪高空排放，SO2排放濃度較高，一般達到20～30 gm3(標準狀況)[2]。在硫磺回收裝置停工操作中，克勞斯除硫尾氣通過克勞斯跨線到焚燒爐焚燒后經煙囪排放。由于克勞斯除硫尾氣中的硫沒有得到回收，煙囪高空排放的煙氣中SO2濃度會短時間較高，達到30～40 gm3(標準狀況)[2]。綜合考慮到全廠最不利工況，該煙氣脫硫設施開停工期間SO2濃度按57 gm3(標準狀況)設計。正常生產期間，受全廠加工原油硫含量的影響，該廠未凈化煙氣中SO2濃度一般為250～500 mgm3(標準狀況)。開工期間煙氣流量從0逐漸增至6 667 m3h(標準狀況)左右；停工期間煙氣流量從6 667 m3h(標準狀況)左右逐漸減少至0；正常生產期間，煙氣流量為16 500～18 500 m3h(標準狀況)。開停工期間和正常生產期間，未凈化煙氣中的SO2含量相差40～80倍，煙氣流量相差13。通過應用高效傳質傳熱元件(氣液混合器)和配置不同工況的注堿泵等，使該設施的運行可靠性較高，排放煙氣中SO2濃度小于100 mgm3(標準狀況)，滿足硫磺回收裝置各種工況期間的煙氣超低排放。脫硫率大于95%，煙氣流量操作范圍為0～120%。

(2)采用高效除霧器和氣氣換熱器，有效減少煙囪頂部冒白煙現象。通過采用切向進料、塔盤和高效除霧器三級除水，可將出塔凈化煙氣中游離水質量分數控制在小于0.01%。采用氣氣換熱流程使凈化煙氣溫度升高至硫露點溫度以上，通過現有鋼筋混凝土煙囪排入大氣，既解決煙氣管道和設備硫露點腐蝕問題，滿足裝置長周期運行，又沒有新增煙氣排放點。同時由于升溫使煙氣夾帶的少量游離水成為氣態水[3]，可有效減少煙囪頂部冒白煙現象，改善煙氣可視度。另外煙氣排放溫度高有利于煙氣擴散，即便在遇到不利于煙氣擴散的氣象條件下，煙囪周圍也沒有小液滴產生，實現綠色工廠的環保理念。采用濕法煙氣脫硫工藝時，設置氣氣換熱流程是減少煙囪頂部冒白煙現象的一種有效應對措施[4-5]。

(3)能耗低、水耗小、煙氣排放量少。應用專有氣液混合器作為傳質傳熱元件，實現未凈化煙氣與脫硫液的充分接觸，達到煙氣脫硫和降溫的目的。同時利用專有氣液混合器降低了脫硫過程的壓降，達到不設置高溫未凈化煙氣增壓機的節能目的，可節能40 MJh。

通過氣氣換熱使進入脫硫設施的高溫未凈化煙氣的溫度得以大幅下降，在氣液接觸過程中汽化的水大量減少、系統補充的新鮮水量也大幅度降低，節約新鮮水0.64 th。注水量減少的同時使排入大氣的煙氣攜帶的水分亦減少約0.64 th，即煙氣排放量減少約840 m3h(標準狀況)。另外，采用氣氣換熱為凈化后煙氣提供升溫熱量，可節能4 950 MJh。

(4)工藝設備國產化率達100%。核心工藝設備為專有氣液混合器，其具有較強的抗堵能力和強化傳質傳熱能力。噴嘴采用特殊材質，具有較強的抗腐蝕、抗磨蝕能力，能夠滿足長周期運行，且立足國內設計和制造。裝置工藝設備均為國產。

3 運行情況

3.1 未凈化煙氣性質

進入煙氣脫硫設施的未凈化煙氣的主要性質見表1。由表1可以看出：未凈化煙氣的特點是溫度高、壓力低；正常運行時，溫度比設計值低8～21 ℃，氧含量在設計值附近。在保證尾氣焚燒效果、焚燒煙氣熱量滿足裝置自產蒸汽過熱和尾氣加氫反應器入口溫度要求的前提下，焚燒爐膛溫度低有利于節能，故運行時未凈化煙氣的操作溫度低于設計值。

表1 未凈化煙氣的主要性質

3.2 主要操作條件

煙氣脫硫的主要操作條件為脫硫液pH，該值的設計值為6.2～8.5，正常運行值為7.5～8.3，基本在設計值范圍。

3.3 物料平衡

煙氣脫硫設施的物料平衡數據見表2。由表2可以看出，運行時的堿耗、補水量和含鹽污水排放量均在設計值附近。

表2 物料平衡 kgh

表2 物料平衡 kgh

項 目設計值正常運行值進料 未凈化煙氣2468820368～22836 補充堿4429～35 補充水1579932～1400 非凈化風11454 合計2642521383～24325出料 凈化煙氣2606121093～23994 含鹽污水364290～331 合計2642521383～24325

3.4 凈化煙氣性質

排入大氣的凈化煙氣的主要性質見表3。由表3可以看出：運行時排入大氣的凈化煙氣的SO2濃度為10～25 mgm3(標準狀況，折合氧氣體積分

表3 排入大氣的凈化煙氣的主要性質

數為3%，干基)，實現超低排放，滿足設計要求；溫度比設計值低31 ℃，相對于未凈化煙氣的實際運行進料溫度而言，排入大氣時的溫度比設計值低15～23 ℃，主要原因是溫度設計值未考慮散熱損失；運行時的操作溫度在煙氣硫露點腐蝕溫度以上，滿足煙氣管道及其設備和煙囪的長周期運行要求。

4 結 論

氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫技術及氣氣換熱流程在某煉油廠的成功設計和運行表明，該技術及其設備能夠實現硫磺回收裝置各種工況下的煙氣超低排放，滿足新環保政策和標準的要求。同時脫硫率高，操作彈性大，運行可靠性高，操作簡單，能耗低，水耗小，煙氣排放量少，煙囪頂部冒白煙現象少。

[1] 中華人民共和國環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 31570—2015石油煉制工業污染物排放標準[S].北京：中國環境出版社，2015

[2] 程軍委.降低硫磺回收裝置煙氣中SO2濃度措施的探討[J].石油化工設計，2014，31(2)：57-59

[3] 鄧驥，魏芳.濕法煙氣脫硫過程白煙成因及防治措施分析[J].石油與天然氣化工，2017，46(2)：17-21

[4] 齊文義，郝代軍.FCC煙氣濕法洗滌脫硫過程中國煙羽生成及應對措施[J].煉油技術與工程，2014，44(10)：20-23

[5] 陳震，張晟，張祎，等.濕法煙氣脫硫系統的煙氣換熱器設置分析[J].電力與能源，2012，33(2)：144-147