烟气脱硫除尘的新解决方案

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1、烟气脱硫除尘的新解决方案文氏棒塔洗涤技术孙国刚;王晓晗;王新成;张玉明【摘要】针对催化裂化烟气脱硫中存在引进技术费用高、烟气阻力大及运行成本 高等问题，提出了文氏棒喷淋塔和文氏棒液柱塔两种高效低阻的新型烟气洗涤吸收 设备，即在气液吸收塔内设置文丘里棒，将文丘里棒与空塔喷淋或液柱喷射技术有机 结合，使新的文氏棒塔具有喷淋空塔压力降低、填料塔气液分布好、鼓泡塔“液包 气”传热及传质推动力大、脱硫除尘效率高、能耗低等特点.该技术在35七巾煤粉 炉烟气脱硫装置示范结果表明:脱硫塔操作运行液气比（体积比）维持在2 L/m3左右, 压力降小于1.20 kPa,脱硫率在93.05% 98.59%,NOx脱除

2、率在55.62%以上， 脱硫过程消耗商品氨液量在0.3 t/h以下，氨利用率达到97%以上.装置处理能力及 脱硫效果均达到预期目标.该技术可替代国外引进工艺,实现对催化裂化烟气除尘、 脱硫一体化治理.【期刊名称】炼油技术与工程 【年（卷），期】2015（045）004 【总页数】4页（P20-23） 【关键词】烟气脱硫;脱硝;文氏棒层;喷淋塔;液柱塔;洗涤塔 【作者】孙国刚;王晓晗;王新成;张玉明【作者单位】中国石油大学（北京）化工学院过程装备实验室，北京市102249;中国石 油大学（北京）化工学院过程装备实验室，北京市102249;中国石油大学（北京）化工学 院过程装备实验室，北京市102

3、249;中国石油大学（北京）化工学院过程装备实验室， 北京市102249【正文语种】中文催化裂化原料油中大部分含硫化合物在反应过程中转化为H2S和噻吩后存在于反 应油气和油品中，只有5%15%（质量分数）的硫和焦炭沉积到催化剂上。在催化 剂再生烧焦过程中，这些硫被氧化为SOx（SO2 , SO3质量分数分别约90% , 10%）进入烟气中。烟气中SOx含量与原料中硫含量、焦炭产率和再生方式等因素 有关。原料油中含氮化合物约60%（质量分数，下同）进入反应油气和油品中，约 40%沉积到焦炭中，后者在再生器烧焦过程中约5%转化为NOx，约35%转化为 N2。烟气中的NOx含量与原料中的总氮量、再生

4、方式、CO助燃剂（特别是含铂 的CO助燃剂）添加量以及催化剂上的重金属含量等因素有关。催化裂化烟气中的 大气污染物主要为SOx , NOx和颗粒物等，直接排放将增加对大气环境的污染。催化裂化烟气的大气污染物治理方法原则上可参考电厂燃煤锅炉烟气的治理，但必 须考虑催化裂化装置的特点。该装置排放烟气通常具有以下特点:烟气排放总量 比电厂燃煤锅炉小很多，仅为100 -500 dam3/h;烟气中SO2 , NOx含量比燃 煤发电、冶金烟气低，SOx质量浓度为700-4 500 mg/m3 , NOx质量浓度为 50-400 mg/m3；烟气中粉尘颗粒物质量浓度为150-300 mg/m3，余热锅炉

5、临时吹扫时含尘量更高，催化余热锅炉或CO锅炉定期吹灰”（每天1次，每次 1-2 h），烟气中颗粒物（催化剂质量分数约占75%）粒径0-5pm的浓度波动大， 吹灰时质量浓度可达3-4 g/m3;烟气温度正常为180-230C，当催化余热锅 炉或CO锅炉出现故障时，温度可达350 -500C；现有催化裂化装置内几乎没有 预留烟气脱硫设施的空地;需考虑对上游设备（余热锅炉、烟机发电）的影响;烟 气脱硫设施的连续运行周期应与催化裂化装置主体一致（达到3 a以上，年开工8 400 h 以上）1-2。从上述装置特点来看，催化裂化烟气脱硫（脱硝）的难度低于燃煤、冶金烟气，但要 求其设施中脱硫（脱硝）系统的烟

6、气阻力低、除尘效率高、结构紧凑占地少，并且实 现脱硫（脱硝）除尘以及脱重金属一体化治理。降低催化裂化烟气中SOx , NOx排放主要有3种途径:原料油加氢脱硫（脱硝）， 因受氢源、投资费用因素限制，目前国内仅有少量装置使用。使用硫/氮转移剂， 该方法仅适用于原料油中硫质量分数低于0.2%0.3%且烟气中SOx , NOx含量 较低的装置，对减少烟气颗粒物排放没有效果，但该方法容易实施且费用低，目前 应用较多。烟气脱硫（脱硝），该方法具有脱除效率高、适用范围广的优点，应用曰Q最多。目前国内夕卜普遍采用烟气湿法洗涤（WFGD）技术，即将烟气与一种吸收剂（钠碱、 石灰石、氧化镁及海水等）反应来消除烟

7、气中SOx与颗粒物。工艺上有Exxon公 司的湿法洗涤技术（WGS） , Belco Technologies公司的EDV湿法洗涤技术以及 UOP公司的THIOPAQ生物技术等。2009年以来，国内多套催化裂化装置投运了催化裂化WFGD系统，部分装置还 配置了臭氧氧化脱硝系统，减排效果较好。但是目前这些系统基本上为国外工艺技 术（EDV湿法洗涤技术或WGS湿法洗涤技术），普遍存在一次建设投资高（主要是 进口技术费用高）、操作运行费用高的问题。烟气洗涤设备采用文丘里管，烟气阻 力较高（大于1.8 kPa，最高可达4.0 kPa）,易导致再生器增压及余热锅炉漏风， 且存在关键部件磨损严重、水耗过大

8、、废渣量大等问题3-4。气液吸收洗涤塔是湿法烟气脱硫工艺的核心设备，脱硫效率及操作消耗直接决定于 塔内吸收液与SO2的混合与传质效率。中国石油大学（北京）针对催化裂化烟气脱 硫问题5-7，提出了文氏棒喷淋塔8 和文氏棒液柱塔9两种高效低阻的 新型烟气洗涤吸收设备，即在气液吸收塔内设置文丘里棒层，将文丘里棒与空塔喷 淋或液柱喷射技术有机结合，使新的文氏棒塔具有喷淋空塔压力降低、填料塔气液 分布好、鼓泡塔液包气”传热及传质推动力大、脱硫效率高等特点，同时由于气 液流经文氏棒层所产生的文丘里过流效应，强烈的气液湍动、冲刷增强了气液传质 效果，降低了操作液气比，该技术还具有自清洁”作用，显著降低吸收塔

9、内结垢 堵塞风险。3.1文氏棒喷淋塔图1为双循环文氏棒喷淋塔烟气脱硫系统示意。由图1可知，热烟气经烟气进口 进入吸收塔，首先在下塔节中遇到下塔节文氏棒层，经文氏棒层调制后与喷淋落下 的循环液接触（与文氏棒层上表面的液体薄层鼓泡接触及喷淋液滴接触），使热烟气 降温冷却（可使烟气温度降低到60C左右，视具体气液操作参数而略有差别）并脱 除约98%（质量分数）的烟尘、HCl、部分SO2等有害气体。然后经冷却降温、除 尘、除Cl-及预脱硫后的烟气继续上行，由百叶锥的间隙通道分配升入上塔节， 在百叶锥处烟气不但被折流分配，而且还与百叶锥表面流落的吸收液完成一次错流 接触，有助于提高脱硫效率。在上塔节内，

10、通过吸收液参数pH值调整，可使烟气 在接近最佳的脱硫反应条件下完成高效的鼓泡、喷淋吸收SO2反应，实现约98% 的脱硫率。除尘、脱硫净化后的烟气，再经除雾器除去夹带的液雾，最后从烟囱排 出。吸收液循环系统由下循环和上循环两个系统组成，下循环系统:塔底下循环液池 内的浆液通过下循环液泵输送至下循环液喷淋层，完成烟气冷却降温、除尘、预脱 硫等目标后返回到塔底下循环液池内;上循环系统:上循环液池内的脱硫吸收液通 过上循环液泵输送至上循环液喷淋层，完成高精度脱硫后由百叶窗式分隔锥收集通 过管道返回到上循环液池。上、下循环液池内分别设有氧化风机及搅拌器，以及渣 浆液排出泵。为了便于调整下循环液池中的pH

11、值，设置了吸收液循环泵，将上循环液池内的部 分浆液强制送至下循环液池;当塔底下循环液池中的浆液固体质量分数达到15%以 上时，用渣浆泵送入吸收液后处理单元处理。3.2文氏棒液柱塔液柱塔是近年发展起来的一种新型高效湿法烟气脱硫塔，该塔采用喷嘴由下向上喷 射吸收液，形成一个个液柱喷泉，与烟气完成一次并流接触。液柱顶端速率为0， 液体伞形下落，与烟气又进行一次逆流接触。下落的液滴与上喷的液滴相撞形成更 细的液滴，从而增加气液接触表面。吸收液上喷时湍动加速SO2吸收与除尘。烟 气被液体射流卷吸，增加气液混合，因而脱硫效率高，循环泵数量少，设备投资低， 且结构简单易于维护，处理量大，不易结垢。但循环液量

12、较大，对烟气负荷变化的 适应能力较差。文氏棒液柱塔在烟气入口段设置文氏棒层，将文氏棒均匀布气，液包气”鼓泡传质及“自洁”作用与液柱喷射洗涤耦合，使脱硫、除尘效率和操 作经济性获得全面提升（见图2）。由图2可知，热烟气经烟气进口管道从塔的一侧进入，转向后以塔截面平均速率 2.54.5 m/s向上流动。烟气向上首先遇到文氏棒层，与液柱喷射装置喷射下落 液体在棒层处相撞并托举液体，产生剧烈的液层鼓泡流态化传质，完成第一次脱硫、 除尘，并吸收脱除HCl等酸性气体，同时使文氏棒层下游烟气分布趋于均匀。然 后烟气继续上行与液柱喷射装置喷出的液柱及回落的液滴发生充分接触，完成第二 次脱硫反应，在此过程中，喷

13、射的液柱流也会对烟气卷吸夹带，促进气液混合，对 提高脱硫率有益。由于烟气已通过文氏棒层的降温、除尘、流动均化等一次处理， 再与液柱塔接触的二次脱硫反应则更接近理想反应条件，因而脱硫效率更高。脱硫 后的烟气再进入除雾段除雾后从净化烟气出口排出。循环液经循环液泵抽出后输送 到液柱喷射装置，经喷头喷出、下落，经由文氏棒层，最终回落入循环液池。2013年，1台直径3 100 mm的文氏棒喷淋塔已成功应用于中海油某炼油厂35 t/h煤粉炉烟气脱硫装置。该塔进口的烟气流量为90 dam3/h , SOx , NOx和粉 尘质量浓度分别为1 280 , 356 , 126 mg/m3。用氨水作为吸收剂脱除烟

14、气中的 SO2，同时降低烟气中的粉尘与氮氧化物排放。脱硫塔操作运行液气比（体积比潍 持在2 L/m3左右，整个脱硫装置操作压力降小于1.20 kPa。运行测试数据见表1。 脱硫率在93.05%98.59%, NOx脱除率在55.62%以上。整个脱硫装置物料衡 算表明，脱硫过程消耗商品氨液量在0.3 t/h以下，氨利用率达到97%以上。循环 使用至饱和后多余的硫酸铵溶液用作污水菌种的氮肥，无二次污染。装置的处理能 力，脱硫效果均达到预期目标。目前，我国催化裂化烟气脱硫系统建设正在密集展开，国外引进的工艺技术成熟但 技术费用昂贵，且存在烟气阻力高、对上游设备操作影响大、操作运行费用高等问 题。目前

15、国内研发的文氏棒喷淋塔、文氏棒液柱塔烟气洗涤技术具有喷淋空塔压力 降低，填料塔气液分布好、鼓泡塔液包气”传热传质推动力大、脱硫效率高等特 点，且操作液气比低、结垢堵塞风险小，可望用于国外引进工艺的脱硫塔改造或整 体替代国外工艺，也可与脱硝设施耦合，实现对催化裂化烟气除尘、脱硫一体化治 理。【相关文献】1 胡松伟.炼油厂催化裂化装置烟气污染物的治理与建议J.石油化工安全环保技术，2011 , 27(2):47-51.2 胡敏.催化裂化烟气排放控制技术现状及面临问题的分析J .中夕卜能源，2012 , 17(5):77- 83.3潘全旺，仝明，陈昕.RFCC烟气脱硫除尘装置运行效果分析J.炼油技术

16、与工程，2011 , 41(8):59-64.4 刘发强，齐国庆，刘光利.国内引进催化裂化再生烟气脱硫装置存在问题及对策J.T业安 全与环保，2012 , 38(6):25-27.5潘利祥，孙国刚.液柱脱硫塔流动特性的实验研究J.煤炭转化，2004,27(3):64-67.6 潘利祥，孙国刚.液柱脱硫塔压力特性研究J .化学工程，2006 , 34(6):12-16.7 李大江，孙国刚，潘利祥，等.催化裂化装置烟气污染物脱除技术的研究一气液撞击流洗涤脱 硫J.石油化工设计，2006 , 23(1):62-64.8 孙国刚，张玉明，黄雪峰，等.一种双循环文氏棒塔烟气除尘脱硫系统:中国，CN 103908879A P .2014-07-09.9 孙建辰.一种文氏棒液柱喷流塔烟气脱硫除尘装置:中国，CN 204159166U P .2015-02- 18.