煙氣除塵技術在DMTO裝置上的應用分析

劉松濤

（中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著我國環境保護工作新階段，環保標準正成為市場準入的重要條件。截止2019年12月，我國已建30多套（含在建）DMTO裝置，再生器燒焦產生的再生煙氣是DMTO裝置的主要廢氣污染源，煙氣中含有少量CO、催化劑顆粒、氮氣等物質。由于DMTO裝置對原料甲醇中的堿度、堿金屬、總金屬含量等指標有特殊要求，所以再生煙氣中不含SOx，同時NOx含量較低，已能滿足排放標準要求，因此煙氣排放指標主要針對催化劑顆粒物含量。現階段大部分DMTO裝置未安裝再生煙氣除塵設施，再生煙氣出余熱鍋爐后直接排至大氣，經余鍋換熱后排除的煙氣中催化劑顆粒濃度約為37mg/m3。新頒布的《GB 31571-2015石油化學工業污染物排放標準》要求大氣污染物中顆粒物排放濃度≤20mg/m3，余熱鍋爐出口未處理煙氣中催化劑顆粒濃度超過新頒布標準。

為滿足GB 31571-2015標準要求，DMTO裝置需設置煙氣除塵設施，再生煙氣經煙氣除塵設施處理達標后才允許排放大氣。煙氣除塵技術在煉化、冶金、熱電等行業已得到十分廣泛的應用，除塵器分離煙氣中的催化劑顆粒以達到凈化煙氣的目的。

1 工藝技術介紹

1.1 DMTO反應機理及再生煙氣流程簡述

DMTO反應過程是甲醇先脫水生成二甲醚，然后二甲醚與原料甲醇的平衡混合物脫水繼續轉化為以乙烯、丙烯為主的低碳烯烴，少量C2=～C5=的低碳烯烴由于環化、脫氫、氫轉移、縮合、烷基化等反應進一步生成分子量不同的飽和烴、芳烴、C6＋烯烴及焦炭[1]。

再生煙氣部分原工藝流程為附著焦炭的待生催化劑在再生器內與主風逆流接觸燒焦后，進入再生汽提器汽提，汽提后的再生催化劑在蒸汽的輸送下進入反應器與甲醇反應。催化劑燒焦產生的煙氣經再生器一、二級旋風分離器除去攜帶的大部分催化劑后，再經再生器三級旋風分離器和再生器四級旋風分離器除去煙氣中所夾帶的催化劑，經雙動滑閥、煙氣降壓孔板后送至CO焚燒爐、余熱鍋爐回收熱量后，由煙囪排入大氣。根據選用的煙氣除塵技術及煙氣操作條件，可確定新增除塵器的安裝位置。

1.2 高溫煙氣過濾技術介紹

高溫煙氣過濾器的過濾模塊一般采用超高溫濾材制造，比如金屬纖維氈、高硅氧濾材、陶瓷纖維濾材、陶瓷覆膜濾材等[2]，其中陶瓷類濾材可長期穩定運行在煙氣溫度為800℃的工況[3]。因此高溫煙氣過濾器可以安裝在再生三旋煙氣出口，含催化劑顆粒的煙氣經再生三級旋風分離器氣固分離后，煙氣進入過濾器的過濾模塊，通過過濾模塊的篩分作用，固體顆粒被截留于過濾模塊的外表面，過濾后潔凈氣體排出。當過濾模塊表面濾餅達到一定厚度后，過濾壓差達到設定值，過濾器執行反吹再生程序。反吹過程中，作用于過濾模塊內部，對其外表面的濾餅層進行剝離。反吹氣從過濾模塊的內表面向外表面流動，使過濾模塊外表面的濾餅在瞬間脫落，完成再生過程。

目前，高溫煙氣過濾技術在常減壓裝置、催化裂化裝置和DMTO裝置的催化劑罐頂過濾系統中均有應用業績，但是作為DMTO裝置再生煙氣除塵設施尚未進行工業應用。高溫煙氣過濾系統放在余熱鍋爐前，反吹氣體氣量小，投資成本及設備占地面積小；再生三旋出口壓力可滿足高溫煙氣系統對入口煙氣操作壓力的要求，不需要新增風機；煙氣除塵后再進余熱鍋爐，可大幅降低鍋爐中積灰現象，保證鍋爐的換熱效率。

1.3 低壓脈沖袋式除塵技術工藝介紹（袋式除塵技術）

低壓脈沖袋式除塵技術主要工藝流程是含催化劑顆粒再生煙氣進入裝有濾袋的箱體，再生煙氣經濾袋凈化，催化劑顆粒被分離在濾袋外表面，凈化后煙氣由箱體上部排出。通過已設定反吹時間周期，進行脈沖反吹清灰。由控制器定時發出脈沖信號，通過控制閥使各脈沖閥按順序開啟。反吹氣體高速噴入濾袋，引發氣流吹落附著在濾袋外表面上的催化劑細粉，細粉集中回收后排出裝置。

低壓脈沖袋式除塵技術具有除塵效率高、適應性強、操作靈活、結構簡單、維修方便、壓降低（＜1.5kPa）等特點，因此此低壓脈沖技術逐漸成為袋式除塵技術的一種主要的袋式除塵類型。由于濾袋材質的限制，影響濾袋過濾效率的因素有很多，如機械破損、化學腐蝕、高溫燒灼、結露堵塞引起的糊袋、細粉的磨損等，濾袋過濾效率下降或損壞都會影響到裝置穩定運行[4]。

因此，為保證煙氣除塵器系統能夠長期平穩運行，避免煙氣超溫出現燒袋現象，操作要求進入除塵系統再生煙氣溫度應控制在150～240℃，若煙氣超溫可通過噴霧降低再生煙氣溫度。但是為避免濾袋糊袋現象，介質中水蒸汽含量要盡可能低，并減小煙氣和脈沖氣體之間的溫差。所以說袋式除塵設施在實際操作對煙氣條件要求較高，尤其是煙氣溫度高或攜帶水蒸氣量較大時不推薦使用。

1.4 濕法除塵技術

濕法除塵技術在煙氣脫硫裝置上的應用已十分廣泛，技術相對成熟。DMTO裝置再生煙氣與催化裝置再生煙氣或燃煤鍋爐煙氣組成不同，DMTO裝置再生煙氣不含SOx，因此不存在硫腐蝕的問題。濕法除塵系統主要包括煙氣除塵、工藝廢水處理兩部分。煙氣除塵部分采用除塵急冷塔，再生煙氣、工藝水在急冷塔內相向流動，由于慣性作用，催化劑顆粒穿過撞擊面滲向反向流。

濕法除塵技術工藝流程為：再生煙氣從余熱鍋爐出來后進入除塵急冷塔，煙氣中的大部分催化劑顆粒被洗滌去除。經過急冷塔降溫、洗滌的煙氣進入綜合塔，進行氣液分離。在洗滌過程中，煙氣所含大部分催化劑被洗滌下來，煙氣夾帶少量催化劑進入下一處理過程。因此，為進一步提高除塵效果，減少外排煙氣中游離態的水含量，降低煙囪冒白煙現象，煙氣排放大氣前設置有濕式靜電除塵器，確保煙氣處理至達標，凈化煙氣通過煙囪排放。含有催化劑顆粒的漿液經泵輸送至過濾器處理，過濾器排出的濃漿液經板框壓濾機進行壓濾。濾餅從板框壓濾機中卸出、裝袋，運出裝置處理。

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濕法煙氣除塵設施配置緊湊，采用一體化、除塵、防堵塞設計；具有運行穩定、除塵效率高，操作彈性大等特點，在裝置操作波動或者旋分故障等情況下出現跑劑也可保證煙氣達標排放。此類煙氣除塵技術已成功應用在多套催化煙氣脫硫裝置及部分DMTO裝置上，處理后的煙氣實際含催化劑質量濃度始終保持在12～17mg/nm3，設備運行穩定。

濕法除塵與干法除塵技術相比，濕法除塵技術需要維護的設備數量多，車間需派人員定期巡檢。廢液處理過程中產生了含少量催化劑的廢水，裝置污水排放量增加，增加二次污染，對已經開工DMTO裝置的污處理廠有一定影響。

2 除塵設施項目投資、占地、能耗統計

2.1 高溫煙氣過濾技術

常規高溫煙氣過濾技術主要設備一覽表見表1。由于各專利商提供的高溫煙氣過濾除塵技術使用的過濾模塊或工藝流程存在一些差別，所以除塵設施投資費用、占地也不同，現階段，高溫煙氣過濾技術投資費用一般在2300萬元左右。

表1 高溫煙氣過濾技術主要設備表

2.2 低壓脈沖袋式除塵技術

袋式除塵設施主要由袋式除塵器本體、保護系統、噴吹系統、控制系統四部分組成。袋式除塵器主要設備一覽表見表2。系統規劃占地面積約21m×18m=378m2，投資費用約1200萬元。

濾袋是整個袋式除塵設施的核心部件，濾料質量直接影響除塵器的除塵效率、裝置長周期運行、運行費用。根據出余熱鍋爐出口再生煙氣操作條件，專利商一般選用P84（聚酰亞胺）覆膜濾袋，濾袋采用特殊結構設計，更換方便。由于濾袋采用特殊材質制造，生產成本高，濾袋更換費用占設備維護總費用的70%以上。因此，在生產過程中的要做好除塵器的相關維護工作：如定期檢測壓縮空氣含水量；車間巡檢時檢查脈沖清灰系統是否正常工作；檢查差壓變送器的等關鍵儀表控制系統顯示數據是否有誤等。

表2 袋式除塵器主要設備表

2.3 濕法除塵技術

濕法煙氣除塵技術由煙氣除塵部分及工藝廢水處理部分兩部分組成，主要包括除塵急冷塔、綜合塔、濕式靜電除塵器等設備。由于煙氣除塵部分實際包含了洗滌和靜電除塵、除霧兩項內容，所以煙氣除塵部分費用比較高，投資費用約1800萬元，工藝廢水處理部分投資費用約415萬元。濕法除塵器主要設備表見表3。規劃占地面積約 26m×10m=260m2。

表3 濕法除塵器主要設備表

2.4 能耗比較

由于干法、濕法除塵技術工藝原理、工藝流程的不同，因此除塵系統公用工程消耗也存在差異。干法除塵系統與濕法除塵系統能耗統計相關數據詳見表4。由于袋式除塵器需要低壓蒸汽為除塵器灰斗伴熱，蒸汽消耗對單位能耗的影響較大，所以脈沖袋式除塵設施單位能耗略高于其它除塵技術。余鍋前高溫煙氣過濾技術一般采用低壓氮氣作為反吹介質，間歇操作，裝置能耗效益優勢明顯。

除塵工藝決定了催化劑回收方式，干法除塵僅需將回收的催化劑細粉運出裝置進行處理，也可以與旋分系統收集的細粉一起送至廢催化劑罐。濕法除塵設施通過廢液處理系統將含催化劑細粉的廢液送至板框壓濾機，壓濾后廢渣裝袋處理，同時廢液需要排至污水處理廠進行處理。

表4 除塵系統能耗統計表

3 結語

高溫煙氣過濾技術的過濾面積小，投資低，并且在余熱鍋爐前將煙氣中催化劑細粉除掉，余熱鍋爐積灰大幅度降低，余熱鍋爐取熱穩定，不受積灰的干擾，排煙溫度降低，余熱鍋爐產汽量增加。高溫煙氣過濾技術在常減壓裝置、催化裝置和DMTO裝置中的催化劑罐頂過濾系統中均有應用業績，但是作為DMTO裝置煙氣除塵設施上尚未進行工業應用。

低壓脈沖袋式除塵技術具有工藝流程簡化，系統結構簡單，設備投資低，無二次污染等特點。由于生產過程不可避免的會有跑劑、煙氣超溫等情況發生，致使濾袋出現機械損壞、高溫硬化、結露堵塞等問題，導致除塵器分離效率下降。袋式除塵設施的濾袋更換費用高，后期可關注高性價比濾袋的開發利用，降低袋式除塵設施維護費用，使其更加具有市場競爭力。

綜上所述，干法過濾除塵技術僅包含煙氣除塵操作流程，不需要另設廢液處理系統，所以濕法除塵的占地和投資均高于干式除塵，但濕法除塵技術在煉油裝置的煙氣處理系統應用業績多，相對成熟可靠。干法除塵技術，具有其占地小，投資省，無廢渣、廢水處理等特點，在余熱鍋爐前設置高溫煙氣過濾技術可有效解決余熱鍋爐積灰的問題，可能是未來DMTO裝置煙氣除塵技術發展的主要方向。