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        硫磺回收裝置尾氣超低排放處理系統(tǒng)的設(shè)計和運行

        2018-03-23 05:38:00
        石油煉制與化工 2018年4期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)狀況混合器硫磺

        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(shù),排放尾氣或煙氣(以下稱煙氣)中SO2的排放濃度設(shè)計值為533 mgm3,實際運行值為250~500 mgm3,不能滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(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(shù)3%,干基)。為此,進行了尾氣達標(biāo)改造的工程設(shè)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(tǒng)的設(shè)計和運行情況。

        1 工藝技術(shù)簡介

        氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫技術(shù)是國內(nèi)首次開發(fā)并應(yīng)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(shù)基礎(chǔ),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(fā)的專有技術(shù)。同時,對WGS技術(shù)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(yīng)用高效除霧器,實現(xiàn)煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象減少的目的。

        2 主要技術(shù)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(shè)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(shù)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(yù)硫化原料為酸性氣,在裝置常規(guī)開工的48 h催化劑預(yù)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)狀況)[2]。綜合考慮到全廠最不利工況,該煙氣脫硫設(shè)施開停工期間SO2濃度按57 gm3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)設(shè)計。正常生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)狀況)。開工期間煙氣流量從0逐漸增至6 667 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)左右;停工期間煙氣流量從6 667 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)左右逐漸減少至0;正常生產(chǎn)期間,煙氣流量為16 500~18 500 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。開停工期間和正常生產(chǎn)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(yīng)用高效傳質(zhì)傳熱元件(氣液混合器)和配置不同工況的注堿泵等,使該設(shè)施的運行可靠性較高,排放煙氣中SO2濃度小于100 mgm3(標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(zhì)量分數(shù)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(xiàn)有鋼筋混凝土煙囪排入大氣,既解決煙氣管道和設(shè)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(tài)水[3],可有效減少煙囪頂部冒白煙現(xiàn)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(chǎn)生,實現(xiàn)綠色工廠的環(huán)保理念。采用濕法煙氣脫硫工藝時,設(shè)置氣氣換熱流程是減少煙囪頂部冒白煙現(xiàn)象的一種有效應(yīng)對措施[4-5]。

        (3)能耗低、水耗小、煙氣排放量少。應(yīng)用專有氣液混合器作為傳質(zhì)傳熱元件,實現(xiàn)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(shè)置高溫未凈化煙氣增壓機的節(jié)能目的,可節(jié)能40 MJh。

        通過氣氣換熱使進入脫硫設(shè)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(tǒng)補充的新鮮水量也大幅度降低,節(jié)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(biāo)準(zhǔn)狀況)。另外,采用氣氣換熱為凈化后煙氣提供升溫?zé)崃?,可?jié)能4 950 MJh。

        (4)工藝設(shè)備國產(chǎn)化率達100%。核心工藝設(shè)備為專有氣液混合器,其具有較強的抗堵能力和強化傳質(zhì)傳熱能力。噴嘴采用特殊材質(zhì),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(nèi)設(shè)計和制造。裝置工藝設(shè)備均為國產(chǎn)。

        3 運行情況

        3.1 未凈化煙氣性質(zhì)

        進入煙氣脫硫設(shè)施的未凈化煙氣的主要性質(zhì)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(shè)計值低8~21 ℃,氧含量在設(shè)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(chǎn)蒸汽過熱和尾氣加氫反應(yīng)器入口溫度要求的前提下,焚燒爐膛溫度低有利于節(jié)能,故運行時未凈化煙氣的操作溫度低于設(shè)計值。

        表1 未凈化煙氣的主要性質(zhì)

        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(shè)計值為6.2~8.5,正常運行值為7.5~8.3,基本在設(shè)計值范圍。

        3.3 物料平衡

        煙氣脫硫設(shè)施的物料平衡數(shù)據(jù)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(shè)計值附近。

        表2 物料平衡 kgh

        表2 物料平衡 kgh

        項 目設(shè)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(fēng)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(zhì)

        排入大氣的凈化煙氣的主要性質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)

        數(shù)為3%,干基),實現(xiàn)超低排放,滿足設(shè)計要求;溫度比設(shè)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(shè)計值低15~23 ℃,主要原因是溫度設(shè)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(shè)備和煙囪的長周期運行要求。

        4 結(jié) 論

        氣液混合器鈉堿濕法煙氣脫硫技術(shù)及氣氣換熱流程在某煉油廠的成功設(shè)計和運行表明,該技術(shù)及其設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)硫磺回收裝置各種工況下的煙氣超低排放,滿足新環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)象少。

        [1] 中華人民共和國環(huán)境保護部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 31570—2015石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國環(huán)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(shè)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(yīng)對措施[J].煉油技術(shù)與工程,2014,44(10):20-23

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

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