鈉/鎂法濕法脫硫技術工程應用淺析

闞 超

(山東三維石化工程股份有限公司，山東 淄博 255400)

山東恒源石化第一催化裂化煙氣脫硫裝置是山東三維石化工程股份有限公司設計的第一套采用鈉/鎂法濕法脫硫的脫硫裝置，也是上海交大鈉/鎂法濕法脫硫技術的第一次工程應用。2013 年 10 月開始設計，采取邊設計邊施工的方案，裝置于 2013 年12月 20日正式建成投產。

1 脫硫除塵技術工藝流程介紹

上海交大環境工程學院以晏乃強教授為首的研發團隊一直致力于催化煙氣的凈化處理領域，開發的脫硫除塵一體化技術采用單塔加除塵內件組合實現脫硫及除塵功能，大大減少了一次性建設投資，在投資、運行及處理效果方面均達到國內一流水平。煙氣脫硫除塵裝置由煙氣脫硫除塵單元(圖1)、脫硫劑配置單元和廢水處理單元(圖2)三部分組成。氫氧化鈉堿液、氫氧化鎂漿液作為脫硫劑分別送往煙氣脫硫塔，脫硫劑進入除塵脫硫塔在循環泵的作用下，與催化裝置余鍋來的催化煙氣進行氣液接觸，充分進行中和反應，吸收煙氣中的SOx并洗掉煙氣中含有的顆粒物。脫硫塔底的漿液經過計算會連續抽出一定量的脫硫液進入板式壓濾機進行壓濾，廢水中的顆粒物經過壓濾會形成濾餅，濾餅作為工業危廢經由有資質的危廢處理公司進行處理。壓濾機出來的清液自流進入濾液罐，部分返回吸收塔，部分除COD后排入污水處理廠進行進一步處理。

鈉/鎂法濕法脫硫技術一次建設投資少，運行成本低，操作穩定，脫硫除塵效果好，完全滿足國家對煙氣排放的要求，是國內催化裂化裝置煙氣達標排放改造的最佳的技術選擇。

恒源石化第一催化煙氣脫硫裝置于2013年12月20日建成投產，該裝置煙氣設計量為40000 Nm3/h(干標態)，操作溫度為180℃左右，入口煙氣SO2濃度為3500 mg/m3，顆粒物濃度為 200 mg/m3。經過煙氣脫硫裝置處理后出口煙氣中SO2濃度達到100 mg/m3以下，顆粒物濃度達到50 mg/m3以下，實現了煙氣達標排放[1]。

由于新標準對于排放煙氣中顆粒物含量和SO2的含量有了更加嚴格的要求，2016年對第一催化煙氣脫硫裝置的脫硫塔進行了升級改造，升級后排放煙氣中SO2濃度可降至10 mg/m3以下，含塵濃度可降至20 mg/m3以下，脫硫除塵的效果更加顯著，本工藝完全適應新規范[2]的環保要求。

圖1 吸收單元工藝流程示意

圖2 廢水處理單元工藝流程示意

2 煙氣脫硫除塵技術工程化

本裝置的技術提供方為上海交大，根據技術推廣及控制投資的需要，脫硫裝置只有吸收塔內件為上海交大專利技術(專利設備)，其余設備均為常規設備。

2.1 脫硫除塵系統

脫硫除塵系統的核心設備為吸收塔，恒源第一催化裂化裝置原有1個80 m的煙囪，新建吸收塔位于原有煙囪旁邊，采用煙囪與塔共體結構，煙囪出口距地面高度為60 m。吸收塔的內件為上海交大提供的專利設備，其他部分由我方負責設計。由于催化裝置煙氣中含有的顆粒為為催化劑顆粒，硬度很大，對于噴淋系統造成了很大的破壞，在實際應用中我們采用了進口的合金材質，保證噴頭的使用周期。

脫硫除塵系統中塔底脫硫循環泵是重要的組成單元，恒源第一催化裝置的脫硫循環泵采用的是兩開一備，由于沉積在備用泵出入口的催化劑硬塊質地很硬并有一定韌性，給人工清除造成了很大困難，在生產過程中需要經常切換備用泵，以免循環泵出入口被催化劑堵死。在脫硫循環泵選型時，要提前給設備廠家提供準確的介質條件及使用工況，本項目中脫硫循環泵選用的為砂漿泵，泵的葉輪采用了耐磨及抗腐蝕材質，避免因為泵的葉輪損壞造成裝置不穩定。

2.2 廢水廢渣處理單元

脫硫塔漿液無法一直循環，需要連續抽出一定量的漿液，并補充新鮮脫硫劑。自脫硫塔抽出的脫硫漿液進入板式壓濾機進行固液分離。為了能保證板式壓濾機的壓濾效果，在脫硫漿液進入板式壓濾機前需加注絮凝劑，本次項目為加注PAM，經過生產實踐檢驗，效果符合設計預期。

2.3 氧化鎂熟化系統

鈉/鎂法濕法脫硫工藝是用氫氧化鎂漿液作為主要脫硫劑，所以需要安裝一套氫氧化鎂漿液配置系統。將采購來的氧化鎂固體投入到熟化罐中，加入新鮮水，在攪拌狀態下持續熟化4～6 h。但在生產過程中發現將氧化鎂投入熟化罐，勞動強度偏高。可以在新的項目中使用自動投料機，這樣可以減少工人的勞動量。

2013年12月20日開車到2013年3月期間，使用的氧化鎂的含量為80%。氧化鎂顆粒在150目以下，熟化過程中會出現大量的塊狀氧化鎂，凝結在罐中。出現了配置管路堵塞和不能將氧化鎂完全熟化的問題。2013年5月份，車間改用新一批氧化鎂產品：氧化鎂含量在90%以上，顆粒在200目以上。這種熟化不徹底的情況大大改善，基本沒有堵塞管路的情況產生，達到熟化效果。

煙氣脫硫漿液外排管線垢樣紅外光譜分析結果(表1)顯示：垢樣主要成分由鈣、鐵、錳、鎂、鋁組成，其中鈣和鎂可能是結垢的主要原因，他們的主要來源應該是氫氧化鎂溶液。鐵、錳、鋁及其他含量較少的金屬元素，應該為催化劑帶來的。

表1 煙氣脫硫漿液外甩線垢樣紅外光譜分析

注：樣品類別：固體樣品；檢測儀器：電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)；檢測依據：GB 5085.3-2007。

2.4 極端條件下操作試驗

6月9日-6月20日對第一催化煙氣脫硫裝置進行模擬大量跑劑、三旋損壞、余鍋失效等極端情況進行操作，并將數據記錄，見表2。

表2 極端條件操作實驗表

3 煙氣脫硫裝置運行費用分析

煙氣脫硫裝置屬于環保裝置，減少了環境污染，以社會效益為主要目的，沒有直接產出效益。煙氣脫硫裝置主要的能耗有：(1)電耗：機泵、氧化風機和攪拌器等用電設備運行的電耗；(2)物耗：氫氧化鈉堿液、氧化鎂、絮凝劑、水等物質的消耗；(3)壓濾機產生的濾餅(屬于化工危廢)的處理費用。第一催化裂化裝置正常生產時，煙氣脫硫裝置增加的運行成本如表3所示。

表3 煙氣脫硫裝置消耗成本統計

通過表3所示，煙氣脫硫裝置每年的總運行費用約為130.2萬元，其中脫硫劑的費用是增加的主要費用，與其他濕法脫硫技術(脫硫劑僅用氫氧化鈉堿液)相比，每年減少運行費用約100萬元。

4 結束語

鈉/鎂法濕法煙氣脫硫除塵一體化技術具有一次性投資少，運行費用低，操作穩定，脫硫和除塵效果好的優勢。經過恒源石化的催化煙氣脫硫除塵技術的工程應用，裝置可以應對催化劑跑劑、三旋損壞、余鍋失效等非正常工況，裝置廢水排放量根據生產經驗來看有著進一步減少的空間，大大減少裝置的水的消耗量。并且鈉/鎂法濕法脫硫技術與單純使用氫氧化鈉堿液做脫硫劑的濕法脫硫技術相比有運行成本低的優勢。所以，上海交大的鈉/鎂法濕法脫硫除塵一體化技術完全適合國內新建或者已有催化裝置的煙氣達標排放需求。