吳百春，范俊欣，楊 柳，賈 勇，鐘 秦

(1.中國石油 安全環(huán)保技術(shù)研究院，北京 100007;2.南京理工大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 南京 210094)

煉化行業(yè)是繼電力行業(yè)之后的又一大SO2主要排放源。近年來，煉化企業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)生的SO2排放量逐年穩(wěn)步增長，加劇了我國大氣環(huán)境質(zhì)量的惡化［1－3］。節(jié)能減排是事關(guān)我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，并被列入國家“十二五”規(guī)劃綱要，同時對煉化企業(yè)SO2的排放控制提出了更高的要求。本文對煉化企業(yè)的SO2減排潛力進行了分析。

1 煉化企業(yè)SO2排放源

煉化企業(yè)SO2排放源包括自備電廠燃煤鍋爐排放和生產(chǎn)過程中燃料燃燒及工藝排放。其中自備電廠燃煤SO2排放量約占總排放量的40%，生產(chǎn)過程中燃燒燃料SO2排放量占總排放量的8%，工藝SO2排放量占總排放量的52%。

自備電廠SO2排放主要來自為煉化過程提供熱電的燃煤鍋爐，其排放量取決于燃煤量。由于我國煉化生產(chǎn)裝置規(guī)模小、設(shè)計水平低、生產(chǎn)工藝相對落后，使得煤消耗量和SO2排放量均偏高［4］。煙氣脫硫依然是國內(nèi)外各行業(yè)控制燃煤電廠SO2排放量的主要方法。

生產(chǎn)過程中的含硫物主要來自煉廠氣中的H2S。根據(jù)原油的含硫量及加工深度不同，煉廠氣中H2S的質(zhì)量濃度一般為8 000 ～10 000 mg/m3［5］。通常，煉廠氣作為燃料或化工原料使用前，需要進行脫硫處理。最常采用的處理方法是將煉廠氣送入Claus裝置回收硫磺，尾氣再進一步回收、凈化處理后，實現(xiàn)達標(biāo)排放。

發(fā)達國家采取了一些措施來控制 SO2的排放［6］。德國頒布了《大型燃燒裝置法》，嚴格規(guī)定了SO2的排放標(biāo)準;英國主要通過更換燃料來控制SO2的排放;美國針對SO2污染建立了環(huán)境質(zhì)量管理體系，制定SO2排放標(biāo)準，采取各種措施減少SO2排放，已取得一定效果;日本也制定了《大氣污染控制法》，并加大對煙氣脫硫技術(shù)的投資，使SO2排放得到有效削減的同時促進了環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國充分借鑒了國外在SO2污染控制方面的經(jīng)驗，結(jié)合各行業(yè)SO2減排現(xiàn)狀及技術(shù)特點，確立減排影響因素，并建立數(shù)學(xué)模型分析各因素對SO2的減排潛力。

2 自備電廠SO2減排量潛力分析

2.1 SO2減排量數(shù)學(xué)模型

結(jié)合煉化企業(yè)的現(xiàn)狀及特點，煉化企業(yè)自備電廠主要的SO2減排因素包括:國內(nèi)生產(chǎn)總值、電力彈性系數(shù)、煤炭消耗量、燃煤含硫量、煙氣脫硫的裝機容量(包括現(xiàn)有脫硫機組容量和新增脫硫機組容量)、脫硫系統(tǒng)脫硫效率與運行狀況、關(guān)停小機組容量、SO2排污收費標(biāo)準等。自備電廠SO2減排量數(shù)學(xué)模型見式(1)。

式中:MSO2為SO2減排量，104t;C1為關(guān)停小機組容量，104kW;C2為現(xiàn)有機組脫硫容量，104kW;C3為新增脫硫機組容量，104kW;St，ar為燃煤中硫質(zhì)量分數(shù)，%;t1為關(guān)停小機組年運行時間，h;t2為現(xiàn)有脫硫機組年運行時間，h;t3為新增脫硫機組年運行時間，h;α1為小機組供電標(biāo)準煤耗，g/(kW·h);α2為現(xiàn)有脫硫機組供電標(biāo)準煤耗，g/(kW·h);α3為新增脫硫機組供電標(biāo)準煤耗，g/(kW·h);K1為小機組燃煤中的硫經(jīng)燃燒后氧化成SO2的比例，%;K2為大機組燃煤中的硫經(jīng)燃燒后氧化成SO2的比例，%;η為脫硫系統(tǒng)運行效率，%。

2.2 自備電廠SO2減排量影響因素分析

煉化企業(yè)自備電廠主要用于企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)，可以不考慮國內(nèi)生產(chǎn)總值、電力彈性系數(shù)及SO2排污收費等對SO2減排量的影響。采用單因素敏感性分析法［7］，將SO2減排量作為敏感性研究對象，分析各個因素變化時對SO2減排量的影響程度，即得到敏感度。敏感度是用SO2減排量變化率除以減排因素的變動范圍所得的數(shù)值，其大小決定著該減排因素對SO2減排量的重要性，數(shù)值越大表示減排因素越重要。以某一機組脫硫工程為例，將基準數(shù)據(jù) C1=5 ×107kW，t1=5 000 h，α1=450 g/(kW·h);C2=1.67 × 108kW，t2=5 500 h，α2=3 600 g/(kW·h);C3=3.26 ×108kW，t3=5 500 h，α3=310 g/(kW·h);St，ar=0.9，η =90，K1=0.85，K2=K3=0.90代入式(1)中，計算出基準 SO2減排量為1.466 ×107t。

2.2.1 C1對SO2減排量的敏感性分析

假設(shè)其他因素不變，C1變化對SO2減排量及敏感度的影響見表1。由表1數(shù)據(jù)可得C1的敏感度平均值為0.117 5。

表1 C1對SO2減排量的敏感性分析

2.2.2 C2對SO2減排量的敏感性分析

假設(shè)其他因素不變，C2變化對SO2減排量和敏感度的影響見表2。由表2數(shù)據(jù)可得C2的敏感度平均值為0.328 5。

表2 C2對SO2減排量的敏感性分析

2.2.3 C3對SO2減排量的敏感性分析

假設(shè)其他因素不變，C3變化對SO2減排量和敏感性的影響見表3。由表3數(shù)據(jù)可得C3對SO2減排量的敏感度平均值為0.554 0。

表3 C3對SO2減排的敏感性分析

2.2.4 St，ar對 SO2減排量的敏感性分析

假設(shè)其他因素不變，St，ar變化對 SO2減排量和敏感性的影響見表4。由表4數(shù)據(jù)可得St，ar的敏感度平均值為0.998 5。

表4 St，ar對 SO2減排的敏感性分析

2.2.5 η對SO2減排量的敏感性分析

假設(shè)其他因素不變，η變化對SO2減排量和敏感性的影響見表5。由表5數(shù)據(jù)可得η的敏感度平均值為 0.882 5。

表5 η對SO2減排的敏感性分析結(jié)果

2.3 自備電廠SO2減排對策及潛力分析

(1)增加脫硫設(shè)施，采用先進的煙氣脫硫技術(shù)，建立脫硫設(shè)施在線監(jiān)管機制，現(xiàn)有在建、新建、擴建的電廠應(yīng)配套建設(shè)脫硫設(shè)施，同時監(jiān)控其運行和脫硫效果，保證其投運率和脫硫效率，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，其對電廠SO2減排量的貢獻率為60%。

(2)新增大容量、高參數(shù)的大機組，關(guān)停小機組，以大代小，為有效實施脫硫減排設(shè)施創(chuàng)造條件，并可提高脫硫設(shè)施的運行效率，降低煙氣脫硫設(shè)施單位投資和運行成本，既節(jié)能又減排，其對電廠SO2減排量的貢獻率為23%。

(3)自備電廠燃煤中硫質(zhì)量分數(shù)大多為1%左右，可改燒清潔燃料，采用低硫清潔煤和低硫油，以盡可能地改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，其對電廠SO2減排量的貢獻率為17%。

3 生產(chǎn)過程中的SO2減排潛力分析

3.1 生產(chǎn)過程中的SO2排放源

煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中的SO2排放源主要有3類:催化裂化催化劑再生煙氣;酸性氣回收裝置尾氣;工藝加熱爐煙氣。其中前2項屬于工藝排放，后1項屬于燃燒排放。

3.1.1 催化裂化催化劑再生煙氣

催化裂化是在熱和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹?、汽油和柴油等的過程。其工藝過程包括3個主要單元:反應(yīng)單元、催化劑再生單元、反應(yīng)產(chǎn)物分離單元。而SO2主要產(chǎn)生在催化劑再生單元的煙氣中。

3.1.2 酸性氣回收裝置尾氣

酸性氣回收裝置是以煉化企業(yè)溶劑再生、酸性水汽提過程產(chǎn)生的富含H2S氣體為原料，生產(chǎn)硫磺或硫酸的裝置。目前世界各國的煉油過程主要用Claus制硫工藝回收硫磺［8］，會存在未反應(yīng)完全的SO2排出。

3.1.3 工藝加熱爐煙氣

工藝加熱爐主要用于對原油的加熱，提供分餾過程中物料氣化所需熱量和保證反應(yīng)過程中物料的溫度，所用燃料主要有煉廠氣、燃料油等。目前各企業(yè)均采用醇胺脫硫工藝控制煉廠氣中H2S含量，尾氣再經(jīng)焚燒排放SO2。

3.2 生產(chǎn)過程中的SO2減排對策及潛力分析

3.2.1 催化裂化催化劑再生煙氣 SO2減排潛力分析

降低催化裂化催化劑再生煙氣中的SO2含量有3個途徑:(1)降低催化裂化原料的硫含量，將催化裂化原料加氫預(yù)處理，可使其中硫質(zhì)量分數(shù)小于0.3%，國內(nèi)已有開發(fā)成熟的技術(shù)，并得到了較大規(guī)模的應(yīng)用;(2)使用硫轉(zhuǎn)移催化劑，此技術(shù)國內(nèi)已開發(fā)多年，用于較低硫含量原料的催化裂化，SO2降低較明顯;(3)煙氣脫硫是目前大部分煉化企業(yè)都亟待解決的問題，脫硫工藝尚存在一些與催化裂化裝置平穩(wěn)連接的技術(shù)問題。實施三者聯(lián)合工藝，其對生產(chǎn)過程中SO2減排量的貢獻率為16%。

3.2.2 酸性氣回收裝置尾氣SO2減排潛力分析

經(jīng)統(tǒng)計，我國煉化企業(yè)共擁有硫磺回收裝置86套，其中中國石化47套，平均硫回收率94.21%;中國石油26套，平均硫回收率61.68%。Claus工藝對硫磺的回收率(二級轉(zhuǎn)化或三級轉(zhuǎn)化)約為92% ～94%，如果尾氣經(jīng)熱焚燒后排放，排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度一般高于30 000 mg/m3。因此仍需增設(shè)煙氣脫硫設(shè)施，可顯著減少SO2的排放量。實施Claus硫回收—尾氣凈化—煙氣脫硫聯(lián)合工藝，其對生產(chǎn)過程中SO2減排量的貢獻率為69%。

3.2.3 工藝加熱爐煙氣SO2減排潛力分析

煉化企業(yè)工藝加熱爐燃料燃燒煙氣中SO2減排有兩種途徑:一是采用低硫燃料;二是煙氣脫硫。目前，大部分煉化企業(yè)使用的燃料氣都先采用二乙醇胺脫硫工藝進行脫硫處理，工藝成熟，脫硫效率高，經(jīng)脫硫后燃料氣中硫質(zhì)量濃度小于20 mg/m3，產(chǎn)生的煙氣中SO2質(zhì)量濃度小于57 mg/m3，進一步脫硫潛力較小。對于采用高硫燃料的加熱爐，其排放煙氣還需增設(shè)煙氣脫硫設(shè)施，以降低SO2排放量。其對生產(chǎn)過程中SO2減排量的貢獻率為15%。

4 結(jié)論

a)煉化企業(yè)SO2排放源包括自備電廠燃煤鍋爐排放和生產(chǎn)過程中燃料燃燒及工藝排放。

b)建立了自備電廠SO2減排量數(shù)學(xué)模型。自備電廠燃煤鍋爐SO2減排措施包括:增設(shè)脫硫設(shè)施，或改進現(xiàn)有脫硫工藝，提高脫硫效率，其對電廠SO2減排量的貢獻率為60%;關(guān)停小機組，新增大機組，其貢獻率為23%;降低燃料硫含量，包括使用低硫煤或更換燃料，其貢獻率為17%。

c)生產(chǎn)過程中催化裂化催化劑再生煙氣的脫硫減排措施:一是降低原料硫含量;二是使用硫轉(zhuǎn)移催化劑;三是煙氣脫硫，實施三者聯(lián)合工藝，其對生產(chǎn)過程中SO2減排量的貢獻率為16%。酸性氣回收裝置尾氣實施Claus硫回收—尾氣凈化—煙氣脫硫聯(lián)合工藝，其對生產(chǎn)過程中SO2減排量的貢獻率為69%。煉化企業(yè)工藝加熱爐燃料燃燒煙氣中SO2減排有兩種途徑:一是采用低硫燃料;二是煙氣脫硫?？墒谷紵a(chǎn)生煙氣SO2濃度小于57 mg/m3，其對生產(chǎn)過程中SO2減排量的貢獻率為15%。

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