煉油催化裂化裝置脫硫脫硝技術研究

張國甲?董春明

摘要：隨著環境保護要求的持續提升，政府環保部門對硫化合物、氮化合物排放的監管越來越嚴格，對催化裂化裝置再生煙氣脫進行脫硫脫硝是節能減排的關鍵。某煉油廠采用SCR脫硝技術、新型湍沖文丘里脫硫技術對催化裂化裝置再生煙氣中硫化合物、硫化合物進行處理，獲得了理想的節能環保效果。

關鍵詞：煉油;催化裂化;脫硫;脫銷;技術

催化裂化是現階段煉油廠重要的二次加工技術，是汽油、柴油餾分的主要設備。催化裂化裝置運行時會產生硫化合物、氮化合物、一氧化碳和顆粒物，大部分來自再生器燃燒時產生的煙氣。催化淚花原料油中的某些含氮和硫的化合物在轉化為硫化合物、氮化合物，與再循環的廢氣一起釋放到大氣中，對空氣環境形成污染。據統計，煉油廠的二氧化硫排放量占二氧化硫排放總量的6%左右，其中僅催化裂化再生煙氣中的二氧化硫占比約5%，是造成空氣污染和酸雨的主要原因，而且在光和熱的作用下與氮化合物和揮發性有機化合物反應生成臭氧，從而導致光化學煙霧污染，此外，氮化合物也是導致催化裂化再生裝置出現硝脆和裂紋的主因，對安全生產非常不利，因此，有必要研究煉油催化裂化裝置脫硫脫硝技術，以確保催化裂化裝置穩定運行，減少污染。

一、煙氣脫硫脫硝工藝原理

該煉油廠1#催化裂化裝置采用濕式湍沖文丘里煙氣脫硫除塵工藝和NH3-SCR 脫硝工藝，工藝裝置由該煉油廠自主研發、擁有自主知識產權。

（一） 氨-選擇性催化還原NH3-SCR脫硝工藝原理

在氨-選擇性催化還原脫硝工藝中，在煙氣中加入氨作為還原劑。通過催化劑的作用，氮化合物被還原為氮氣和水。該工藝對催化劑性能要求很高，通常，要求二氧化硫/三氧化硫轉化率小于1%，目的是降低銨鹽生成量。而且在工藝實踐中還要注意盡量減少氨氣泄漏。

（二） 除塵脫硫工藝原理

新型湍沖文丘里除塵脫硫工藝是一種反應快速、除塵脫硫效率高的濕式除塵脫硫工藝。該工藝基于撞擊學理論，兩個同軸的氣體或氣液顆粒或液滴相向流動并發生碰撞，在慣性的作用下，顆粒穿過碰撞表面時，滲透回流并來回振蕩。在很高的相對速度下，顆粒在氣流中的留置時間更長，提高了傳熱和傳質效率。這項工藝的核心在于噴嘴設計。從噴嘴中噴出的液體在橫截面的各個點的旋轉速度不同，在離心力的作用下液體均勻放射狀分布。在圍觀層面上，液體旋轉攪動，并從中心擴散到周圍，覆蓋反向射流塔筒的橫截面，與氣體發生強烈的湍流碰撞，使其處于理想的接觸和分散狀態，在特定參數下可以有效利用液相能和氣相能構建動態平衡泡沫區。

該工藝的主要特點包括：

（1）非霧化噴嘴。噴嘴較粗可以有效解決傳統濕法脫硫時噴嘴容易堵塞的問題。

（2）良好的耐沖擊性。確保即便跑劑同樣可以實現理想的除塵脫硫目的。

（3）湍沖洗滌中有泡沫區域，對超細顆粒粉塵的除塵效果非常好。

該工藝的運行機理是將二氧化硫溶解在水中產生的亞硫酸鹽溶液和堿性物質發生酸堿中和。首先，煙氣中的二氧化硫與水接觸生成亞硫酸鹽，然后亞硫酸鹽與氫氧化鈉反應生成亞硫酸鈉。亞硫酸鈉與亞硫酸反應生成更多的亞硫酸氫鈉。亞硫酸氫鈉與氫氧化鈉反應生成亞硫酸鈉，部分生成的亞硫酸鈉被氧化為無害的硫酸鈉水溶液。

二、煙氣脫硫廢水處理工藝

該煉油廠自主研制的煙氣脫硫廢水處理工藝基本流程如下：

（1）利用洗滌吸收塔中的泥漿循環泵將脫硫廢水泵入脹鼓管式過濾器，在過濾器中進行膜分離，去除顆粒物，得到的上清液在氧化罐中被空氣氧化，廢水中的化學需氧量大大減少。

（2）通過氧化處理后的廢水中懸浮物含量應低于70mg/L，化學需氧量應低于50mg/L。

（3）滿足上述要求的脫硫廢水被送至排水池，由排液泵外排。

（4）脹鼓管式過濾器可以將廢水濃縮至3-8%，濃縮后的廢水進入渣漿濃縮緩沖罐沉降并濃縮至固體含量為15-30%，得到的污泥被送入真空帶式過濾器，繼續進行濃縮脫水后得到的廢液進入漿液緩沖池繼續沉降濃縮，得到的泥餅外運處理。

三、 煙氣脫硫脫硝工藝流程

（一） 煙氣脫硝工藝流程

從催化裂化廢裝置中形成的煙氣從蒸發區的上部出口被引導至脫硝反應單元。單元設有雙層催化劑，蒸發區煙氣出口部位設置氨氣噴嘴，并在脫硝單元前端通混合柵讓氨分布均勻后送入脫硝單元，煙氣穿過煙道并進入下部蒸發區。為確保裝置長期穩定運行，同時實現更理想地脫硝處理效果，該煉油廠采用以下幾個措施：

（1）脫硝催化劑選擇蜂窩式可以最大限度地增加催化劑接觸面積。

（2）安裝了吹灰設備定期進行吹灰，有效防止堵催化劑通道堵塞。

（3）安裝導流板，使煙氣均勻分布。

（4）安裝密封裝置，是所有煙氣均通過催化劑層。

（5）暴力足夠的催化劑空間，如果在設備運行后期催化活性下降，就能通過增設催化劑層的方式確保穩定的脫硝效果。

（二）除塵脫硫工藝流程

該工藝分為四個環節，第一環節發生在急冷塔中的急冷段進行。急冷噴嘴用于形成水膜以冷卻煙氣入口，收集二氧化硫和粉塵。第二環節是反向注入環節，使用湍流洗滌技術，多向噴嘴噴出液體與煙氣反向接觸，使煙氣降溫，使其飽和并清除大顆粒粉塵，吸收二氧化硫;第三環節是清潔吸收環節，飽和的煙氣通過消泡劑去除殘留的二氧化硫和細小顆粒。第四環節使電除霧環節，通過電除霧器去除水霧之后，煙氣通過煙囪排入大氣。

在除塵急冷塔、消泡裝置中持續補脫硫劑（氫氧化鈉），將漿料通過漿料循環泵送至除塵急冷塔以及綜合塔。在綜合塔中通過噴嘴煙氣從下到上進行反向接觸并完全反應。部分廢水從反向噴霧漿液循環泵的出口集管中抽出，然后送至脫硫廢水處理系統。廢水從除塵脫硫裝置送出，首先進入漿料緩沖罐，與凝結劑均勻混合，然后通過緩沖罐送入脹鼓管式過濾器，經過過濾器處理后得到的上清液進入氧化罐。經過三階段氧化后，在化學需氧量和懸浮物指標滿足要求的情況下，排入排水池，脹鼓管式過濾器底部排出的濃漿進入渣漿濃縮緩沖罐沉降濃縮，再經真空帶式過濾機濃縮脫水制成含固率40%左右的泥餅，將泥餅裝袋作為危險廢棄物建有相關單位妥善處理。

結語

綜上所述，某煉油廠采用自主研發的催化裂化煙氣脫銷脫硫除塵工藝裝置能夠有效去除煙氣中的硫化合物、氮化合物以及粉塵等污染物，經過脫銷脫硫除塵處理后的煙氣符合環保要求。該裝置運行穩定且具有出色的操作靈活性，可以和催化裂化裝置同步維護，以滿足長期穩定運行要求。

參考文獻：

[1]張寶龍， 李勇， 董峰，等. 天津分公司280萬t/a催化裂化裝置煙氣脫硫脫硝技術方案研究[J]. 當代化工， 2019（12）.

[2]黃富， 王清和， 宋春峰，等. 煙氣脫硫脫硝技術在催化裂化裝置中的應用[J]. 石油煉制與化工， 2017（10）：56-59.

[3]陳穎喜. 煉化企業催化裂化裝置廢氣脫硫脫硝工藝技術探討[J]. 中國化工貿易， 2019， 11（22）.

[4]水春貴. 催化裂化煙氣脫硫脫硝技術應用現狀及存在問題[J]. 石油石化綠色低碳， 2019， 000（005）：P.49-55.

作者簡介：

張國甲（19840—），男，籍貫;吉林，學歷，碩士單位，大慶化工研究中心，職稱，中級工程師，研究方向：石油煉制、煉油催化劑研發。